裝備設(shè)計選型技術(shù)模塊化方法研究
——一種工程項目零部件選配組合優(yōu)化方法

馬彥根

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

在煉油、石化、化工、天然氣、煤化工、電力等能源化工領(lǐng)域的工程項目傳統(tǒng)的物資選配中，會面臨裝配體中零部件的選配問題。一個大型工程項目涉及到的零配件數(shù)量巨大，包括大宗通用材料、元器件和標(biāo)準(zhǔn)化定型設(shè)備，如：各類金屬鋼板、管材、型材、油漆、防火涂料等通用材料類，管件、法蘭、螺栓螺母、墊片、閥門等工藝配管類，配電箱、蓄電池、電容器、燈具、電纜、橋架、變壓器、電機(jī)等電氣類，各類流量計、變送器、液位計、定位器、檢測器等儀表類等等，此外還包括塔器、反應(yīng)器、容器、換熱器、裂解爐、加熱爐、動力鍋爐、冷箱、撬裝設(shè)備、模塊、壓縮機(jī)組、離心泵、空調(diào)機(jī)組、通風(fēng)機(jī)組等等非標(biāo)準(zhǔn)、非定型類成套設(shè)備與控制系統(tǒng)。一個大型工程項目涉及到的零配件可能從幾萬至幾十萬件不等，而每種不同的零配件又涉及到各種不同的技術(shù)商務(wù)參數(shù)指標(biāo)要求，如設(shè)計方案、尺寸、重量、材質(zhì)、售后服務(wù)、裝備能力、業(yè)績、資質(zhì)資信、交貨期、付款條件、價格與各流通環(huán)節(jié)費用等諸多因素，使得大型工程項目中零配件的選配工作變得異常復(fù)雜，需要耗費大量的人力物力。此外，問題的求解不但費時、費力，而且難以求得最優(yōu)解，其結(jié)果直接影響裝配體的質(zhì)量和成本。

針對這一問題，現(xiàn)有的方法將各零部件供應(yīng)商【1-2】理論上所能達(dá)到的性能參數(shù)簡化為不同的區(qū)間，并分別給予不同的權(quán)重【3】，最后通過匯總得出一個計算機(jī)分析的結(jié)果，對各制造商所提供的零部件進(jìn)行排序，實現(xiàn)優(yōu)化選擇。這種方式在一定程度上對零部件選配【1】進(jìn)行了優(yōu)化，但存在以下不足 ：

1) 通過簡單的劃分區(qū)間并賦予權(quán)重，完全是憑經(jīng)驗而行，并不能真正實現(xiàn)最優(yōu)選配；

2) 復(fù)雜的非標(biāo)準(zhǔn)、非定型類成套設(shè)備，涉及到的非標(biāo)零部件數(shù)量大，傳統(tǒng)方法【4-5】沒有充分考慮供應(yīng)商管理【6-7】難度，導(dǎo)致問題復(fù)雜化，求解效率低。

1 創(chuàng)新方法

1.1 研究方法內(nèi)涵

本創(chuàng)新提供了一種工程項目中零部件選配組合優(yōu)化方法。首先將部件進(jìn)行模塊化【8-12】分類，根據(jù)部件的重要性、標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)、部件關(guān)聯(lián)性等因素，分為第一類部件和第二類部件。通常，第一類部件可以是非標(biāo)準(zhǔn)部件，第二類部件可以是標(biāo)準(zhǔn)部件。通過部件分類管理，能夠降低部件選配的復(fù)雜程度。

針對第一類部件，通過設(shè)定部件的組合匹配對照關(guān)系，可以劃分部件包，方便對供應(yīng)商的管理。其中，對于關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)或者能夠成為子模塊的部件，可以劃分為一個部件包進(jìn)行管理，提高非標(biāo)產(chǎn)品的管理效率。

在分類以及基于對照關(guān)系劃分部件包之后，本方法通過參數(shù)比對進(jìn)行最優(yōu)選擇，并且將需要比對的參數(shù)組成群體，通過不斷創(chuàng)建群體與群體的迭代【13-18】，最終實現(xiàn)部件的最優(yōu)選配，同時還可降低處理難度，提高效率。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)和研究方法

1.2.1 圖示說明

本創(chuàng)新方法操作流程示意詳見圖1。結(jié)合圖1 對本創(chuàng)新方法的示例性實施方式進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本文的上述以及其他目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯。

其中，在本文示例性實施方式中，相同的參考標(biāo)號通常代表相同部件。

1.2.2 實施方式

雖然圖1中顯示了本方法的優(yōu)選實施方式，然而需要說明的是，具體操作中可以以各種形式實現(xiàn)本方法而不應(yīng)被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本方法更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈痉椒ǖ姆秶暾貍鬟_(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

本方法首先將部件進(jìn)行分類，分為一組或多組第一類部件，以及一組或多組第二類部件。將部件進(jìn)行分類的依據(jù)是：按照工程項目的組成部分進(jìn)行劃分、按照部件的重要程度進(jìn)行劃分、按照標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行劃分、按照采購周期進(jìn)行劃分等，或者綜合考慮以上因素進(jìn)行劃分，便于后續(xù)的參數(shù)比對，提高比對效率。

圖1 工程項目中零部件選配組合優(yōu)化方法操作流程示意

優(yōu)選操作流程為：在非標(biāo)部件采購中，按照標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行劃分，同時兼顧工程項目的組成部分進(jìn)行劃分。通過將非標(biāo)部件單獨劃分出來，使得標(biāo)準(zhǔn)部件與非標(biāo)準(zhǔn)部件之間可以分別選配，之后再綜合選配，提高了比選效率。

接下來，對于第一類部件設(shè)定組合匹配對照關(guān)系，并基于該組合匹配對照關(guān)系收集第一類部件的多個供應(yīng)商的參數(shù)數(shù)據(jù)。在本優(yōu)選操作流程中，由于第一類部件是非標(biāo)準(zhǔn)部件，因此通過設(shè)定部件的組合匹配對照關(guān)系，能夠有利于后續(xù)的參數(shù)比對，而且對于復(fù)雜的非標(biāo)部件而言，可以基于組合匹配對照關(guān)系進(jìn)行選配包的劃分，可以對關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的部件進(jìn)行相對集中的處理，便于管理供應(yīng)商，同時也能夠提高處理效率。

然后，分別針對第一類部件和第二類部件進(jìn)行參數(shù)收集。采購方可以將參數(shù)要求列表公布，供應(yīng)商填報其產(chǎn)品的各類參數(shù)數(shù)據(jù)。參數(shù)數(shù)據(jù)可以包括產(chǎn)品的主要性能參數(shù)，也可以包括報價、供貨周期、安裝售后等商務(wù)參數(shù)。

對于非標(biāo)部件的第一類部件，首先進(jìn)行單個參數(shù)的比對(例如可以進(jìn)行價格的比對)，然后在單個參數(shù)比對的基礎(chǔ)上結(jié)合部件的組合匹配對照關(guān)系，生成綜合比對匯總結(jié)果數(shù)據(jù)。綜合比對匯總結(jié)果體現(xiàn)了按照組合匹配對照關(guān)系匯總的部件參數(shù)對比結(jié)果。最后，在綜合對比匯總結(jié)果數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成第一類部件綜合得分對比匯總結(jié)果數(shù)據(jù)。該得分情況可以作為第一類部件的選配依據(jù)。

與第一類部件類似，基于收集到的第二類部件的參數(shù)數(shù)據(jù)對第二類部件進(jìn)行參數(shù)比對，獲得第二類部件的單個參數(shù)結(jié)果評比數(shù)據(jù)。由于第二類部件是標(biāo)準(zhǔn)部件，因此不需要考慮匹配關(guān)系，可以直接進(jìn)行參數(shù)比對。

在完成參數(shù)比對后，從符合參數(shù)要求的第一類部件和第二類部件中選配工程項目所需的全部部件，并基于第一類部件綜合得分對比匯總結(jié)果數(shù)據(jù)以及第二類部件的單個參數(shù)結(jié)果評比數(shù)據(jù)，計算生成全部部件的綜合得分評審匯總結(jié)果數(shù)據(jù)。

優(yōu)選操作流程也可以分別為第一類部件和第二類部件設(shè)置不同層次權(quán)重【19】值。在第一類部件綜合得分對比匯總結(jié)果數(shù)據(jù)以及第二類部件的單個參數(shù)結(jié)果評比數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，引入權(quán)重值，計算生成加權(quán)綜合得分匯總結(jié)果數(shù)據(jù)，然后根據(jù)加權(quán)后的分值選配部件。

可選操作流程為：在對第一類部件和第二類部件進(jìn)行參數(shù)比對的過程中，對參數(shù)基準(zhǔn)X與收集到的參數(shù)值Y進(jìn)行相關(guān)性Y處理。

可通過式(1)計算相關(guān)性Y：

(1)

式中：N——供應(yīng)商的數(shù)量；

X0——參數(shù)基準(zhǔn)；

Xi——供應(yīng)商提報的參數(shù)值。

可以根據(jù)相關(guān)性Y值進(jìn)行排序，或者將Y值等比例地?fù)Q算成分?jǐn)?shù)值，進(jìn)行評分排序。

為了能夠最優(yōu)選配部件，本方法可按以下步驟進(jìn)行操作：

1) 針對第一類部件的所有參數(shù)分別進(jìn)行參數(shù)比對，在每一個參數(shù)比對過程中分別獲得相關(guān)性Y的數(shù)值；

2) 選擇兩個參數(shù)，將相關(guān)性Y的數(shù)值大于設(shè)定閾值的第一參數(shù)的供應(yīng)商和第二參數(shù)的供應(yīng)商組合去重后創(chuàng)建第一群體；

3) 選擇兩個參數(shù)創(chuàng)建第二群體，將所述第一群體和所述第二群體重新組合去重后，創(chuàng)建新一代第一群體，對所述第一群體和所述第二群體相同供應(yīng)商的相關(guān)性Y求和，作為新一代第一群體中供應(yīng)商的相關(guān)性Y值；

4) 循環(huán)上述步驟，直到新一代第一群體中包括了滿足第一類部件的所有參數(shù)要求的供應(yīng)商；

5) 將最新一代第一群體中的供應(yīng)商按照相關(guān)性Y值的大小進(jìn)行排列。

本方法可以將每個部件的所有參數(shù)逐一地與采購方要求的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對，并分別針對每個參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性Y值的匯總。采購方可以根據(jù)需要選擇重要的參數(shù)進(jìn)行比對，也可以對相關(guān)性Y值設(shè)定閾值，以便在符合閾值要求的部件中進(jìn)行選擇。

在對多個部件進(jìn)行選擇時， 可以通過創(chuàng)建第一群體的方式進(jìn)行組合比對。例如， 將相關(guān)性Y的數(shù)值大于設(shè)定閾值的第一參數(shù)的供應(yīng)商和第二參數(shù)的供應(yīng)商組合去重后創(chuàng)建第一群體。在該第一群體中， 是通過滿足參數(shù)要求的部件索引到對應(yīng)的供應(yīng)商， 滿足采購環(huán)節(jié)以供應(yīng)商作為管理核心的需求。在第一群體中保留下的供應(yīng)商， 是同時滿足第一參數(shù)和第二參數(shù)要求的供應(yīng)商。

接下來，采用類似的方法，選擇第三參數(shù)和第四參數(shù)，并將相關(guān)性Y的數(shù)值大于設(shè)定閾值的第三參數(shù)的供應(yīng)商和第四參數(shù)的供應(yīng)商組合去重后創(chuàng)建第二群體。在第二群體中保留下的供應(yīng)商，是同時滿足第三參數(shù)和第四參數(shù)要求的供應(yīng)商。可以采用類似的方法創(chuàng)建多個群體。

然后，將所述第一群體和所述第二群體重新組合去重后，創(chuàng)建新一代第一群體，對所述第一群體和所述第二群體相同供應(yīng)商的相關(guān)性Y求和， 作為新一代第一群體中供應(yīng)商的相關(guān)性Y值。

可以類似地在多個群體之間進(jìn)行組合，循環(huán)上述步驟，直到最新一代第一群體中包括了滿足第一類部件的所有參數(shù)要求的供應(yīng)商。由于每次重新組合迭代的時候，都將各參數(shù)的相關(guān)性Y求和，因此在最新一代第一群體中，可以將相關(guān)性Y值匯總排序，采購方根據(jù)相關(guān)性Y值的大小就可知道哪些供應(yīng)商的部件匹配度最好，方便做出選擇。

與第一類部件類似，針對第二類部件的所有參數(shù)分別進(jìn)行參數(shù)比對，在每一個參數(shù)比對過程中分別獲得相關(guān)性Y的數(shù)值；后續(xù)具體操作步驟同1.2.2節(jié)第一類部件操作步驟中的2)～5)。

最后，在第一類部件的最新一代第一群體中和第二類部件的最新一代第一群體中選配工程項目所需的全部部件，將第一類部件的相關(guān)性Y值與第二類部件的相關(guān)性Y值求和，作為綜合得分評審匯總結(jié)果數(shù)據(jù)。

1.3 設(shè)計示例

本方法對于大型復(fù)雜石化工程項目物資的設(shè)計選型技術(shù)應(yīng)用模塊化處理方式尤為適用。為便于理解本創(chuàng)新方法實施示例的方案及效果，以下給出一個具體應(yīng)用示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，該示例僅為了便于理解本方法，其任何具體細(xì)節(jié)并非意在以任何方式限制本創(chuàng)新方法。

在本實施應(yīng)用示例中，以空冷器成套設(shè)備【20】招投標(biāo)【21】為例，說明本創(chuàng)新方法的應(yīng)用。所述工程項目為空冷器框架協(xié)議【1-3,6,11-13,22-34】采購招投標(biāo)【1,3,21-27】項目，所述參數(shù)數(shù)據(jù)為價格參數(shù)。

首先將空冷器成套設(shè)備的部件進(jìn)行分類，按照標(biāo)準(zhǔn)部件和非標(biāo)準(zhǔn)部件以及成套設(shè)備的構(gòu)成關(guān)系，將管束【20】作為第一類部件，構(gòu)架、風(fēng)機(jī)電機(jī)、百葉窗【20】作為第二類部件。

空冷器中最重要且匹配關(guān)系最復(fù)雜的構(gòu)成部件是管束，其某個設(shè)計要素改變會帶來后續(xù)一系列的變化，這也是導(dǎo)致空冷器成套設(shè)備無法按照傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)框架協(xié)議進(jìn)行招標(biāo)采購的主要因素。因此，本方法需要設(shè)定管束材質(zhì)匹配關(guān)系，用于定義管束中的管箱部分材質(zhì)與基管部分材質(zhì)的組合匹配對照關(guān)系，供投標(biāo)商錄入對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行招標(biāo)中標(biāo)包的整合與劃分。具體來說就是，可以根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者設(shè)計手冊分別設(shè)置管束中的管箱部分材質(zhì)與基管部分材質(zhì)的組合匹配對照關(guān)系。通過設(shè)置對照關(guān)系，能夠?qū)⒃擃惙菢?biāo)產(chǎn)品后續(xù)設(shè)計中可能出現(xiàn)的多種組合和匹配選擇提前做出規(guī)劃，從而有利于形成框架協(xié)議。

然后將按照管束、構(gòu)架、風(fēng)機(jī)電機(jī)、百葉窗等進(jìn)行參數(shù)采集。由于在招投標(biāo)項目中主要考慮報價，因此以投標(biāo)商提報的管束部件單價數(shù)據(jù)作為參數(shù)。

接下來，針對第一類部件管束的報價單價數(shù)據(jù)生成管束報價單價結(jié)果對照數(shù)據(jù)，并基于該數(shù)據(jù)生成管束綜合平均單價對比匯總結(jié)果數(shù)據(jù)，然后基于該匯總結(jié)果數(shù)據(jù)生成管束價格得分綜合對比匯總結(jié)果數(shù)據(jù)；針對第二類部件構(gòu)架、風(fēng)機(jī)電機(jī)和百葉窗的報價單價數(shù)據(jù)，分別生成各項的報價單價評比結(jié)果數(shù)據(jù)。

在第一類部件和第二類部件中選配工程項目所需的全部部件，基于管束價格得分綜合對比匯總結(jié)果數(shù)據(jù)以及各項的報價單價評比結(jié)果數(shù)據(jù)，生成各型成套空冷器價格綜合得分評審匯總結(jié)果數(shù)據(jù)，再依據(jù)綜合得分評審匯總結(jié)果數(shù)據(jù)選擇所需的部件及對應(yīng)的中標(biāo)商。

具體來說就是，針對第一類部件管束的所有投標(biāo)商的報價參數(shù)分別進(jìn)行報價比對，獲得相關(guān)性Y的數(shù)值。

可選操作流程為：在進(jìn)行報價比對過程中，將招標(biāo)方確定的評標(biāo)基準(zhǔn)價X0與投標(biāo)商報價Xi進(jìn)行相關(guān)性Y處理，并基于相關(guān)性Y的大小進(jìn)行排序，其中Y按式(1)進(jìn)行計算。

所述評標(biāo)基準(zhǔn)價X0為：

(2)

式中：A——招標(biāo)方確定的概預(yù)算金額，元；

Xi——每個合格投標(biāo)商的投標(biāo)報價，元；

M——招標(biāo)單位確定的概預(yù)算金額波動范圍權(quán)重，%。

(3)

(4)

可選操作步驟為：

1) 在第一類部件管束中，選擇兩個零部件，將相關(guān)性Y的數(shù)值大于設(shè)定閾值的第一零部件的供應(yīng)商和第二零部件的供應(yīng)商組合去重后創(chuàng)建第一群體。

2) 類似地，繼續(xù)選擇兩個零部件創(chuàng)建第二群體，將相關(guān)性Y的數(shù)值大于設(shè)定閾值的第三零部件的供應(yīng)商和第四零部件的供應(yīng)商組合去重后創(chuàng)建第二群體。

3) 將所述第一群體和所述第二群體重新組合去重后，創(chuàng)建新一代第一群體；對所述第一群體和所述第二群體相同供應(yīng)商的相關(guān)性Y求和， 作為新一代第一群體中供應(yīng)商的相關(guān)性Y值。

4) 循環(huán)上述步驟，直到最新一代第一群體中包括了第一類部件的所有零部件的供應(yīng)商。

5) 將最新一代第一群體中的供應(yīng)商按照相關(guān)性Y值的大小排列，作為報價單價結(jié)果對照數(shù)據(jù)。

根據(jù)管束材質(zhì)匹配關(guān)系，將有對照關(guān)系關(guān)聯(lián)的零部件的報價進(jìn)行對比匯總，生成管束綜合平均單價。管束綜合平均單價的相關(guān)性Y值可以是基于單價結(jié)果對照數(shù)據(jù)比對時獲得的相關(guān)性Y值的求和。

可以基于管束綜合平均單價對比匯總結(jié)果數(shù)據(jù)生成管束價格得分綜合對比匯總結(jié)果數(shù)據(jù)。具體來說就是，可以根據(jù)管束綜合平均單價的相關(guān)性Y值進(jìn)行賦值計算得分，從而生成管束價格得分綜合對比匯總結(jié)果數(shù)據(jù)。或者，也可以不計算價格得分，而是基于相關(guān)性Y值進(jìn)行后續(xù)評價【5】。

進(jìn)一步針對第二類部件(構(gòu)架、風(fēng)機(jī)電機(jī)、百葉窗)的所有投標(biāo)商的報價參數(shù)分別進(jìn)行報價比對，獲得相關(guān)性Y的數(shù)值。

在進(jìn)行報價比對過程中，將招標(biāo)方確定的評標(biāo)基準(zhǔn)價X0與投標(biāo)商報價Xi進(jìn)行相關(guān)性Y處理，并基于相關(guān)性Y的大小進(jìn)行排序，其中Y按式(1)進(jìn)行計算，所述評標(biāo)基準(zhǔn)價X0按式(2)～式(4)進(jìn)行計算。

在第二類部件(構(gòu)架、風(fēng)機(jī)電機(jī)、百葉窗)中，選擇兩個零部件，將相關(guān)性Y的數(shù)值大于設(shè)定閾值的第一零部件的供應(yīng)商和第二零部件的供應(yīng)商組合去重后創(chuàng)建第一群體。

后續(xù)具體操作同1.3節(jié)第一類部件操作步驟中的2)～5)。

在獲得了管束價格得分綜合對比匯總結(jié)果數(shù)據(jù)、 構(gòu)架報價單價評比結(jié)果數(shù)據(jù)、 風(fēng)機(jī)電機(jī)報價單價評比結(jié)果數(shù)據(jù)和百葉窗報價單價評比結(jié)果數(shù)據(jù)之后， 選用成套空冷器價格綜合得分評審匯總子模塊在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步計算， 獲得各型成套空冷器價格綜合得分評審匯總結(jié)果數(shù)據(jù)。

例如，可以將每個投標(biāo)商在四個部分的相關(guān)性Y值直接相加，然后按照總分進(jìn)行排序，得到各型成套空冷器價格綜合得分評審匯總結(jié)果數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以作為評標(biāo)的依據(jù)。

更進(jìn)一步地，本方法還可以為各個部件分配權(quán)重，并基于權(quán)重進(jìn)行評分計算。

首先，為各型成套空冷器的各材質(zhì)各組件設(shè)定價格權(quán)重數(shù)據(jù)。可以根據(jù)重要程度或本次招標(biāo)中的占比為管束、構(gòu)架、風(fēng)機(jī)電機(jī)和百葉窗四個部分分別賦予權(quán)重值。

接下來，基于設(shè)定的價格權(quán)重數(shù)據(jù)和各型成套空冷器價格綜合得分評審匯總結(jié)果數(shù)據(jù)，計算生成各投標(biāo)商管束各材質(zhì)總價、綜合得分與評標(biāo)總價匯總結(jié)果數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以作為中標(biāo)結(jié)果中公布的數(shù)據(jù)。

2 方法與示例啟示

上述實施應(yīng)用示例是以空冷器成套設(shè)備招投標(biāo)為例， 說明本創(chuàng)新方法的應(yīng)用實踐， 并且以價格參數(shù)作為比對基礎(chǔ)。該創(chuàng)新方法為該類成套產(chǎn)品框架協(xié)議采購方式提供了有效的優(yōu)選支撐平臺， 降低了勞動強(qiáng)度，大幅提高了采購工作效率。但是，本創(chuàng)新方法的應(yīng)用并不局限于此，而且， 本方法不但可適用于任何工程項目具象物理產(chǎn)品的零部件的選配組合與優(yōu)化， 同時也適用于對工程設(shè)計技術(shù)和方法的優(yōu)化比選， 例如對石化工程標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計與模塊化設(shè)計、工程智能化、設(shè)計集成化及數(shù)字化工廠技術(shù)的分析和處理方法及優(yōu)選的研究。本方法可用于比對任何一個參數(shù)， 并根據(jù)參數(shù)比對的結(jié)果進(jìn)行評價， 從而做出選擇。