基于猶豫模糊集的制造過(guò)程多指標(biāo)定量綜合評(píng)價(jià)法

王宏偉 冉琰 張根保

摘? ?要：制造過(guò)程的穩(wěn)定性是企業(yè)保障產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，針對(duì)以往過(guò)程管理中缺乏系統(tǒng)的、全面的定量分析工具的問(wèn)題，建立了面向制造過(guò)程的多指標(biāo)定量評(píng)價(jià)體系，對(duì)制造過(guò)程的各影響因素進(jìn)行具體分析定點(diǎn)評(píng)價(jià)，并基于猶豫模糊理論和多準(zhǔn)則決策方法給出了過(guò)程因素期望指數(shù)和制造過(guò)程期望指數(shù)的計(jì)算步驟，以評(píng)價(jià)等級(jí)表的方式將制造過(guò)程所處的生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行量化表達(dá).實(shí)例分析表明，該方法能幫助管理者直觀有效地評(píng)價(jià)制造過(guò)程狀態(tài)，為企業(yè)在數(shù)字化生產(chǎn)建設(shè)方面提供更多維度的管理數(shù)據(jù).

關(guān)鍵詞：猶豫模糊集;多準(zhǔn)則決策;制造過(guò)程;綜合評(píng)價(jià)

Abstract：Stability of manufacturing process is the basic for the company to guarantee the produce quality. In view of the lack of systematic and comprehensive quantitative analysis tools in the past process management， a multi-index quantitative evaluation system for manufacturing process is established. The influence factors on manufacturing process are analyzed and evaluated， and the calculation steps of process factor expectation index and manufacturing process expectation index are given based on the hesitant fuzzy theory and multi criteria decision making method. The production state of manufacturing process is expressed quantitatively by the rating scale. Case analysis shows that the method can help managers to evaluate the manufacturing process status intuitively and effectively， and provide more dimensional management data for enterprises in digital production construction.

Key words：hesitant fuzzy sets;multi-criteria decision making;manufacturing process;comprehensive evaluation

面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)空前激烈的商業(yè)環(huán)境，產(chǎn)品質(zhì)量是一個(gè)企業(yè)賴以生存和發(fā)展的基石.而制造過(guò)程作為全面質(zhì)量管理中的最重要的環(huán)節(jié)，是保障零件加工質(zhì)量的基礎(chǔ).因此對(duì)制造過(guò)程的定量分析控制一直都是企業(yè)管理需要解決的首要任務(wù).

目前，全面質(zhì)量管理中常用的分析工具有：親和圖法[1-2]或KJ法（Affinity diagram）、關(guān)聯(lián)圖法[3]（Interrelationship diagraph）、樹(shù)形圖法[4-5]（Tree diagram）、時(shí)間管理優(yōu)先矩陣[6]（Prioritization matrix）、過(guò)程決策程序圖[7]（Process decision program chart）、活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖[8]（Activity network diagram）、六十秒即時(shí)換模[9]（Single minute exchange of die）. 這些方法主要是對(duì)管理過(guò)程中的信息進(jìn)行分類和處理，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定量地評(píng)價(jià)制造過(guò)程的狀態(tài).此外，在批量生產(chǎn)中常用過(guò)程能力指數(shù)（Process capability index）實(shí)現(xiàn)以加工結(jié)果來(lái)定量評(píng)價(jià)制造過(guò)程能力 [10] .為了更好的保證制造過(guò)程的穩(wěn)定性和可控性，不僅需要針對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，還需要建立合理的制造過(guò)程評(píng)價(jià)模型，對(duì)制造過(guò)程的各影響因素進(jìn)行定點(diǎn)控制.

影響制造過(guò)程的主要因素包括人員（Personnel）、設(shè)備（Equipment）、材料（Material）、工作方法（Method）、環(huán)境（Environment）和測(cè)量（Measurement）等[11]. 重慶大學(xué)張根保教授等[12]對(duì)各因素的影響機(jī)理進(jìn)行了分析并提出了相應(yīng)的控制措施，但只適用于指導(dǎo)制造過(guò)程改進(jìn)并未提出定量的評(píng)價(jià)方法.因此本文在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步制定了各影響因素的定點(diǎn)定量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出了過(guò)程因素期望指數(shù)的概念來(lái)直觀地表達(dá)各影響因素的狀態(tài)，并給出了相關(guān)計(jì)算公式和評(píng)價(jià)等級(jí)表.

考慮到各因素對(duì)制造過(guò)程影響的重要程度是不同的，因此在進(jìn)行制造過(guò)程綜合評(píng)定的時(shí)候需要計(jì)算各影響因素的重要度值.對(duì)于不同的制造企業(yè)而言，各影響因素會(huì)因?yàn)槠髽I(yè)需求和能力不同而具有不同影響程度，從而需要決策者根據(jù)多個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)估.為了解決這種多準(zhǔn)則評(píng)價(jià)問(wèn)題，在管理科學(xué)中已經(jīng)提出了多種有效的數(shù)學(xué)模型. Zadeh[13]于1965年時(shí)提出的模糊集理論被廣泛的應(yīng)用于解決模糊信息下的評(píng)價(jià)問(wèn)題. 基于模糊集理論，Torra[14]提出了猶豫模糊集概念，并研究了其與直覺(jué)模糊集的關(guān)系.猶豫模糊集體現(xiàn)了決策者在決策時(shí)的不確定性，相比傳統(tǒng)的模糊集理論，包含了更多的不同表現(xiàn)形式的信息[15-16]. Xu等[17]提出了猶豫模糊熵的概念，并給出了相關(guān)的幾種測(cè)度公式. Hu等[18]提出了一系列猶豫模糊信息的信息度量方法，包括距離、相似性和熵度量等.此外，猶豫模糊集在表達(dá)個(gè)體猶豫思維問(wèn)題[19]及實(shí)現(xiàn)聯(lián)合決策[20]等方面存在獨(dú)特的優(yōu)勢(shì).

本文利用猶豫模糊集來(lái)處理制造過(guò)程多因素重要度評(píng)價(jià)問(wèn)題，提出了一種結(jié)合猶豫模糊熵與成對(duì)比較矩陣的最優(yōu)組合賦權(quán)法來(lái)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，并利用猶豫模糊TOPSIS模型來(lái)定量度量各因素的重要度值.最終結(jié)合過(guò)程因素期望指數(shù)和各因素的重要度值，提出了制造過(guò)程期望指數(shù)的計(jì)算公式和評(píng)價(jià)等級(jí)表，從而完成了整個(gè)制造過(guò)程的多指標(biāo)定量綜合評(píng)價(jià)體系.

1? ?制造過(guò)程多指標(biāo)定量評(píng)價(jià)體系的建立

制造過(guò)程各影響因素的水平?jīng)Q定了零件最終的加工質(zhì)量，因此需要嚴(yán)格控制各項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)，做到系統(tǒng)變異可控. 對(duì)影響制造過(guò)程的人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六個(gè)因素進(jìn)行具體分析，以提高加工質(zhì)量和具有可操作性為目標(biāo)，制定各個(gè)因素定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終形成制造過(guò)程的多指標(biāo)定量評(píng)價(jià)體系.

1.1? ?人員因素量化指標(biāo)

根據(jù)HFACS人員因素分析模型[21-23]將人員因素對(duì)事故潛在或明顯的失誤劃分為不安全行為、不安全行為的前提條件、不安全的監(jiān)督和組織影響四個(gè)層次. 結(jié)合制造過(guò)程的人員因素失誤分析，對(duì)企業(yè)一、二、三線人員[24]行為因素進(jìn)行層次劃分，以便于對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中各種人員因素失誤進(jìn)行有效預(yù)防及控制. 制造過(guò)程人員因素分析與分類系統(tǒng)如圖1所示.

對(duì)于人員因素的控制要根據(jù)不同類型的人員在制造過(guò)程中的行為和影響，分別制定多維度評(píng)價(jià)指標(biāo)，人員因素的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1所示.

1.2? ?設(shè)備因素量化指標(biāo)

設(shè)備因素主要以全員生產(chǎn)維修（Total Productive Maintenance，TPM）[25]為技術(shù)指導(dǎo)，以關(guān)鍵設(shè)備的采購(gòu)管理和使用管理為對(duì)象進(jìn)行量化指標(biāo)評(píng)價(jià)，如圖2所示，從而保證設(shè)備滿足加工需求并能以良好的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)完成加工過(guò)程.

基于過(guò)程管理方法針對(duì)設(shè)備因素各維度制定定量評(píng)價(jià)指標(biāo)如表2所示，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果為管理人員反饋當(dāng)前設(shè)備因素狀態(tài)，從而進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)循環(huán)良性過(guò)程.

1.3? ?材料因素量化指標(biāo)

材料因素的定量評(píng)價(jià)主要是以對(duì)材料的屬性控制和缺陷預(yù)防為目的，在材料的采購(gòu)、復(fù)檢、貯存、冷熱加工等階段進(jìn)行定點(diǎn)定量控制，從而保證材料在加工過(guò)程中具有良好的使用性和工藝性.

針對(duì)材料因素的關(guān)鍵控制點(diǎn)制定定量評(píng)價(jià)指標(biāo)如表3所示，通過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值直觀反映材料因素在各個(gè)環(huán)節(jié)中的狀態(tài)，從而為管理人員控制生產(chǎn)過(guò)程追溯質(zhì)量問(wèn)題提供依據(jù).

1.4? ?方法因素量化指標(biāo)

方法因素包括制造過(guò)程中的技術(shù)類方法和管理類方法，技術(shù)類方法是零件在設(shè)計(jì)、加工、裝配、試驗(yàn)等階段所用到的各類工藝、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等，管理類方法主要是企業(yè)的質(zhì)量管理體系和6 s現(xiàn)場(chǎng)管理方法等.方法的科學(xué)性和完整性是制造過(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行的基本保障.因此針對(duì)方法因素關(guān)鍵控制點(diǎn)制定定量評(píng)價(jià)指標(biāo)如表4所示.

1.5? ?環(huán)境因素量化指標(biāo)

環(huán)境因素主要是制造過(guò)程中的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和零件倉(cāng)庫(kù)的溫度、濕度、空氣潔凈度等指標(biāo).環(huán)境條件對(duì)高精度加工和裝配有著至關(guān)重要的作用，因此對(duì)環(huán)境因素的各項(xiàng)指標(biāo)需要嚴(yán)格定量控制，定量評(píng)價(jià)指標(biāo)如表5所示.

1.6? ?測(cè)量因素量化指標(biāo)

測(cè)量因素是制造過(guò)程中被測(cè)對(duì)象的測(cè)量值接近真實(shí)值的基本保證，只有穩(wěn)定有效的測(cè)量系統(tǒng)才能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性.測(cè)量因素的評(píng)價(jià)主要從測(cè)量設(shè)備、測(cè)量程序和測(cè)量環(huán)境來(lái)進(jìn)行定點(diǎn)定量控制，定量評(píng)價(jià)指標(biāo)如表6所示.

2? ?綜合評(píng)價(jià)方法的運(yùn)算過(guò)程

2.1? ?過(guò)程因素期望指數(shù)概念

制造過(guò)程各個(gè)影響因素包含了若干個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，為了能直觀評(píng)價(jià)各影響因素的狀態(tài)，給決策者提供定量的評(píng)價(jià)值，因此將各過(guò)程影響因素距離期望值的偏差程度定義為過(guò)程因素期望指數(shù)（Process factor expectation index，PF），用以對(duì)各因素各項(xiàng)評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，計(jì)算過(guò)程如下：

2.2? ?確定過(guò)程因素重要度評(píng)價(jià)指標(biāo)

令人員、設(shè)備、材料、方法、環(huán)境、測(cè)量各因素分別表示為X = {x1，x2，x3，x4，x5，x6}，為了對(duì)各因素進(jìn)行重要度評(píng)定，提出了控制難易程度、控制成本、費(fèi)效比、穩(wěn)定性、對(duì)零件精度敏感性5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，表示為D = {d1，d2，d3，d4，d5}，其屬性權(quán)重向量ω = {ω1，ω2，ω3，ω4，ω5，ω6}T未知，且要求滿足ωj = 1，ωj > 0. 其中屬性d1、d2、d3為成本型屬性，即屬性值越小該因素權(quán)重越大;d4、d5為效益型，即屬性值越大該因素權(quán)重越大.也就是說(shuō)控制難易程度越小、控制成本越低、費(fèi)效比越低，該因素的重要度就越大;穩(wěn)定性越高、對(duì)零件精度敏感性越大，該因素的重要度就越大.

.3? ?計(jì)算重要度評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

熵與猶豫模糊集理論相結(jié)合從而產(chǎn)生了猶豫模糊熵，猶豫模糊熵在權(quán)重確定中的意義在于，猶豫模糊熵越大，決策者對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果的判斷越模糊不確定，說(shuō)明決策者對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)比較難判斷，從而賦予的權(quán)重也應(yīng)較小;反之，猶豫模糊熵越小，賦予的權(quán)重也應(yīng)越大.熵權(quán)法通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)本身信息量進(jìn)行提取分析來(lái)確定權(quán)重大小，具有很強(qiáng)的客觀性，但當(dāng)評(píng)價(jià)信息差異程度小的時(shí)候，根據(jù)猶豫模糊熵所得到的權(quán)重的準(zhǔn)確性將會(huì)降低，因此本文采用最優(yōu)組合賦權(quán)法來(lái)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的最終權(quán)重.計(jì)算步驟為：

3? ?實(shí)例分析

為了進(jìn)一步說(shuō)明該方法的適用性和實(shí)施過(guò)程，本文對(duì)某數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)制造工廠的轉(zhuǎn)臺(tái)制造過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià).

3.1? ?數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)制造過(guò)程多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

根據(jù)前面的各因素評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)制造過(guò)程進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，得到各因素的評(píng)價(jià)值如表10所示.

3.2? ?計(jì)算過(guò)程因素期望指數(shù)

根據(jù)公式（1）～（6），取各因素各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值與期望值所允許的最大差值為0.2，從而計(jì)算得到表11.

通過(guò)過(guò)程因素期望指數(shù)等級(jí)表可知，材料和測(cè)量因素為特級(jí)屬于理想狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)保持，而人員因素、設(shè)備因素、方法因素和環(huán)境因素為一級(jí)狀態(tài)，決策者需要根據(jù)實(shí)際加工需求和生產(chǎn)成本，對(duì)實(shí)際值低的指標(biāo)進(jìn)行合理改進(jìn).對(duì)于人員因素而言，評(píng)價(jià)值最低的兩項(xiàng)為質(zhì)量意識(shí)及精細(xì)化操作培訓(xùn)率和無(wú)失誤行為率，主要原因是新入職的人員只接受了崗位培訓(xùn)還未接受進(jìn)一步的精益生產(chǎn)相關(guān)培訓(xùn)，并且大多數(shù)失誤行為也是這些人員對(duì)操作流程不熟悉導(dǎo)致的，因此在下一步計(jì)劃中重點(diǎn)安排新職員的培訓(xùn)工作.對(duì)于設(shè)備因素而言，評(píng)價(jià)值較低的幾項(xiàng)為設(shè)備使用率、定期點(diǎn)檢執(zhí)行率、正常使用時(shí)間占比，主要原因是部分老舊設(shè)備停機(jī)故障導(dǎo)致，因此在下一階段對(duì)這部分設(shè)備加工能力進(jìn)行評(píng)估，針對(duì)可修復(fù)的機(jī)器進(jìn)行一次全面檢修.方法因素中評(píng)價(jià)值較低的主要是現(xiàn)場(chǎng)管理執(zhí)行率和管理體系評(píng)審滿意度，主要原因是當(dāng)前訂單量的增大導(dǎo)致員工工作量增加，對(duì)于車間現(xiàn)場(chǎng)6 s管理出現(xiàn)了松懈，各項(xiàng)管理制度并未完全按照規(guī)定執(zhí)行，因此需要增強(qiáng)員工質(zhì)量意識(shí)，督促班組長(zhǎng)要嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)管理的打分工作.環(huán)境因素中的主要問(wèn)題是車間現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)油污雜物、工具隨意擺放、多余零件未按規(guī)定存放等問(wèn)題，因此下一步根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)6 s打分情況制定獎(jiǎng)懲措施，以起到督促員工現(xiàn)場(chǎng)管理意識(shí).

根據(jù)制造過(guò)程期望指數(shù)等級(jí)表可知，當(dāng)前轉(zhuǎn)臺(tái)制造過(guò)程處于一級(jí)狀態(tài)，部分影響因素稍微偏離理想狀態(tài)，可能會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，而方法因素和環(huán)境因素作為最重要的兩個(gè)方面需要進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)督改進(jìn)，根據(jù)3.2小節(jié)的分析結(jié)果可知，這兩個(gè)因素中主要的問(wèn)題在于現(xiàn)場(chǎng)6 s管理的執(zhí)行率與合格率較低，因此決策者可以以此為依據(jù)并結(jié)合加工結(jié)果制定相應(yīng)的改進(jìn)計(jì)劃，從而保證下一階段的轉(zhuǎn)臺(tái)制造過(guò)程.

4? ?結(jié)? ?論

本文提出了一種基于猶豫模糊集的制造過(guò)程多指標(biāo)定量綜合評(píng)價(jià)方法，將傳統(tǒng)的語(yǔ)言化和圖形化的管理方法進(jìn)一步數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制造過(guò)程各個(gè)影響因素的定點(diǎn)定量把控，為決策者對(duì)制造過(guò)程的管理控制提供了一套新的評(píng)價(jià)體系，以數(shù)值化形態(tài)更直觀的反映制造過(guò)程所處的狀態(tài)，促進(jìn)了數(shù)字化生產(chǎn)更全面的實(shí)施.首先，對(duì)影響制造過(guò)程的人員、設(shè)備、材料、工作方法、環(huán)境和測(cè)量這六個(gè)因素進(jìn)行具體分析，并制定各因素的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，形成了完整的制造過(guò)程多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系. 其次，提出了過(guò)程因素期望指數(shù)和制造過(guò)程期望指數(shù)的概念，同時(shí)給出了相關(guān)公式和評(píng)價(jià)等級(jí)表，從而能直觀的提供給決策者以定量的各因素當(dāng)前狀態(tài)以及制造過(guò)程當(dāng)前的期望等級(jí). 再次，在對(duì)各因素對(duì)制造過(guò)程影響的重要度值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，提出了猶豫模糊熵與成對(duì)比較矩陣的最優(yōu)組合賦權(quán)法來(lái)確定重要度評(píng)價(jià)的指標(biāo)權(quán)重，并利用猶豫模糊TOPSIS模型的改進(jìn)相對(duì)貼近度值來(lái)定量度量各因素的重要度值.最后，將該方法應(yīng)用到某轉(zhuǎn)臺(tái)制造工廠，以幫助決策者定量的分析企業(yè)制造過(guò)程的狀態(tài)，驗(yàn)證了該方法的可行性.

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