韓自強,劉大慧,馬靈秀,段鵬輝,黃小琦
(湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院 電梯工程學院,湖南 湘潭 411101)
礦用自卸車是目前大型露天礦山的主要運輸工具,具有承載能力強、可靠性高、經(jīng)濟性好、操作輕便靈活等優(yōu)點。后橫梁是礦用自卸車的主要的承載件,它把車架和后橋殼連接起來,既可以承受載荷又可以起到減少震動沖擊的作用,后橫梁質(zhì)量的好壞在很大程度上影響著自卸車的使用壽命。目前,后橫梁的制造過程有幾種工藝方案,工藝方案不同對加工過程的資源消耗和環(huán)境影響也不同[1],所以有必要對后橫梁的工藝方案進行決策。面向綠色制造的綠色工藝方案決策是綠色工藝規(guī)劃的重要內(nèi)容,也是綠色制造亟需解決的關鍵技術(shù)之一,所以對綠色工藝方案決策進行研究具有重要的實際意義[2]。
近年來,許多學者對綠色工藝方案決策問題進行了研究。文笑雨等[3]建立了綠色多目標柔性工藝方案決策模型,并利用實例驗證了模型的有效性。韓自強等[4]提出了基于區(qū)間層次分析法的機械加工綠色工藝方案決策方法,并驗證了該決策方法的可行性。岳文輝等[5]建立了綠色工藝方案決策的數(shù)學模型,并利用模糊加權(quán)系數(shù)法對模型進行求解。單武斌等[6]提出了基于熵權(quán)TOPSIS法的機械加工綠色工藝方案決策方法,并驗證了該決策方法的實用性。以上文獻對解決綠色工藝方案決策問題有積極的借鑒作用,本文采用層次分析法確定指標的權(quán)重,并將層次分析法與灰色關聯(lián)分析法結(jié)合,建立了基于AHP_灰色關聯(lián)法的綠色工藝方案決策模型,最后以后橫梁的3種機械加工工藝方案為例,驗證了該模型的可行性和實用性。
對于綠色工藝方案決策而言,各評價指標之間不是相互獨立的,而是有一定的關聯(lián)性,可以利用灰色關聯(lián)度作測度去評價各方案與理想方案的關聯(lián)程度,從而得到各方案的優(yōu)劣次序[7]。
層次分析法(AHP)是一種求權(quán)重的方法,具有靈活、簡潔、系統(tǒng)性強和所需定量數(shù)據(jù)信息較少等優(yōu)點,因此應用非常廣泛[8]。本文采用層次分析法確定指標權(quán)重,介紹層次分析法求解權(quán)重的文獻比較多,這里不再贅述。
利用灰色關聯(lián)分析法進行決策的步驟是[9]:
(1)收集評價數(shù)據(jù)形成比較數(shù)列構(gòu)成矩陣如下,下式中m表示方案的個數(shù),n表示決策指標的個數(shù)。
(1)
(2)確定參考數(shù)列,參考數(shù)列是一個理想的比較數(shù)列,通常由每個指標所有方案的最優(yōu)值構(gòu)成,即效益型指標選取最大值,成本型指標選取最小值。
(2)
(3)比較數(shù)列和參考數(shù)列一起構(gòu)成了具有m+1個數(shù)列的矩陣如下[10]:
(3)
(4)無量綱化處理,由于式(3)中的數(shù)列具有不同的量綱或數(shù)量級,為了保證分析結(jié)果的可靠性,需要對該數(shù)列進行無量綱化處理。通常采用均值化法式(4)進行無量綱化,無量綱化后的數(shù)據(jù)序列形成如下矩陣:
(4)
式(4)中:Xi=(xi(1),xi(2),…,xi(n))T,其中i=0,1,…,m。
(5)
(5)計算比較數(shù)列與參考數(shù)列對應元素的絕對差值,即:
|x0(j)-xi(j)|,(j=1,2,…,n;i=1,2,…,m)
(6)
(6)計算兩級最大差和兩級最小差[11]:
(7)
(8)
(7)計算關聯(lián)系數(shù)[12]:
ζi(j)=
j=1,2, …n
(9)
式(9)中:ζi(j)表示比較數(shù)列的第j個指標與參考數(shù)列第j個指標之間的關聯(lián)系數(shù),ρ表示分辨系數(shù),
0<ρ<1,如果ρ越大,表示關聯(lián)性越強,ρ通常取0.5。
(8)求加權(quán)關聯(lián)度[13],加權(quán)關聯(lián)度的大小反應了備選方案和理想方案關聯(lián)性的強弱,即兩者接近程度的大小。加權(quán)關聯(lián)度越大,則兩者關聯(lián)性越強,說明兩者越接近。根據(jù)加權(quán)關聯(lián)度的大小對備選工藝方案進行排序,即可得出備選工藝方案的優(yōu)劣次序。
(10)
式(10)中:wj表示利用層次分析法求出的指標權(quán)重,其中j=1,2…,n;i=1,2,…,m。
為驗證模型的可行性,以礦車后橫梁3種不同的工藝方案為例,選取對綠色工藝方案決策影響比較大的7個因素作為決策指標[14],通過對3種工藝方案進行清單分析可得到后橫梁綠色工藝方案決策指標數(shù)據(jù),并建立決策指標判斷矩陣A,如表1所示。
表1 決策指標判斷矩陣A
層次分析法的具體計算步驟參考文獻[15],可以計算決策指標的權(quán)向量wj:
wj=(0.0686 0.2535 0.3261 0.1907 0.0979 0.0408 0.0224)T
表1的7個決策指標中,除產(chǎn)品合格率為效益型指標外,其余均為成本型指標,可得到參考數(shù)列為:
由表(1)、式(2)和式(3)可以得到比較數(shù)列和參考數(shù)列一起構(gòu)成了具有4個數(shù)列的矩陣如下:
由式(4)和式(5)可得到無量綱化后的矩陣:
由式(6)計算比較數(shù)列與參考數(shù)列對應元素的絕對差值:
由式(7)和式(8)計算兩級最大差和兩級最小差:
由式(9)ρ=0.5計算關聯(lián)系數(shù),其結(jié)果可以用矩陣表示:
由式(10)求加權(quán)關聯(lián)度:r01=0.66,r02=0.92,r03=0.75,則r02>r03>r01
因此可以得出3種綠色工藝方案的優(yōu)劣順序,由優(yōu)到劣:方案2>方案3>方案1,這與采用熵權(quán)法和TOPSIS法相結(jié)合得出的評價結(jié)果一致,從說明了該模型的可行性和實用性。
本文將層次分析法求權(quán)重和灰色關聯(lián)分析法相結(jié)合,對機械加工綠色工藝方案決策進行研究。首先,采用層次分析法確定指標的權(quán)重,然后,將層次分析法與灰色關聯(lián)分析法結(jié)合,建立了基于AHP_灰色關聯(lián)法的綠色工藝方案決策模型;最后,用實例驗證了該模型的可行性和實用性。此方法可以為礦山制造企業(yè)選擇相對綠色的工藝路線提供理論依據(jù),也為綠色工藝方案決策提供了一種新方法。