王宏偉 冉琰 張根保

摘? ?要：制造過程的穩(wěn)定性是企業(yè)保障產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，針對以往過程管理中缺乏系統(tǒng)的、全面的定量分析工具的問題，建立了面向制造過程的多指標定量評價體系，對制造過程的各影響因素進行具體分析定點評價，并基于猶豫模糊理論和多準則決策方法給出了過程因素期望指數(shù)和制造過程期望指數(shù)的計算步驟，以評價等級表的方式將制造過程所處的生產(chǎn)狀態(tài)進行量化表達.實例分析表明，該方法能幫助管理者直觀有效地評價制造過程狀態(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;多準則決策;制造過程;綜合評價

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

面對競爭空前激烈的商業(yè)環(huán)境，產(chǎn)品質(zhì)量是一個企業(yè)賴以生存和發(fā)展的基石.而制造過程作為全面質(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).因此對制造過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）、樹形圖法[4-5]（Tree diagram）、時間管理優(yōu)先矩陣[6]（Prioritization matrix）、過程決策程序圖[7]（Process decision program chart）、活動網(wǎng)絡(luò)圖[8]（Activity network diagram）、六十秒即時換模[9]（Single minute exchange of die）. 這些方法主要是對管理過程中的信息進行分類和處理，不能實現(xiàn)系統(tǒng)定量地評價制造過程的狀態(tài).此外，在批量生產(chǎn)中常用過程能力指數(shù)（Process capability index）實現(xiàn)以加工結(jié)果來定量評價制造過程能力 [10] .為了更好的保證制造過程的穩(wěn)定性和可控性，不僅需要針對加工結(jié)果進行評價，還需要建立合理的制造過程評價模型，對制造過程的各影響因素進行定點控制.

影響制造過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）和測量（Measurement）等[11]. 重慶大學(xué)張根保教授等[12]對各因素的影響機理進行了分析并提出了相應(yīng)的控制措施，但只適用于指導(dǎo)制造過程改進并未提出定量的評價方法.因此本文在此基礎(chǔ)上進一步制定了各影響因素的定點定量評價指標體系，提出了過程因素期望指數(shù)的概念來直觀地表達各影響因素的狀態(tài)，并給出了相關(guān)計算公式和評價等級表.

考慮到各因素對制造過程影響的重要程度是不同的，因此在進行制造過程綜合評定的時候需要計算各影響因素的重要度值.對于不同的制造企業(yè)而言，各影響因素會因為企業(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)多個評價準則來進行綜合評估.為了解決這種多準則評價問題，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價問題. 基于模糊集理論，Torra[14]提出了猶豫模糊集概念，并研究了其與直覺模糊集的關(guān)系.猶豫模糊集體現(xiàn)了決策者在決策時的不確定性，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，猶豫模糊集在表達個體猶豫思維問題[19]及實現(xiàn)聯(lián)合決策[20]等方面存在獨特的優(yōu)勢.

本文利用猶豫模糊集來處理制造過程多因素重要度評價問題，提出了一種結(jié)合猶豫模糊熵與成對比較矩陣的最優(yōu)組合賦權(quán)法來確定評價指標權(quán)重，并利用猶豫模糊TOPSIS模型來定量度量各因素的重要度值.最終結(jié)合過程因素期望指數(shù)和各因素的重要度值，提出了制造過程期望指數(shù)的計算公式和評價等級表，從而完成了整個制造過程的多指標定量綜合評價體系.

1? ?制造過程多指標定量評價體系的建立

制造過程各影響因素的水平?jīng)Q定了零件最終的加工質(zhì)量，因此需要嚴格控制各項評價參數(shù)，做到系統(tǒng)變異可控. 對影響制造過程的人、機、料、法、環(huán)、測六個因素進行具體分析，以提高加工質(zhì)量和具有可操作性為目標，制定各個因素定量評價指標，最終形成制造過程的多指標定量評價體系.

1.1? ?人員因素量化指標

根據(jù)HFACS人員因素分析模型[21-23]將人員因素對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)督和組織影響四個層次. 結(jié)合制造過程的人員因素失誤分析，對企業(yè)一、二、三線人員[24]行為因素進行層次劃分，以便于對實際生產(chǎn)過程中各種人員因素失誤進行有效預(yù)防及控制. 制造過程人員因素分析與分類系統(tǒng)如圖1所示.

對于人員因素的控制要根據(jù)不同類型的人員在制造過程中的行為和影響，分別制定多維度評價指標，人員因素的定量評價指標如表1所示.

1.2? ?設(shè)備因素量化指標

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)備的采購管理和使用管理為對象進行量化指標評價，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行狀態(tài)來完成加工過程.

基于過程管理方法針對設(shè)備因素各維度制定定量評價指標如表2所示，根據(jù)評價結(jié)果為管理人員反饋當(dāng)前設(shè)備因素狀態(tài)，從而進行針對性的改進循環(huán)良性過程.

1.3? ?材料因素量化指標

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

針對材料因素的關(guān)鍵控制點制定定量評價指標如表3所示，通過各項指標的數(shù)值直觀反映材料因素在各個環(huán)節(jié)中的狀態(tài)，從而為管理人員控制生產(chǎn)過程追溯質(zhì)量問題提供依據(jù).

1.4? ?方法因素量化指標

方法因素包括制造過程中的技術(shù)類方法和管理類方法，技術(shù)類方法是零件在設(shè)計、加工、裝配、試驗等階段所用到的各類工藝、標準、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)場管理方法等.方法的科學(xué)性和完整性是制造過程穩(wěn)定進行的基本保障.因此針對方法因素關(guān)鍵控制點制定定量評價指標如表4所示.

1.5? ?環(huán)境因素量化指標

環(huán)境因素主要是制造過程中的作業(yè)現(xiàn)場和零件倉庫的溫度、濕度、空氣潔凈度等指標.環(huán)境條件對高精度加工和裝配有著至關(guān)重要的作用，因此對環(huán)境因素的各項指標需要嚴格定量控制，定量評價指標如表5所示.

1.6? ?測量因素量化指標

測量因素是制造過程中被測對象的測量值接近真實值的基本保證，只有穩(wěn)定有效的測量系統(tǒng)才能保證測量結(jié)果的準確性.測量因素的評價主要從測量設(shè)備、測量程序和測量環(huán)境來進行定點定量控制，定量評價指標如表6所示.

2? ?綜合評價方法的運算過程

2.1? ?過程因素期望指數(shù)概念

制造過程各個影響因素包含了若干個評價指標，為了能直觀評價各影響因素的狀態(tài)，給決策者提供定量的評價值，因此將各過程影響因素距離期望值的偏差程度定義為過程因素期望指數(shù)（Process factor expectation index，PF），用以對各因素各項評價統(tǒng)計結(jié)果進行分析，計算過程如下：

2.2? ?確定過程因素重要度評價指標

令人員、設(shè)備、材料、方法、環(huán)境、測量各因素分別表示為X = {x1，x2，x3，x4，x5，x6}，為了對各因素進行重要度評定，提出了控制難易程度、控制成本、費效比、穩(wěn)定性、對零件精度敏感性5個評價指標，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.也就是說控制難易程度越小、控制成本越低、費效比越低，該因素的重要度就越大;穩(wěn)定性越高、對零件精度敏感性越大，該因素的重要度就越大.

.3? ?計算重要度評價指標權(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，決策者對于評價結(jié)果的判斷越模糊不確定，說明決策者對評價指標相對比較難判斷，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)法通過對評價數(shù)據(jù)本身信息量進行提取分析來確定權(quán)重大小，具有很強的客觀性，但當(dāng)評價信息差異程度小的時候，根據(jù)猶豫模糊熵所得到的權(quán)重的準確性將會降低，因此本文采用最優(yōu)組合賦權(quán)法來確定評價指標的最終權(quán)重.計算步驟為：

3? ?實例分析

為了進一步說明該方法的適用性和實施過程，本文對某數(shù)控轉(zhuǎn)臺制造工廠的轉(zhuǎn)臺制造過程進行評價.

3.1? ?數(shù)控轉(zhuǎn)臺制造過程多指標評價體系

根據(jù)前面的各因素評價指標對數(shù)控轉(zhuǎn)臺制造過程進行定量評價，得到各因素的評價值如表10所示.

3.2? ?計算過程因素期望指數(shù)

根據(jù)公式（1）～（6），取各因素各項評價指標實際值與期望值所允許的最大差值為0.2，從而計算得到表11.

通過過程因素期望指數(shù)等級表可知，材料和測量因素為特級屬于理想狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)保持，而人員因素、設(shè)備因素、方法因素和環(huán)境因素為一級狀態(tài)，決策者需要根據(jù)實際加工需求和生產(chǎn)成本，對實際值低的指標進行合理改進.對于人員因素而言，評價值最低的兩項為質(zhì)量意識及精細化操作培訓(xùn)率和無失誤行為率，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操作流程不熟悉導(dǎo)致的，因此在下一步計劃中重點安排新職員的培訓(xùn)工作.對于設(shè)備因素而言，評價值較低的幾項為設(shè)備使用率、定期點檢執(zhí)行率、正常使用時間占比，主要原因是部分老舊設(shè)備停機故障導(dǎo)致，因此在下一階段對這部分設(shè)備加工能力進行評估，針對可修復(fù)的機器進行一次全面檢修.方法因素中評價值較低的主要是現(xiàn)場管理執(zhí)行率和管理體系評審滿意度，主要原因是當(dāng)前訂單量的增大導(dǎo)致員工工作量增加，對于車間現(xiàn)場6 s管理出現(xiàn)了松懈，各項管理制度并未完全按照規(guī)定執(zhí)行，因此需要增強員工質(zhì)量意識，督促班組長要嚴格執(zhí)行現(xiàn)場管理的打分工作.環(huán)境因素中的主要問題是車間現(xiàn)場出現(xiàn)油污雜物、工具隨意擺放、多余零件未按規(guī)定存放等問題，因此下一步根據(jù)現(xiàn)場6 s打分情況制定獎懲措施，以起到督促員工現(xiàn)場管理意識.

根據(jù)制造過程期望指數(shù)等級表可知，當(dāng)前轉(zhuǎn)臺制造過程處于一級狀態(tài)，部分影響因素稍微偏離理想狀態(tài)，可能會對加工質(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方面需要進行重點監(jiān)督改進，根據(jù)3.2小節(jié)的分析結(jié)果可知，這兩個因素中主要的問題在于現(xiàn)場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)的改進計劃，從而保證下一階段的轉(zhuǎn)臺制造過程.

4? ?結(jié)? ?論

本文提出了一種基于猶豫模糊集的制造過程多指標定量綜合評價方法，將傳統(tǒng)的語言化和圖形化的管理方法進一步數(shù)字化，實現(xiàn)了對制造過程各個影響因素的定點定量把控，為決策者對制造過程的管理控制提供了一套新的評價體系，以數(shù)值化形態(tài)更直觀的反映制造過程所處的狀態(tài)，促進了數(shù)字化生產(chǎn)更全面的實施.首先，對影響制造過程的人員、設(shè)備、材料、工作方法、環(huán)境和測量這六個因素進行具體分析，并制定各因素的定量評價指標，形成了完整的制造過程多指標評價體系. 其次，提出了過程因素期望指數(shù)和制造過程期望指數(shù)的概念，同時給出了相關(guān)公式和評價等級表，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)以及制造過程當(dāng)前的期望等級. 再次，在對各因素對制造過程影響的重要度值進行計算時，提出了猶豫模糊熵與成對比較矩陣的最優(yōu)組合賦權(quán)法來確定重要度評價的指標權(quán)重，并利用猶豫模糊TOPSIS模型的改進相對貼近度值來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)臺制造工廠，以幫助決策者定量的分析企業(yè)制造過程的狀態(tài)，驗證了該方法的可行性.

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