基于物元分析法的生產(chǎn)系統(tǒng)柔性綜合評價

王屾， 房殿軍

（同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院，上海201804）

0 引 言

柔性于20世紀(jì)后期從兩條途徑被引進(jìn)管理學(xué)的范圍中，其中一條途徑是技術(shù)管理，它利用計算機智能相關(guān)技術(shù)進(jìn)行敏捷制造、柔性制造。根據(jù)管理學(xué)中的涵義，柔性在技術(shù)上代表靈活性、可適應(yīng)性、可擴展性以及可兼容性。另一條途徑的提出是在20世紀(jì)80年代初，美國有一些學(xué)者提出了企業(yè)文化的理論，強調(diào)了員工處于管理的中心，他們有主導(dǎo)地位。企業(yè)文化強調(diào)企業(yè)精神、價值觀和員工凝聚力，這些因素與管理計劃和制度相比，無疑同樣具有柔性。

柔性可以描述為一個系統(tǒng)在面對由環(huán)境引起的變化和不確定時，所具備的有效處理這些因素所引起不確定性的能力。由于柔性的復(fù)雜性，導(dǎo)致柔性的評價成為極其復(fù)雜的問題。目前國內(nèi)外研究人員對柔性評價展開了大量研究工作，但是關(guān)于量化評價柔性的問題仍然沒有達(dá)成統(tǒng)一認(rèn)識。本文希望通過對相關(guān)企業(yè)的調(diào)查分析和借鑒以往評價研究中的一些科學(xué)方法，建立一套適合生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性評價指標(biāo)體系模型和方法。

1 生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評價指標(biāo)體系的建立

作為一種能力，柔性存在的程度和水平問題，往往需要特定的評價指標(biāo)來加以衡量。在建立生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評價指標(biāo)時一般應(yīng)遵循以下的原則［1］：1）簡潔、完備性原則，生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性指標(biāo)體系應(yīng)當(dāng)全面反映出生產(chǎn)系統(tǒng)運作效率的能力，但指標(biāo)盡可能全面，各指標(biāo)之間不應(yīng)具有高度相關(guān)性。2）客觀、可考核原則，指標(biāo)的設(shè)定應(yīng)盡量不受到主觀因素影響，數(shù)據(jù)來源必須真實可靠，以確保結(jié)果的可考核性和真實性。3）可擴充原則，根據(jù)企業(yè)不同時期的要求應(yīng)修改、增加和刪除柔性指標(biāo)體系，并可根據(jù)具體情況將指標(biāo)具體化。

進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評價時，既要考慮企業(yè)柔性評價的基本原則，同時又要考慮制造企業(yè)運作的特點。因此，結(jié)合企業(yè)實際情況，本文在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，初步確立了生產(chǎn)系統(tǒng)柔性指標(biāo)評價體系，在與相關(guān)專家深度訪談后篩選原始評價指標(biāo)，并將各個指標(biāo)進(jìn)行量化和正向化處理，確立了最終的企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性評價指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評價指標(biāo)體系［2］

2 生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評價的物元分析法

物元概念［3］能反映事物的質(zhì)與量之間的關(guān)系，以及事物的動態(tài)性，可以更貼近地描述客觀事物變化的過程，它把事物、特征及相應(yīng)的量值作為一個整體來研究，為運用定性與定量相結(jié)合的方法解決矛盾問題提供了形式化的工具。生產(chǎn)系統(tǒng)柔性綜合評價的物元分析法主要分為以下步驟：

2.1 確定待評物元

把待評價單元所收集到的評價信息用物元Rpk表示：

式中：Npk為待評價的水平；C為生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評價指標(biāo)；V為所收集到的評價指標(biāo)的具體取值。

2.2 確定經(jīng)典域和節(jié)域

根據(jù)物元的定義，我們可以建立生產(chǎn)系統(tǒng)柔性的評價模型。設(shè)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性的評價指標(biāo)有m個，即c1，c2，…，cn，以這部分指標(biāo)為基礎(chǔ)，將生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評價指標(biāo)定量地分為n個等級，把它們描述為以下定性、定量綜合評價物元模型，即節(jié)域。

式中：Rj為第j級生產(chǎn)系統(tǒng)柔性的物元模型；Nj為第j級生產(chǎn)系統(tǒng)柔性的評價指標(biāo)；Vjk為第j級時第k個評價指標(biāo)的量值范圍（k=1，2，…，m）。

由各個評價指標(biāo)允許的取值范圍構(gòu)建而成物元模型，稱之為經(jīng)典域。

其中：Rp為生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評價指標(biāo)允許取值范圍的物元；Np為生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評價的全體等級；Vp為表示全體指標(biāo)允許的取值范圍。

2.3 確定生產(chǎn)系統(tǒng)柔性關(guān)聯(lián)函數(shù)

在本文對生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評價中，由于選取指標(biāo)全部轉(zhuǎn)化為正向指標(biāo)，即分值越大，柔性越高。故指標(biāo)的最優(yōu)點不在區(qū)間的中間位置。所以，本文以最優(yōu)點在右側(cè)端點建立初等關(guān)聯(lián)函數(shù)。即指標(biāo)值為某個區(qū)間的端點最大值時，該指標(biāo)對該等級的關(guān)聯(lián)度最大。當(dāng)最優(yōu)點位于第i等級區(qū)間的右側(cè)端點bi時，點vk與區(qū)間Xik關(guān)于區(qū)間右側(cè)端點的右側(cè)距為：

該生產(chǎn)系統(tǒng)柔性關(guān)聯(lián)函數(shù)具有以下性質(zhì)：l）當(dāng)K（Vk）≥0時，表示 x在區(qū)間 Xik內(nèi)；2）當(dāng) K（Vk）＜0 時，表示 x不屬于Xik；3）當(dāng) Vk在 Xik內(nèi)時，K（Vk）隨著 Vk的增大而遞增，表明Vk具有 Xik的屬性越大；4）當(dāng) Vk=bik時，K（Vk）達(dá)到最大。

對關(guān)聯(lián)函數(shù)進(jìn)行如上變化后，當(dāng)指標(biāo)屬于某一等級區(qū)間時，評價指標(biāo)的值越大則求得的關(guān)聯(lián)度的值也越大，這樣不僅可以得到分級分類的信息，而且更會使本文研究符合實際情況。

2.4 模糊熵權(quán)系數(shù)法確定權(quán)重

當(dāng)系統(tǒng)評價指標(biāo)體系中大量評價指標(biāo)需要定量分析時，可先通過專家評分法對各指標(biāo)進(jìn)行評分，得到各個指標(biāo)的重要程度評語矩陣［4］。再由模糊熵權(quán)系數(shù)法將主觀評判和客觀計算相結(jié)合，大大增加了權(quán)重的可信度。模糊熵權(quán)系數(shù)法的步驟如下：

l）專家對評價指標(biāo)體系中的各個因素進(jìn)行評價。在這里邀請5位專家對評價體系的各個指標(biāo)進(jìn)行打分評價，分值從低到高分別為 1，2，3，4，5，其專家評分結(jié)果如表2所示。

表2 生產(chǎn)系統(tǒng)柔性指標(biāo)的專家評分

2）建立模糊隸屬度矩陣E，如下式：

其中：0＜rij＜1；i=1，2，3…，n；j=1，2，3…，m；rij表示從第 i個因素作為被評價對象被作出第j種評語的概率，即指標(biāo)某類評價的專家人數(shù)與總專家人數(shù)的比值。

3 ）計算指標(biāo)的熵權(quán)。

指標(biāo)的熵權(quán)有著某種特殊的意義，它代表的并不是在問題評價中某個指標(biāo)的實際重要性系數(shù)，而是在給定風(fēng)險因素集、評判集以及專家的各種評價指標(biāo)確定的情況下，各評價指標(biāo)在競爭意義上的相對激烈程度的權(quán)重。

a.計算各個評價指標(biāo)的熵值ei：

其中：i=1，2，3…，n；j=1，2，3…，m。

b.計算各個評價指標(biāo)的差異系數(shù)：

c.計算各個指標(biāo)的熵權(quán)：

4）計算各評價指標(biāo)的綜合權(quán)重σi。

專家憑經(jīng)驗主觀對各指標(biāo)的判定權(quán)值，設(shè)為wi，將各個指標(biāo)的專家主觀判定權(quán)值和熵權(quán)相結(jié)合，通過下式計算得到指標(biāo)的綜合權(quán)重值：

對5位專家的評分結(jié)果作歸一化處理可以得到各個指標(biāo)的初始權(quán)重。綜合專家的評分，得到隸屬度矩陣表并分別計算各個指標(biāo)的熵權(quán)，結(jié)合已經(jīng)求出的各個指標(biāo)的初始權(quán)重，得到最終各指標(biāo)的綜合權(quán)重，如表3所示。

表3 指標(biāo)權(quán)重表

2.5 綜合評價

計算生產(chǎn)系統(tǒng)柔性各個評價等級的關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)度表示所有評價指標(biāo)符合各評價等級的程度。

其中 σi為各指標(biāo)權(quán)重，若k（jp），則評定生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性水平為等級j。

3 算例分析

本文將生產(chǎn)系統(tǒng)的各個柔性指標(biāo)評價等級按較差、一般、良好、優(yōu)秀分為4個等級，具體取值范圍見表4。某企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)方案［5］，根據(jù)表1公式可以得到相應(yīng)指標(biāo)得分，如表5所示。在表3的指標(biāo)權(quán)重基礎(chǔ)上，用物元分析法可計算改制造企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)度，見表6。

表4 生產(chǎn)系統(tǒng)評價等級標(biāo)準(zhǔn)表

表5 生產(chǎn)系統(tǒng)各指標(biāo)柔性得分值

表6 關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

根據(jù)最大關(guān)聯(lián)度原則，該制造企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)柔性水平為一般，原因主要體現(xiàn)在以下幾點：

1）該企業(yè)先進(jìn)制造設(shè)備較少，并且大部分的機器設(shè)備比較陳舊，而且產(chǎn)品比較單一，使得作業(yè)空間的范圍受到了限制，增大了轉(zhuǎn)產(chǎn)成本，造成了生產(chǎn)制造系統(tǒng)的整體柔性水平偏低。企業(yè)中能對加工中心進(jìn)行編程的人員比較緊缺，這就導(dǎo)致了加工中心無法發(fā)揮其應(yīng)有的效果，從而導(dǎo)致了企業(yè)生產(chǎn)加工系統(tǒng)的柔性偏低。

2）該企業(yè)設(shè)計新產(chǎn)品到進(jìn)行批量生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中存在制約因素，表現(xiàn)在設(shè)計人員對于生產(chǎn)工藝缺乏研究，部分產(chǎn)品的工藝設(shè)計無法進(jìn)行，導(dǎo)致必須設(shè)計代替的新產(chǎn)品。雖然該生產(chǎn)車間的生產(chǎn)計劃完成率處于較高水平，但這通常是通過加班來保證生產(chǎn)計劃的完成，說明該生產(chǎn)車間的轉(zhuǎn)變能力依然不足。

3）該企業(yè)的研發(fā)費用率和研發(fā)人員投入率比較低，表明在研發(fā)投入方面該企業(yè)存在一定的欠缺。這主要體現(xiàn)在：企業(yè)發(fā)展模式相對落后，其資源主要投入在已有產(chǎn)品的生產(chǎn)上；企業(yè)缺乏高級研發(fā)人員，已有的研發(fā)人員通常在原有產(chǎn)品設(shè)計基礎(chǔ)上對某部分進(jìn)行改良。

4 結(jié)語

柔性并不是越大越好，因為柔性的實質(zhì)是保持變化與穩(wěn)定之間的平衡，它需要管理者具有很強的管理控制力。柔性過大會導(dǎo)致企業(yè)的控制力減弱，而且系統(tǒng)柔性增加所需要的成本也會急劇上升。因此需要對系統(tǒng)的柔性進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲源_定最合適的柔性水平。

本研究在構(gòu)建制造企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評價體系的基礎(chǔ)上，通用物元分析法定性定量地評價企業(yè)柔性，這能夠有效地為制造企業(yè)在實際生產(chǎn)中對其柔性能力做出判斷。針對不同類型的制造企業(yè)，如何更好地提高生產(chǎn)加工過程的柔性因素，找出最佳柔性水平，提高企業(yè)的市場競爭能力還需進(jìn)一步研究。

［1］ 王強，郝麗萍，王平.企業(yè)柔性評價基本要素分析［J］.科技管理研究，2002（3）：15-16.

［2］ 房殿軍，王屾.基于模糊數(shù)學(xué)的生產(chǎn)系統(tǒng)柔性綜合評價［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015（8）：63-65..

［3］ 肖智，鐘波，李有慧.企業(yè)競爭力綜合評價物元模型與可拓評價方法［J］.運籌與管理，2002，11（2）：71-75.

［4］ 王旭.物流系統(tǒng)柔性評價模型研究［D］.大連：大連海事大學(xué)，2011.

［5］ 趙新悅.現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)柔性研究［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，2009.