基于模糊層次分析法的云制造資源評(píng)價(jià)*

□ 張遠(yuǎn)龍 □ 屠建飛 □ 謝文東

1.寧波大學(xué) 機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 浙江寧波 315211

2.浙江省零件軋制成形技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江寧波 315211

云制造是近年來逐漸發(fā)展起來的一種以互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)為支撐平臺(tái)，按用戶需求組織網(wǎng)上制造資源，為用戶提供各種制造服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化制造的新模式。在云制造模式中，企業(yè)將本企業(yè)可用的制造資源虛擬化后接入到云制造服務(wù)平臺(tái)，成為云制造資源的提供方；制造資源的需求方通過云制造服務(wù)平臺(tái)，可以發(fā)現(xiàn)和獲取這些資源，在與提供方達(dá)成合作協(xié)議后，使用這些云制造資源。

云制造模式為制造企業(yè)發(fā)現(xiàn)、獲取和利用外部制造資源提供了新的途徑，有助于彌補(bǔ)自身制造資源缺乏的不足，有利于提高企業(yè)響應(yīng)市場(chǎng)和客戶需求變化的能力。但是，由于云端的制造資源分屬不同的提供方，且受市場(chǎng)變化影響，存在很大的不確定性，這給制造企業(yè)管理云制造資源提出了更高的要求,尤其是合理評(píng)價(jià)云制造資源 （Cloud Manufacturing Resource，CMR），選擇最優(yōu)且滿足所需的云制造資源成為需求方應(yīng)用云制造需要解決的首要問題。

有關(guān)云制造資源的評(píng)價(jià)，很多專家學(xué)者對(duì)此展開了廣泛研究，為云制造資源的選擇和應(yīng)用提供了方法和途徑。如魏樂［1］等提出云制造環(huán)境下基于可信評(píng)價(jià)的云服務(wù)選擇；馬玉敏［2］等首次全面地提出了一個(gè)完整的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并構(gòu)造了基于制造單元生命周期的單元化制造系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型；李海波［3］提出了云制造環(huán)境下基于工作流的多粒度資源組合方法，解決了多粒度資源組合問題；鄭立斌［4］等提出了一種制造資源評(píng)價(jià)模型，解決了評(píng)價(jià)指標(biāo)較多時(shí)的權(quán)重處理，增強(qiáng)了評(píng)價(jià)的科學(xué)性和可靠性；文獻(xiàn)［5-9］分析了云制造資源聚集方法、云制造應(yīng)用模式以及模糊層次分析法的可用性。

本文在上述研究基礎(chǔ)上，從云制造資源需求方出發(fā)，選擇一系列評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了云制造資源的評(píng)價(jià)模型，并應(yīng)用模糊層次分析法進(jìn)行實(shí)例分析，以期探索可用于云制造資源評(píng)價(jià)的新途徑和方法。

1 云制造資源評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

由于云制造資源種類繁多，且具有多主體、動(dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)，評(píng)價(jià)過程既要考慮云制造資源本身的特性，如能力、適用范圍等，也要考慮云制造資源的特點(diǎn)和資源提供方的情況，如價(jià)格、質(zhì)量和可靠性等。因此，在云制造資源的評(píng)價(jià)過程中，必須綜合考慮上述問題。

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

云制造資源評(píng)價(jià)指標(biāo)必須能夠真實(shí)反映云制造資源的基本情況，如質(zhì)量、狀態(tài)特征等，并且云制造資源評(píng)價(jià)指標(biāo)需要簡(jiǎn)單、科學(xué)、完整，強(qiáng)調(diào)資源的核心要素，以提高云制造資源評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。

本文分層次構(gòu)建云制造資源的評(píng)價(jià)指標(biāo)，整個(gè)評(píng)價(jià)體系包括目標(biāo)層、綜合指標(biāo)層、明細(xì)指標(biāo)項(xiàng)層和評(píng)價(jià)對(duì)象層等四個(gè)層次，如圖1所示。

目標(biāo)層是制造資源需求方需要的云制造資源，評(píng)價(jià)對(duì)象層是需求方經(jīng)初步篩選后，需進(jìn)一步評(píng)價(jià)的云制造資源，即多個(gè)可供選擇的云制造資源。

綜合指標(biāo)層是指用于反映云制造資源整體情況的各項(xiàng)綜合性指標(biāo)，包括時(shí)間、成本、質(zhì)量、服務(wù)、信譽(yù)度和可靠度等。其中：時(shí)間指標(biāo)綜合反映需求方獲取目標(biāo)云制造資源的便捷性；質(zhì)量指標(biāo)綜合反映了目標(biāo)云制造資源在加工精度、性能等方面的水平，是判斷云制造資源適用性的物理基礎(chǔ)；成本指標(biāo)綜合反映需求方獲取云制造資源的代價(jià)，是云制造資源經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)志；服務(wù)指標(biāo)用于綜合反映云制造資源提供方的保障能力；信譽(yù)度和可靠度指標(biāo)綜合反映了資源提供方的可信度，是云制造資源有效性和可持續(xù)性的保證。

▲圖1 云制造資源評(píng)價(jià)體系

明細(xì)指標(biāo)項(xiàng)層用于進(jìn)一步細(xì)化各綜合指標(biāo)項(xiàng)，為量化計(jì)算和評(píng)價(jià)提供依據(jù)，包括加工時(shí)間、加工精度、可用性等，這些明細(xì)指標(biāo)項(xiàng)可根據(jù)需求方的要求增減。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化

云制造資源評(píng)價(jià)模型中的各明細(xì)指標(biāo)項(xiàng)，能夠反映云制造資源本身和提供方的特性，但是這些指標(biāo)項(xiàng)既有定量指標(biāo)，如時(shí)間和成本等，也包含了部分定性指標(biāo)，如服務(wù)、信譽(yù)度、可靠度等。為了便于量化計(jì)算，采用模糊化處理指標(biāo)，并對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范化。引用0.1～0.9標(biāo)度方法，按表1進(jìn)行量化處理。

表1 基于模糊層次分析法的指標(biāo)相對(duì)重要度

2 基于模糊層次分析法的云制造資源評(píng)價(jià)過程

在確定各指標(biāo)項(xiàng)后，對(duì)云制造資源的量化評(píng)價(jià)，采用模糊層次分析法 （Fuzzy Analytical HierarchyProcess，F(xiàn)AHP）進(jìn)行計(jì)算和分析，達(dá)到對(duì)云制造資源評(píng)價(jià)選擇的目的。以下通過實(shí)例說明應(yīng)用模糊層次分析法的云制造資源評(píng)價(jià)過程。

表2 待評(píng)價(jià)云制造資源（CMR1、CMR2）

假設(shè)，經(jīng)過云制造資源初選后，需求方發(fā)現(xiàn)只有某兩個(gè)云制造資源（CMR1、CMR2）符合基本要求，經(jīng)專家分析，按照評(píng)價(jià)模型中相應(yīng)指標(biāo)初步評(píng)價(jià)，得到這兩個(gè)資源的基本情況，見表2。為選擇最優(yōu)資源，采用模糊層次分析法和評(píng)價(jià)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

2.1 建立模糊一致判斷矩陣

云制造資源需求方依據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)和制造資源的歷史信息，采用專家打分的方式（本文邀請(qǐng)3位專家，取平均值，四舍五入后作為文中數(shù)據(jù)），確定云制造資源在各層指標(biāo)對(duì)上層指標(biāo)的相對(duì)重要性，并根據(jù)表1對(duì)其賦值，建立模糊一致判斷矩陣。

（1）專家根據(jù)表1進(jìn)行打分，建立綜合指標(biāo)層C相對(duì)于目標(biāo)層T的相對(duì)重要度，見表3。

（2）專家根據(jù)表1進(jìn)行打分，建立明細(xì)指標(biāo)項(xiàng)層S相對(duì)于綜合指標(biāo)層C的相對(duì)重要度，見表4～表9。

表3 T-C判斷矩陣數(shù)據(jù)

表4 C1-S1i判斷矩陣數(shù)據(jù)

表5 C2-S2i判斷矩陣數(shù)據(jù)

表6 C3-S3i判斷矩陣數(shù)據(jù)

表7 C4-S4i判斷矩陣數(shù)據(jù)

表8 C5-S5i判斷矩陣數(shù)據(jù)

表9 C6-S6i判斷矩陣數(shù)據(jù)

（3）形成模糊一致矩陣：

式中：rij為表中第i行j列數(shù)據(jù)。

根據(jù)式（1）～式（3），對(duì)表 3～表 9 中的數(shù)值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終形成相應(yīng)的模糊一致判斷矩陣

2.2 求解模型中各層的權(quán)重W

根據(jù)模糊矩陣求各指標(biāo)權(quán)重值，求權(quán)重的步驟如下。

（1）以綜合指標(biāo)項(xiàng)層為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算明細(xì)指標(biāo)項(xiàng)層S對(duì)于綜合指標(biāo)層C的權(quán)重向量：

其中：

用式（6）求式（5）中各元素值，得：

（2）同理，以目標(biāo)層為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算綜合指標(biāo)層C對(duì)目標(biāo)層T的權(quán)重向量：

即：

經(jīng)過上述計(jì)算，可求得各層權(quán)重W，構(gòu)成權(quán)重集，見表10。

2.3 選取制造資源

根據(jù)計(jì)算得到的權(quán)重值，選取最優(yōu)服務(wù)資源。

（1）根據(jù)表2中云制造資源的數(shù)據(jù)，建立指標(biāo)相對(duì)重要度，然后形成模糊一致判斷矩陣。以時(shí)間指標(biāo)下的加工時(shí)間、物流時(shí)間和交貨時(shí)間為例，見表11～表13。

模糊一致后求得：

同理，求得其它指標(biāo)模糊一致矩陣：

表10 權(quán)重集

表11 加工時(shí)間

表12 物流時(shí)間

表13 交貨時(shí)間

（2）對(duì)云制造資源綜合評(píng)判，計(jì)算制造資源在綜合指標(biāo)層C上各指標(biāo)的權(quán)重值：

代入數(shù)值求得：

云制造資源在目標(biāo)層T上的綜合權(quán)重值：

代入數(shù)值得：

綜上所述，得到云制造資源CMR1比CMR2綜合評(píng)判高，故選取云制造資源CMR1。雖然云制造資源CMR2較CMR1具有加工時(shí)間短、加工成本低等優(yōu)勢(shì)，但是云制造資源CMR1較CMR2具有物流時(shí)間短、交貨時(shí)間短、設(shè)計(jì)成本低等優(yōu)勢(shì)，故從評(píng)價(jià)過程看是可行的，從評(píng)價(jià)結(jié)果看是合理的。

3 結(jié)論

分層次提出和構(gòu)建了云制造資源的評(píng)價(jià)模型，并且結(jié)合實(shí)例應(yīng)用模糊層次分析法探討了評(píng)價(jià)的過程，分析了評(píng)價(jià)結(jié)果合理性，驗(yàn)證了評(píng)價(jià)方法的可行性。

但是由于云制造理論提出相對(duì)較新，相關(guān)研究與應(yīng)用還不是很完善，并且本文也局限于模糊層次分析法的應(yīng)用與分析，對(duì)有關(guān)云制造資源評(píng)價(jià)和選擇，以及后續(xù)的實(shí)現(xiàn)與保障機(jī)制等可進(jìn)一步深入研究。

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