生產協作環境下工藝外協伙伴選擇策略研究*＊

劉 瑾 陸 遠 胡 瑩

(南昌大學機電工程學院，江西 南昌330031)

經濟全球化與科技水平的迅猛發展，使得企業之間的競爭壓力增大，為了在市場中保持自身的競爭力，越來越多的制造業企業間選擇了相互合作的工藝設計模式以謀求共同發展，外包外協活動成為其合作的主要形式。

工藝設計是一個復雜又循環反復的過程，它需要多人、多部門或者多企業之間相互合作參與，并可能出現反復修改才能完成。讓更多的同行業企業參與到工藝設計中，能夠有效地利用企業組織中的工藝資源，從而節約制造成本、提高產品質量、節省生產時間，在一定程度上減少管理費用，進而促進企業組織內成員的良性發展，使各個企業在協同平臺中發現不足，改進工藝設計缺陷，提升企業的核心競爭能力，在企業組織成員中脫穎而出。工藝協同平臺的形成，為企業組織成員提供了更多的合作與學習機會;但由于企業組織中各成員企業的綜合實力不同，設備、人員、管理水平、生產能力等諸多因素都將影響工藝管理的效率;同時也為企業組織的管理水平、協同水平及外協伙伴選擇的決策能力提出了更高的要求。

目前外協伙伴選擇方法主要有3 類，定性分析方法、定量分析方法和定性與定量相結合的方法。由于單一的定性分析和定量分析的局限性，各學者和專家紛紛著手研究能夠將定性方法與定量方法進行合理結合的新方法，如層次分析法、模糊評價法、TOPSIS 法等方法已經應運而生并且初有成效，但此類方法在面對多因素、大規模的問題時效果不顯著。如層次分析法在多因素情況下，需要花費大量時間梳理各因素之間的關系，對其重要性評價也不準確，外協伙伴選擇評價效果不顯著。因此本文綜合考慮任務特性、供應商協同水平等因素，運用層次分析法構建評價指標，然后利用模糊評價和熵權法確認權重，最后對TOPSIS 法進行改進，評價供應商的綜合水平，選擇最適合的工藝設計供應商。

1 生產協作環境下的生產準備管理平臺工藝方案建模

1.1 工藝管理方案建模

生產協作環境下的生產準備管理平臺主要設計內容涵蓋以下幾個方面:

(1)資源數據的多維度管理 構建設計BOM、制造BOM 以及工藝數據的綜合管理平臺;以資源管理樹的方式對資源進行集中展示，并實現對相關數據的維護。

(2)工藝信息交流平臺 平臺提供工藝設計經驗分享及問題反饋功能。工藝技術員可把自己的工藝設計經驗及小竅門發布到平臺上，或者對某一工藝方案提出質疑及發起討論。

(3)資源文件管理 平臺提供各類工藝設計所需的電子資源，各類電子資源(例如電子書、文檔、圖片、視頻等)通過嚴格的審核機制發布到平臺上，供工藝技術人員下載平臺提供對各類工藝規章制度管理文件的上傳、下載、瀏覽、更新等功能。

(4)生產能力計劃管理 包含產品提前期登記與計算，質量體系文件管理，關鍵工作中心產品零件工序清單、資源配置清單、能力分析、靜態生產能力平衡分析。

(5)柔性裝配工藝管理 包含工位信息定義、柔性裝配BOM 清單定義、裝配BOM 的維護以及裝配工藝的編制。

平臺總體框架以統一數據模型為基礎，搭載在由工作流引擎、報表引擎及可視化組件構建的通用工具集之上，如圖1 所示。

1.2 生產準備管理平臺體系結構

生產準備管理平臺是企業組織進行工藝資源共享、工藝文件管理和工藝信息交流的平臺，平臺上的工藝管理是由企業組織內的成員共同協作完成的。該生產準備管理平臺分為3 個層次，如圖2 所示。

(1)用戶層 可以實現用戶與工藝資源應用層進行交互，是直接與用戶進行溝通的門戶。用戶通過裝有silverlight 插件的瀏覽器瀏覽Web 頁面，可以在用戶層做出業務指令請求和接收工藝資源應用層反饋的處理結果。

(2)工藝資源應用層 是3 個層次中的業務處理的主要部分，所有的工藝管理都要通過該層進行業務和算法處理，它是用戶層和數據庫層的橋梁，聯接整個生產準備管理平臺的信息流、數據流及資金流。它分為Web 服務器和應用程序兩部分。Web 服務器是處理用戶請求并對應用程序返回的處理結果進行解釋。應用程序是用來處理用戶請求，實現業務功能的程序集，它由許多功能模塊組成，共同實現生產準備平臺的工藝管理決策。

(3)數據庫層 是用來存儲與生產準備管理平臺相關的所有數據，包括用戶、權限、BOM 數據、工藝知識、工藝文件及各種工藝資源等數據。

1.3 生產準備管理平臺協作管理

由于生產準備管理平臺上企業組織內部成員企業眾多，各企業之間的內部管理水平不同、工藝資源信息術語不一致、工藝資源信息交流不及時等原因導致平臺內企業之間的協作管理通訊不能及時響應，降低了協作的靈活性和效率水平。以結構化、標準化和規范化的工藝資源描述、快速的通訊響應能力、及時通訊工具和工作流應用來提高工藝管理協作效率。

生產協作環境下的工藝管理協作管理主要分為3部分，統一術語管理、及時性管理和工作流應用。

(1)統一術語管理 對于平臺上涉及的所有產品信息描述、工藝數據、工藝文件、工藝資源等信息，使用結構化、標準化和規范化的文字描述，規范統一術語，并制定詞匯表描述產品屬性和技術參數。

(2)及時性管理 利用及時通訊工具和web service 技術實現企業之間的通訊。企業組織者在平臺下達工藝任務時，平臺自動將工藝任務分配給供應商，并通過及時通信工具、短信或者郵件將工藝任務資料發送給供應商，供應商及時響應工藝任務進行工藝設計。當資深工藝員想要交流和分享工藝經驗時，能夠通過及時通訊工具或者工藝BBS 進行經驗分享，在平臺實現及時通訊和資源共享的目的。

(3)工作流應用 由于工藝設計過程是一個多部門或者多企業參與的復雜的過程，各個部門或者企業之間的數據關系密切，它需要交換大量的數據和文檔，將工作流應用到生產準備管理平臺中，能夠更明確地進行分工，及時準確地完成整個工藝設計過程。

2 外協伙伴選擇評價體系

在整個生產準備管理平臺的企業組織內，存在兩個或者多個企業對同一產品具有工藝設計能力，實現平臺內的供應商的任務分配，將是一個值得深究的問題。

2.1 外協伙伴評價指標構建

生產準備平臺是供應商協同完成工藝設計任務的平臺，工藝設計供應商評價指標的確定關系著整個評價體系的協同效率，直接影響著協同工藝設計的工作效率和設計質量。通過對任務特性和供應商協同水平等因素進行多因素分層分析，選擇最優的工藝設計供應商來滿足工藝設計任務需求。外協伙伴選擇的評價范圍包括任務特性、生產成本、時間、產品質量等，在生產協作的背景下，工藝設計協同供應商的選擇還需要考慮企業之間的協同能力、距離、柔性及商業信用等因素，這些指標都可分解為更為具體的次級指標，層層分解，形成一個有序的相互關聯的層次結構。該層次結構主要由3 層構成，目標層、評價準則層和決策方案層。評價準則層我們考慮的主要指標為任務特性、生產成本、時間、產品質量、協同能力和商業信用等，這些主要指標又包括各自屬性的次級指標。具體的評價指標如圖3 所示。

(1)任務特性 是指根據工藝任務的特點對供應商能否參與生產協作的評價。

(2)生產成本 包括設備成本、人工成本、物料成本等。設備成本主要指加工中心工作時的成本，以單位設備成本和工時來計算;人工成本指在工藝設計過程中耗費的人力，以單位人力成本和工時來計算;物料成本指工藝設計過程中使用的物料成本，如零部件成本等，在生產協作環境下工藝任務外協分為帶料外協和不帶料外協，本文主要討論帶料外協的情況。

(3)時間 指工藝任務的交貨期，包括加工工時、任務響應時間、運輸時間等。

(4)產品質量 其次級指標包括產品合格率、工藝設計效率和問題解析能力等。

(5)協同能力 協同能力可細分為合作水平、準時交貨率、人員設計能力、設備工作能力和信息化水平等次級指標。

(6)商業信用 包括企業信用、同行評價等評價指標。

指標分為定性指標和定量指標，定量指標按照實際工作情況給出，定性指標按照模糊評價以打分的形式給出。

2.2 原始數據無量綱化處理

由于外協伙伴選擇評價體系不僅包括定性指標，還包括定量指標。不同類型的指標之間必須通過對原始數據進行無量綱化處理，來規范化、標準化指標值，從而衡量出最優方案。根據指標特性可以將指標分為3 類，利潤型指標、費用型指標和適中型指標等。利潤型指標是指標值越大越優的指標，如產品合格率等;費用型指標是指標值越小越優的指標，如運輸成本等。適中型指標是指標值既不能太大也不能太小，而是一個適中值的指標，如工藝加工中的切削余量等。常用無量綱化處理的方法有閾值法、標準化法、比重法等，由于評價體系中指標種類眾多，本文采用比重法和閾值法分指標類型進行無量綱化處理。

利潤型指標的無量綱處理算法公式為:

費用型指標的無量綱處理算法公式為:

適中型指標的無量綱處理算法公式為:

式中:i表示第i個評價指標，i=1，2，…，m;j表示第j個供應商，j=1，2，…，m;sij表示第j個供應商第i個指標的原始評價值;rij表示第j個供應商第i個指標進行無量綱化處理后的評價值;maxjsij表示第j個供應商第i個指標最大原始評價值;minisij表示第j個供應商第i個指標最小原始評價值表示第j個供應商第i個指標原始評價值的平均值。

2.3 熵權法確定權重矩陣

權重的確定主要有兩種，主觀法和客觀法。主觀法主要是指專家通過經驗打分的形式給指標進行權重賦值。由于不同專家的知識和經驗存在差異，權重結果具有較強的主觀性，容易人為的影響決策結果。信息熵概念的引入從一定程度上避免了人為因素的影響。信息熵是用來度量信息不確定的量度。熵權法是一種客觀的衡量權重大小的方法，它根據各個指標為決策者提供的信息量的大小確定各個指標的重要程度。信息熵的值越大，表示信息的不確定性越高，傳輸的信息量就越小，對應的熵權就越小;反之，信息熵的值越小，熵權就越大，對決策的作用就越大。

無量綱化處理后歸一化的評價矩陣為R=

算公式為

其差異性系數為gi=1－ei。的差異性越大，熵ei的值就越小，差異性系數gi就越大，該指標的重要性也越大。

wi表示第i個指標的權重。利用熵權法計算wi為

2.4 外協伙伴選擇決策方法

TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)是一種多目標決策的方法，該方法認為距離最優理想解越近且與最劣理想解越遠的解越優。該方法的權重主觀因素較強，且未對適中型指標的處理方式進行闡述。本文利用熵權法求權重從一定程度上避免了主觀權重的問題，并滿足指標類型的多樣性對適中型指標處理方式進行了闡述，有效地改進了TOPSIS 方法。利潤型指標和費用型指標的最優解是與最優理想解的距離最近且與最劣理想解的距離最遠的解，適中型指標的最優解是距離理想解最近的解。

(1)計算加權決策矩陣

(2)計算不同指標類型的最優理想解、最劣理想解和適中理想解

利潤型指標的最優理想解、最劣理想解分別為費用型指標的最優理想解、最劣理想解分別為

適中型指標的適中理想解為

(3)計算各個供應商方案到最優理想解、最劣理想解和適中理想解的距離

第j個供應商方案到最優理想解的距離為

第j個供應商方案到最劣理想解的距離為

第j個供應商方案到適中理想解的距離為

(4)根據不同類型指標確定最優解

衡量評價方案與理想解的相對接近水平為

利潤型和費用型指標的最優解是最接近最優理想解且最遠離最劣理想解的解，即最小時的解。

適中型指標的最優解是最接近與適中理想解的解，即最小時的解。

由于生產準備平臺下的外協伙伴選擇評價體系包含多個層次，所以先從最底層開始對次級指標進行無量綱化處理，然后將最底層得出的方案接近水平L1p作為第p個一級指標的最底層的p2個指標的綜合評價矩陣，與上一層指標中其他同層次指標的評價矩陣組成新的綜合評價矩陣

3 應用舉例

在生產準備管理平臺中，某一工藝任務下達后，有4 家供應商可供選擇。根據外協伙伴選擇評價體系中考核指標，4 家供應商的評價矩陣如表1 所示。其中定量指標的評價值是根據各供應商的實際工作情況給出，定性指標的評價值是根據多位專家經驗打分或者市場調研得出的調研結果給出。一級指標的權重由專家打分得出。

表1 4 家供應商各指標的評價值

表2 4 家供應商歸一化的各指標的評價值

(1)原始數據無量綱化處理

根據公式(1)、(2)和(3)對不同類型的指標進行無量綱化處理歸一化后得到規范化的評價值如表2所示。

(2)熵權法求一級指標下的各二級指標權重矩陣

根據公式(4)、(5)計算一級指標下的各二級指標權重矩陣。

(3)求一級指標下的各二級指標的接近水平矩陣

根據公式(9)、(10)、(11)和(12)計算出各二級指標的相對接近水平

(4)構造一級指標評價矩陣，并進行無量綱化處理

一級指標評價矩陣為

(5)根據決策方法選擇最優外協伙伴

根據公式(9)、(10)、(11)和(12)計算出一級指標的相對接近水平

L=［0.762 8，0.547 0，0.239 5，0.433 9］

根據接近水平對決策結果進行排序，排序結果為:供應商1＞供應商2＞供應商4＞供應商3。

由此可知，伙伴的選擇順序為供應商1，供應商2，供應商4，供應商3。

4 結語

生產協作是未來工藝管理的趨勢，外協伙伴的選擇將影響工藝設計質量和協同水平，本文對外協伙伴的選擇決策方法進行了研究，并取得了一定的成果，在企業運用中起到一定的效果，幫助企業在生產準備平臺中選擇合理的伙伴，增加設計效率，節省設計成本。

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