基于ANFIS和證據(jù)理論的軍品質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目決策模型

摘 要：為有效提升質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目實(shí)施效果，選擇合適的項(xiàng)目至關(guān)重要。為解決專家對于候選項(xiàng)目認(rèn)識不足的問題，提出借鑒企業(yè)生產(chǎn)實(shí)施六西格瑪項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和專家評價結(jié)合的方法。對于可以借鑒經(jīng)驗(yàn)的部分評價指標(biāo)運(yùn)用ANFIS方法進(jìn)行評價，對不能借鑒經(jīng)驗(yàn)的部分評價指標(biāo)運(yùn)用證據(jù)理論的方法進(jìn)行評價，最后將二者加權(quán)求和得到完整的評價結(jié)果。本方法能夠有效解決應(yīng)用六西格瑪管理初期，專家對于候選六西格瑪存在的認(rèn)識不全面的問題。以艦船建造質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目選擇為例，說明了所提方法的有效性和可行性。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量監(jiān)督；六西格瑪項(xiàng)目決策； ANFIS；證據(jù)理論

六西格瑪管理作為質(zhì)量監(jiān)督的指導(dǎo)理論和方法技能，可有效提高質(zhì)量監(jiān)督工作的系統(tǒng)性、針對性和精確性。項(xiàng)目選擇是開展六西格瑪管理的首要工作，科學(xué)的、合理的、可行的評價模型是確保其成功重要前提。正確選擇六西格瑪項(xiàng)目需要兩個保證，一是正確的六西格瑪項(xiàng)目選擇的評價指標(biāo)體系；二是科學(xué)的、合理的、可行的評價模型。從六西格瑪選擇評價指標(biāo)體系看，當(dāng)前研究主要是從改善企業(yè)生產(chǎn)管理效益角度出發(fā)的，這與質(zhì)量監(jiān)督效益改善存在較大區(qū)別，因此，必須根據(jù)質(zhì)量監(jiān)督改進(jìn)的目的，建立符合質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目選擇要求的評價指標(biāo)體系。從評價模型的構(gòu)建看，企業(yè)生產(chǎn)管理項(xiàng)目成敗經(jīng)驗(yàn)對質(zhì)量監(jiān)督中的六西格瑪項(xiàng)目選擇顯然是有重要參考價值的，評價模型應(yīng)能充分利用這一重要信息。另外，六西格瑪應(yīng)用于質(zhì)量監(jiān)督缺乏經(jīng)驗(yàn)，部分指標(biāo)的評價只能依托專家，評價模型必須能夠有效處理專家評價中存在的認(rèn)知不確定性問題。

文獻(xiàn)[1]運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)方法（DEA）解決了六西格瑪項(xiàng)目選擇過程中指標(biāo)體系不完善的問題；文獻(xiàn)[2]采用FEMA與AHP結(jié)合的方法，從項(xiàng)目失敗風(fēng)險評估的角度對六西格瑪項(xiàng)目進(jìn)行決策；文獻(xiàn)[3]充分利用DEMATEL方法的優(yōu)點(diǎn)，解決了六西格瑪項(xiàng)目選擇指標(biāo)中存在的因果關(guān)聯(lián)問題。現(xiàn)有方法顯然無法直接應(yīng)用于質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目選擇，為此，本文根據(jù)質(zhì)量監(jiān)督特點(diǎn)，建立質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目決策評價指標(biāo)體系，并滿足建模需求綜合利用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理（ANFIS）和證據(jù)理論建立了相應(yīng)的決策模型。

1 質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目決策的指標(biāo)體系

根據(jù)質(zhì)量監(jiān)督工作的要求，將質(zhì)量監(jiān)督效益改進(jìn)目標(biāo)主要分解為三個準(zhǔn)則，每個準(zhǔn)則再細(xì)分為相關(guān)目標(biāo)。三個準(zhǔn)則之間存在因果關(guān)系，每個指標(biāo)是這個因果關(guān)系鏈中的一環(huán)且與質(zhì)量監(jiān)督目標(biāo)相符。

1.1 質(zhì)量監(jiān)督效益準(zhǔn)則的評價指標(biāo)

提高質(zhì)量監(jiān)督效益推行質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪改進(jìn)的主要目標(biāo)，質(zhì)量監(jiān)督效益指標(biāo)是整個評價指標(biāo)體系的核心。質(zhì)量監(jiān)督工作既要求對于生產(chǎn)過程嚴(yán)格把關(guān)，確保建造過程和質(zhì)量符合技術(shù)狀態(tài)和國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，又要對于產(chǎn)品的交貨周期嚴(yán)格要求。因此，質(zhì)量監(jiān)督效益維度的評價指標(biāo)設(shè)計應(yīng)主要圍繞生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)周期、生產(chǎn)成本三個方面展開。

1.2 內(nèi)部流程準(zhǔn)則的評價指標(biāo)

保持質(zhì)量監(jiān)督效益的提升需要具有關(guān)鍵性的、有競爭力的內(nèi)部流程，內(nèi)部流程指標(biāo)關(guān)注的是對質(zhì)量監(jiān)督效益目標(biāo)影響最大的那些關(guān)鍵的指標(biāo)。參照業(yè)務(wù)流程評價指標(biāo)，[4]內(nèi)部流程維度從實(shí)施質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪改進(jìn)需要的監(jiān)督人力、監(jiān)督時間、監(jiān)督成本等要素考慮。

1.3 學(xué)習(xí)與成長準(zhǔn)則的評價指標(biāo)

質(zhì)量監(jiān)督效益和內(nèi)部流程揭示了質(zhì)量監(jiān)督希望達(dá)到的目標(biāo)或者需要具備的流程能力，但是制定的目標(biāo)能否達(dá)到，能否縮小現(xiàn)實(shí)與希望的差距取決于組織自身的學(xué)習(xí)和成長能力。學(xué)習(xí)和成長定義了一個組織必須建立起來的創(chuàng)造持續(xù)成長動力的基礎(chǔ)。參照勝任力評價指標(biāo)體系，[5]將學(xué)習(xí)與成長準(zhǔn)則分解為業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)、工作態(tài)度和能力成長三個指標(biāo)。

2 質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目決策模型

2.1 模型框架

針對質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目決策建模需求，采用借鑒企業(yè)生產(chǎn)中實(shí)施六西格瑪項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和專家評價結(jié)合的方法對質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目進(jìn)行評價。對于可以借鑒企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的部分評價指標(biāo)運(yùn)用ANFIS的方法進(jìn)行評價，首先由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練ANFIS模型，然后用訓(xùn)練成熟的模型得到這部分指標(biāo)的評價結(jié)果。對于不能借鑒經(jīng)驗(yàn)的部分評價指標(biāo)運(yùn)用證據(jù)理論進(jìn)行評價，專家只對自己認(rèn)識充分的指標(biāo)給出評價意見，然后將各個專家的評價意見綜合，得到這部分指標(biāo)的完整評價結(jié)果。最后將兩種方法的評價結(jié)果加權(quán)綜合即得到對于候選項(xiàng)目的完整的評價，根據(jù)其評分優(yōu)劣，選擇優(yōu)先實(shí)施的六西格瑪項(xiàng)目。

根據(jù)六西格瑪項(xiàng)目的評價指標(biāo)體系，運(yùn)用ANFIS方法對質(zhì)量監(jiān)督效益的評價信息綜合，設(shè)得到的對于每個項(xiàng)目的評價結(jié)果為yi。對于內(nèi)部流程和學(xué)習(xí)與成長指標(biāo)的評價信息，運(yùn)用證據(jù)理論的方法得到，設(shè)得到的對于每個項(xiàng)目的評價結(jié)果為y′i。然后對兩部分評價結(jié)果進(jìn)行加權(quán)綜合，權(quán)重由專家組給定。設(shè)Yi和Y′i的權(quán)重分別為wi和w′i，對于每一個項(xiàng)目的綜合評價結(jié)果為Yi，則

Yi=wiyi+w′iy′i （1）

由Yi值的大小確定各個項(xiàng)目的優(yōu)先度。

2.2 基于ANFIS的質(zhì)量監(jiān)督效益評價模型

2.2.1模型結(jié)構(gòu)

ANFIS是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）與模糊推理系統(tǒng)（FIS）的有機(jī)結(jié)合，同時具備了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)以及模糊推理系統(tǒng)的推理能力，典型的ANFIS的結(jié)構(gòu)如圖2所示：[6]

其中箭頭表示輸入信號的流動方向，節(jié)點(diǎn)表示一定的功能，按照形狀分為方形節(jié)點(diǎn)和圓形節(jié)點(diǎn)。其中方形節(jié)點(diǎn)包含可調(diào)參數(shù)，這些可調(diào)參數(shù)一同組成了自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)參數(shù)集；圓形節(jié)點(diǎn)不包含可調(diào)參數(shù)，只執(zhí)行特定的節(jié)點(diǎn)功能。將企業(yè)生產(chǎn)中實(shí)施六西格瑪項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于所建模型的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，就是調(diào)整這些可調(diào)參數(shù)的取值，使模型對于質(zhì)量監(jiān)督效益評價的描述與現(xiàn)實(shí)情況更加吻合。

本文所建ANFIS模型的模糊推理是T-S型的，其輸出的綜合評價結(jié)果是質(zhì)量監(jiān)督效益指標(biāo)評價值的線性函數(shù)， 1階T-S型模糊推理規(guī)則如下：

2.2.2模型的學(xué)習(xí)模式

構(gòu)建了基于ANFIS的質(zhì)量監(jiān)督效益評價模型初始結(jié)構(gòu)，需要通過學(xué)習(xí)確定前件參數(shù)和后件參數(shù)，才能使該模型更加準(zhǔn)確地描述質(zhì)量監(jiān)督效益測量指標(biāo)評價值與評價結(jié)果之間的映射關(guān)系。

ANFIS的學(xué)習(xí)算法采用混合學(xué)習(xí)算法，運(yùn)用BP法調(diào)整前件參數(shù)，運(yùn)用最小二乘法（LSE）調(diào)整后件參數(shù)。具體過程是，前向?qū)W習(xí)到達(dá)ANFIS的第四層，由LSE法求得后件參數(shù)。信號繼續(xù)順著網(wǎng)絡(luò)正向傳到第五層（輸出層）并得到輸出誤差。通過BP法反向?qū)W習(xí)，固定輸出層參數(shù)，向減少輸出誤差的方向?qū)χ虚g層或輸入層的參數(shù)自尋優(yōu)調(diào)整，根據(jù)返回誤差的變化改變前件參數(shù)，直到使樣本數(shù)據(jù)集的均方差達(dá)到規(guī)定的精度要求。[7]

2.2.3模型實(shí)施步驟

應(yīng)用ANFIS進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督效益評價的步驟如下：

第1步：產(chǎn)生訓(xùn)練數(shù)據(jù)對和檢驗(yàn)數(shù)據(jù)對。將企業(yè)生產(chǎn)中實(shí)施六西格瑪管理的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，建立質(zhì)量監(jiān)督效益指標(biāo)評價值與評價結(jié)果的數(shù)據(jù)對。將一組一部分?jǐn)?shù)據(jù)對作為檢驗(yàn)數(shù)據(jù)對，其余作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)對。

第2步：用genfis函數(shù)生成初始的FIS結(jié)構(gòu)模型。輸入變量個數(shù)為質(zhì)量監(jiān)督效益指標(biāo)的個數(shù)，輸出變量只有一個。在生成初始FIS之前，相關(guān)參數(shù)的選取采用默認(rèn)值。在Anfis編輯界面下，選擇Generate FI編輯區(qū)的Sub.clustering相減聚類法。

第3步：利用anfis函數(shù)訓(xùn)練ANFIS。用訓(xùn)練數(shù)據(jù)對生成的初始FIS進(jìn)行訓(xùn)練，以修正和調(diào)整前件參數(shù)和后件參數(shù)的取值，使模型擬合結(jié)果更加符合實(shí)際情況。將Optim.Method設(shè)定為hybrid；Error Tolerence設(shè)定為0；Epochs設(shè)定為50（最大訓(xùn)練次數(shù)）。

第4步：用檢驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證得到的ANFIS的性能。若所得結(jié)果滿足誤差要求，則認(rèn)為該ANFIS系統(tǒng)能夠很好地建立質(zhì)量監(jiān)督效益測量指標(biāo)評價值與評價結(jié)果之間的映射。

第5步：將候選項(xiàng)目的質(zhì)量監(jiān)督效益測量指標(biāo)的評價值輸入訓(xùn)練好的ANFIS，得到項(xiàng)目的質(zhì)量監(jiān)督效益綜合評價結(jié)果。

2.3 基于證據(jù)理論的內(nèi)部流程和學(xué)習(xí)與成長評價模型

由于內(nèi)部流程和學(xué)習(xí)成長這兩個方面的指標(biāo)缺乏歷史信息，因此引入證據(jù)理論以解決專家對于候選六西格瑪項(xiàng)目認(rèn)識不夠全面的問題。專家只需對自己認(rèn)識充分的指標(biāo)進(jìn)行評價，然后將各個專家的評價意見進(jìn)行綜合，即可得到對于同一問題的比較全面的可信度高的評價結(jié)果。

由式（1）～（3）可知，證據(jù)理論的合成規(guī)則是確定的，評價結(jié)果由證據(jù)的信度決定。可以說，信度賦值的可靠性直接決定了評價結(jié)果的可靠性。評價模型主要分為兩個步驟：

第1步：證據(jù)信度賦值

在證據(jù)理論中，證據(jù)指的不是實(shí)證據(jù)，而是知識和經(jīng)驗(yàn)的一部分，是對特定問題觀察和研究所得結(jié)果。專家通過對證據(jù)的分析，對于一個問題得到自己的答案。證據(jù)理論的方法之所以能夠解決認(rèn)知不確定性的問題，在于證據(jù)理論不要求專家對于候選六西格瑪項(xiàng)目都有完全的認(rèn)識。專家可以從自己熟悉的領(lǐng)域，參照認(rèn)識充分的指標(biāo)對候選項(xiàng)目進(jìn)行評價，然后將每一位專家的評價意見綜合。專家對于每一個候選項(xiàng)目的評價就是專家對于項(xiàng)目優(yōu)先程度認(rèn)識的信度。

第2步：證據(jù)合成

將各個專家對于候選項(xiàng)目賦予的信度值代入式（11）和式（12），所得結(jié)果即為專家組對于候選項(xiàng)目的綜合評價結(jié)果。

3 案例分析

以艦船建造質(zhì)量監(jiān)督為例，質(zhì)量監(jiān)督員對于在質(zhì)量巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的問題都是以質(zhì)量監(jiān)督意見通知單的形式通知到生產(chǎn)部門，要求其進(jìn)行整改。將某一時間段內(nèi)質(zhì)量監(jiān)督意見通知單的問題匯總，將需要重點(diǎn)整改的質(zhì)量問題歸結(jié)為如下五類：圖紙問題（θ1）、涂裝問題（θ2）、焊接問題（θ3）、精度問題（θ4）、管系問題（θ5）。將此五類問題作為質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目。g1～g16分別代表指標(biāo)體系中的指標(biāo)。B1、B2、B3、B4分別表示參與艦船建造質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目選擇的專家。

3.1 艦船建造質(zhì)量監(jiān)督效益評價

將企業(yè)在生產(chǎn)中實(shí)施六西格瑪項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到如表1所示的數(shù)據(jù)對。將前面15組數(shù)據(jù)對作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)對，最后一組作為檢驗(yàn)數(shù)據(jù)對。專家組對于候選項(xiàng)目的質(zhì)量監(jiān)督效益指標(biāo)的評價如表2所示。

訓(xùn)練結(jié)束后，界面顯示“Epoch50：error=5.2179e006”，誤差滿足要求。將檢驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入已經(jīng)訓(xùn)練好的ANFIS，得到結(jié)果為88.8，與原始結(jié)果88非常接近，說明該ANFIS的精度滿足需要。

3.2 艦船建造內(nèi)部流程和學(xué)習(xí)與成長評價

專家參照內(nèi)部流程和學(xué)習(xí)與成長指標(biāo)（g5～g16），根據(jù)自己的知識和經(jīng)驗(yàn)等對于候選項(xiàng)目的信度賦值如表4所示，由此得到的證據(jù)合成結(jié)果如表5所示。

3.3 艦船建造質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目綜合評價結(jié)果

以上分別對艦船建造質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目的質(zhì)量監(jiān)督效益、內(nèi)部流程和學(xué)習(xí)與成長指標(biāo)進(jìn)行了評價。根據(jù)專家組對兩部分結(jié)果給定的權(quán)重得到綜合評價結(jié)果如表6所示。

由表可知圖紙項(xiàng)目是應(yīng)該優(yōu)先實(shí)施的六西格瑪改進(jìn)項(xiàng)目。這與圖紙在艦船建造過程中的關(guān)鍵性意義和圖紙錯誤造成的嚴(yán)重后果相符。圖紙伴隨著艦船從建造到報廢的整個生命歷程，造船圖紙的正確性決定了艦船50%的質(zhì)量可靠性。生產(chǎn)部門對于質(zhì)量監(jiān)督員發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題或者其他方面提出的圖紙修改要求或者通知不能及時更改施工工藝圖紙，造成質(zhì)量問題重復(fù)出現(xiàn)，由此造成的返工損失很大。

4 結(jié)語

本文針對專家對于候選六西格瑪項(xiàng)目存在認(rèn)知不確定性的問題，對于可以借鑒企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的質(zhì)量監(jiān)督效益指標(biāo)用ANFIS方法進(jìn)行評價意見綜合；對沒有經(jīng)驗(yàn)可循的內(nèi)部流程和學(xué)習(xí)與成長指標(biāo)運(yùn)用證據(jù)理論的方法進(jìn)行評價意見綜合。最后，將二者的評價結(jié)果加權(quán)合成，得到完整的綜合的評價結(jié)果。本文所提方法能夠有效解決部分評價指標(biāo)缺乏歷史數(shù)據(jù)的質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項(xiàng)目選擇問題，也可推廣應(yīng)用于部分指標(biāo)有訓(xùn)練樣本而部分指標(biāo)只能依賴專家評估的綜合評價問題。

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作者簡介：林志勇（1978），男，漢族，湖北武漢人，碩士，工程師，研究方向：裝備管理。