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本文为国家863项目《电控喷射单一燃料中型商用车CNG发动机产品研制与开发》(20060111A1085)中子项目《生产设备的升级改造》部分研究成果。
[摘要] 本文应用模糊物元优化理论建立了设备选型的多指标评价决策模型，针对连杆生产线设备的选型决策问题，从技术、经济、生态环境、职业安全健康等方面对工艺设备备选方案进行了综合评价及选型决策。
[关键词] 模糊物元 工艺设备 选型评价
一、引言
生产线的工艺设备选型是一项复杂的系统性工作，一旦选定设备方案之后，在一段相当长的时间内直接决定着企业的经营方向、生产能力及生产效率。因此，对大型关键设备或生产线的选型是企业的一种重要的投资行为。本文针对连杆生产线设备的选型问题应用模糊物元理论进行了方案优化评价分析，为企业设备更新选型提供决策依据。
二、设备选型的模糊物元理论决策模型
1.隶属度及复合模糊物元
设有m个备选方案，有n项评价指标对目标方案j,评价指标i的隶属度为μji,如果对于目标具有越大越好性质,则:
(1)如果对于目标具有越小越好性质,则:
设Rmn表示m个方案的n维复合模糊物元，则：
2.权数复合物元
若以Rw表示权数复合物元，并以Wi表示第j个事物第i项指标的权数，则有：
3.建立关联系数复合模糊物元
根据关联变换，把（2）式中各个从优隶属度转换为相对应的关联系数，对于本问题采用关联变换ξji=μji（j=1，2，…，m；i=1，2，…，n）。据此建立关联系数复合模糊物元，记为Rξ，即：
其中：ξji表示第j个方案第i项指标的关联系数。
4.构造优、次等方案n维模糊物元
根据优化原则，建立优等方案和次等方案的n维模糊物元，作为优化比较标准。优等方案n项指标的关联系数Yi取全体指标相应的关联系数中的最大值，
若以Ry表示优等方案n维模糊物元，则有：
RY=（Y1，Y2，…，Yn） (7)
同理，次等方案n项指标的关联系数取全体指标相应的关联系数最小值Zi，即：
若以Rz表示优等方案n维模糊物元，则有：
Rz=（Z1，Z2，…，Zn） (9)
5.距优、距次模糊物元的构成
备选方案与优等方案的差异用海明距离描述，称为距优距离，与次等方案的差异称为距次距离。据此可构造距优、距次模糊物元。按物元简单差定义，由（5）、（7）、（9）三式得：
为了便于对整体进行对比，采用加权平均集中处理。若以RYd、RZd分别表示距优距离和距次距离，则得：
6.确定最佳方案
确定原则是依据个方案关联度的大小，即关联度大者为佳。关联度就是各方案与优等方案关联性大小的量度，记为Kj，即第j个方案关联度。
根据最小二乘法优选准则，设目标函数为F(Kj），是一个实函数，在实数域内权距离平方和为最小，则有：
令：dF(Kj)/dKj=0，并考虑 Y1→1,Zi→0则得：
利用式（13）可以计算出各方案的关联度，,以关联度极大原则,择优选择最优方案,进行决策，即
j=1,2,……,m（16）
三、模糊物元决策模型在连杆设备选型中的应用
1.连杆工艺方案的比较
连杆工艺有两个备选方案，即平切工艺和裂解工艺。两种工艺方案的主要区别就在于连杆的本体和连杆盖的分离及接合面的加工方法不同，平切工艺是采用机械切断后通过分离面铣、拉、磨等机械加工方法实现的；裂解工艺则采用激光加工裂解槽、形成初始断裂源,然后用特定方法控制裂痕扩展,实现连杆本体与连杆盖分离,裂解后的结合面不再加工，保持原裂解面即可。生产工艺的不同决定了设备的不同选择，也由此产生了工序数量、工艺时间、设备台数、占地面积、加工精度等不同。
2.评价指标的选取
由于该产品是采用生产线的方式组织生产，因此该设备选型是属于成套设备选择问题。评价指标应从技术、经济、生态环保、职业安全健康四个方面选取。根据成套设备在生产应用中的特点，确定评价指标体系见表。
表评价指标体系及方案预测值
3.连杆工艺线设备方案的评价选择
根据方案设计数据分别对两个方案的15个指标所能达到的值进行计算预测，见表。
利用式（1）、（2）分别计算各指标的隶属度，并通过关联变换，建立关联系数模糊物元Rξ。
评价指标的权重可采用多种方法确定，如层次分析法、相似权法等确定，本文采用文献确定的各指标权重，则权重复合物元Rω：
（17）
利用式(15)计算两个方案的关联度，可得：
j=1,2(18)
根据式（16）可知，Kopt=K1=8.352，即方案1优于方案2。
为了便于分析，可针对准则层指标（B1、B2、B3、B4）分别计算其对应的关联度KB1，KB2，KB3，KB4，即：
j=1,2(19)
从技术指标来看K1B1>K2B1，方案1优；从经济指标来看K1B2> K2B2，方案1优；从生态环保指标来看K1B3>K2B3，方案1优；从职业安全健康指标来看K1B4K2，方案1优于方案2。此结论和利用可拓优度理论模型分析结果一致。
实际效果表明，裂解生产线方案使用的设备比平切方案少29.7%；在技术方面，裂解方案生产效率高、单件生产时间可以缩短29.4%，装配精度高；在经济性方面，设备投资比平切方案高3%左右，但是由于其劳动生产效率高出近50%，工序比平切连杆少30%，而且运行费用下降15.35%，因此单位产品成本仍具有较强的竞争力；在生态环境方面，产品材料利用率达84.3%，比平切连杆高14.2%，单件能耗降低33.05%，对环境的影响小；在职业安全健康方面，裂解方案由于节拍快，劳动强度略高。总体情况说明裂解连杆生产线方案是一种较优的方案，和评价分析结果一致。
四、结论
综合上述分析可以得出如下结论:裂解连杆生产设备方案优于平切连杆方案;采用基于模糊物元优化理论模型解决生产线成套设备的选型问题是可行的，而且具有定性定量相结合的优点。
参考文献：
[1]张斌等:模糊物元分折[M].北京:石油工业出版社，1997．4
[2]寇淑清等:内燃机连杆制造最新技术与发展趋势[J].内燃机工程，2001年第01期
[3]机械工业第九设计研究院，CA**发动机生产线技术改造项目可行性分析报告，2004，3
[4]谢云臣赵英才:企业基于可拓理论的设备状态评价研究[J].集团经济研究，2007年3期
[5]谢云臣赵英才:发动机连杆工艺设备选型的可拓评价研究[J].汽车技术，2007.4
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
[摘要] 本文应用模糊物元优化理论建立了设备选型的多指标评价决策模型，针对连杆生产线设备的选型决策问题，从技术、经济、生态环境、职业安全健康等方面对工艺设备备选方案进行了综合评价及选型决策。
[关键词] 模糊物元 工艺设备 选型评价
一、引言
生产线的工艺设备选型是一项复杂的系统性工作，一旦选定设备方案之后，在一段相当长的时间内直接决定着企业的经营方向、生产能力及生产效率。因此，对大型关键设备或生产线的选型是企业的一种重要的投资行为。本文针对连杆生产线设备的选型问题应用模糊物元理论进行了方案优化评价分析，为企业设备更新选型提供决策依据。
二、设备选型的模糊物元理论决策模型
1.隶属度及复合模糊物元
设有m个备选方案，有n项评价指标对目标方案j,评价指标i的隶属度为μji,如果对于目标具有越大越好性质,则:
(1)如果对于目标具有越小越好性质,则:
设Rmn表示m个方案的n维复合模糊物元，则：
2.权数复合物元
若以Rw表示权数复合物元，并以Wi表示第j个事物第i项指标的权数，则有：
3.建立关联系数复合模糊物元
根据关联变换，把（2）式中各个从优隶属度转换为相对应的关联系数，对于本问题采用关联变换ξji=μji（j=1，2，…，m；i=1，2，…，n）。据此建立关联系数复合模糊物元，记为Rξ，即：
其中：ξji表示第j个方案第i项指标的关联系数。
4.构造优、次等方案n维模糊物元
根据优化原则，建立优等方案和次等方案的n维模糊物元，作为优化比较标准。优等方案n项指标的关联系数Yi取全体指标相应的关联系数中的最大值，
若以Ry表示优等方案n维模糊物元，则有：
RY=（Y1，Y2，…，Yn） (7)
同理，次等方案n项指标的关联系数取全体指标相应的关联系数最小值Zi，即：
若以Rz表示优等方案n维模糊物元，则有：
Rz=（Z1，Z2，…，Zn） (9)
5.距优、距次模糊物元的构成
备选方案与优等方案的差异用海明距离描述，称为距优距离，与次等方案的差异称为距次距离。据此可构造距优、距次模糊物元。按物元简单差定义，由（5）、（7）、（9）三式得：
为了便于对整体进行对比，采用加权平均集中处理。若以RYd、RZd分别表示距优距离和距次距离，则得：
6.确定最佳方案
确定原则是依据个方案关联度的大小，即关联度大者为佳。关联度就是各方案与优等方案关联性大小的量度，记为Kj，即第j个方案关联度。
根据最小二乘法优选准则，设目标函数为F(Kj），是一个实函数，在实数域内权距离平方和为最小，则有：
令：dF(Kj)/dKj=0，并考虑 Y1→1,Zi→0则得：
利用式（13）可以计算出各方案的关联度，,以关联度极大原则,择优选择最优方案,进行决策，即
j=1,2,……,m（16）
三、模糊物元决策模型在连杆设备选型中的应用
1.连杆工艺方案的比较
连杆工艺有两个备选方案，即平切工艺和裂解工艺。两种工艺方案的主要区别就在于连杆的本体和连杆盖的分离及接合面的加工方法不同，平切工艺是采用机械切断后通过分离面铣、拉、磨等机械加工方法实现的；裂解工艺则采用激光加工裂解槽、形成初始断裂源,然后用特定方法控制裂痕扩展,实现连杆本体与连杆盖分离,裂解后的结合面不再加工，保持原裂解面即可。生产工艺的不同决定了设备的不同选择，也由此产生了工序数量、工艺时间、设备台数、占地面积、加工精度等不同。
2.评价指标的选取
由于该产品是采用生产线的方式组织生产，因此该设备选型是属于成套设备选择问题。评价指标应从技术、经济、生态环保、职业安全健康四个方面选取。根据成套设备在生产应用中的特点，确定评价指标体系见表。
表评价指标体系及方案预测值
3.连杆工艺线设备方案的评价选择
根据方案设计数据分别对两个方案的15个指标所能达到的值进行计算预测，见表。
利用式（1）、（2）分别计算各指标的隶属度，并通过关联变换，建立关联系数模糊物元Rξ。
评价指标的权重可采用多种方法确定，如层次分析法、相似权法等确定，本文采用文献确定的各指标权重，则权重复合物元Rω：
（17）
利用式(15)计算两个方案的关联度，可得：
j=1,2(18)
根据式（16）可知，Kopt=K1=8.352，即方案1优于方案2。
为了便于分析，可针对准则层指标（B1、B2、B3、B4）分别计算其对应的关联度KB1，KB2，KB3，KB4，即：
j=1,2(19)
从技术指标来看K1B1>K2B1，方案1优；从经济指标来看K1B2> K2B2，方案1优；从生态环保指标来看K1B3>K2B3，方案1优；从职业安全健康指标来看K1B4
实际效果表明，裂解生产线方案使用的设备比平切方案少29.7%；在技术方面，裂解方案生产效率高、单件生产时间可以缩短29.4%，装配精度高；在经济性方面，设备投资比平切方案高3%左右，但是由于其劳动生产效率高出近50%，工序比平切连杆少30%，而且运行费用下降15.35%，因此单位产品成本仍具有较强的竞争力；在生态环境方面，产品材料利用率达84.3%，比平切连杆高14.2%，单件能耗降低33.05%，对环境的影响小；在职业安全健康方面，裂解方案由于节拍快，劳动强度略高。总体情况说明裂解连杆生产线方案是一种较优的方案，和评价分析结果一致。
四、结论
综合上述分析可以得出如下结论:裂解连杆生产设备方案优于平切连杆方案;采用基于模糊物元优化理论模型解决生产线成套设备的选型问题是可行的，而且具有定性定量相结合的优点。
参考文献：
[1]张斌等:模糊物元分折[M].北京:石油工业出版社，1997．4
[2]寇淑清等:内燃机连杆制造最新技术与发展趋势[J].内燃机工程，2001年第01期
[3]机械工业第九设计研究院，CA**发动机生产线技术改造项目可行性分析报告，2004，3
[4]谢云臣赵英才:企业基于可拓理论的设备状态评价研究[J].集团经济研究，2007年3期
[5]谢云臣赵英才:发动机连杆工艺设备选型的可拓评价研究[J].汽车技术，2007.4
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。