劉雅瓊，李躍宇

(四川大學(xué) 工商管理學(xué)院，成都 610064)

基于粗糙集的設(shè)備綜合評價方法及應(yīng)用

劉雅瓊，李躍宇

(四川大學(xué) 工商管理學(xué)院，成都 610064)

文章在分析了利用設(shè)備綜合效率（OEE）對設(shè)備進行評價的基礎(chǔ)上，提出利用設(shè)備速度系數(shù)、設(shè)備綜合效率等多種指標(biāo)對設(shè)備進行綜合評價，既吸收了OEE評價方法的優(yōu)點，又彌補了其對設(shè)備評價不完備的缺點。運用粗糙集理論對指標(biāo)進行約簡求出權(quán)重，并將不同量綱的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，加權(quán)求和得出綜合評價值，為企業(yè)對設(shè)備的綜合評價提供一種量化方法。最后通過實證分析，驗證了此方法的有效性。

設(shè)備；綜合評價；設(shè)備綜合效率；粗糙集；屬性約簡

0 引言

設(shè)備是現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的重要物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，是企業(yè)固定資產(chǎn)的重要組成部分。機器設(shè)備狀況的好壞，直接影響著企業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展、生產(chǎn)效率的高低和經(jīng)濟效益的好壞。因此，對設(shè)備的管理和評價是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)管理的重要組成部分，對設(shè)備進行評價也變得越來越重要。設(shè)備綜合評價的指標(biāo)和方法主要有設(shè)備綜合效率（OEE）、設(shè)備完全有效生產(chǎn)率（TEEP）、生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備管理綜合評價和包含OEE、故障停機率等軟、硬指標(biāo)的加權(quán)模糊綜合評判法。

本文在參考前人研究成果基礎(chǔ)上，利用設(shè)備速度系數(shù)、設(shè)備綜合效率（OEE）和規(guī)范化作業(yè)評價等指標(biāo)，運用粗糙集理論對生產(chǎn)設(shè)備做了綜合評價。這種評價方法利用粗糙集理論得出各個指標(biāo)權(quán)重，避免了專家打分的主觀性，并且彌補了對設(shè)備評價的片面性，使得對設(shè)備的評價更為定性和全面，為企業(yè)對設(shè)備的評估以及檢修或者更新決策提供了較為可靠的依據(jù)。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 粗糙集的基本概念

（1）設(shè)U≠φ是研究對象組成的有限集合，稱為論域。任意子集X?U稱為U中的一個概念或者范疇。論域U中的任意概念簇稱為關(guān)于U的知識。二元對K=（U，R）表示一個知識庫，也稱為一個近似空間。

（2）約簡。設(shè)R是一個等價關(guān)系族，r∈R，如果IND（R-{r}）=IND（R），則稱r在R中是可被約去的知識；如果P=R-{r}是獨立的，則P是R中的一個約簡。

（3）信息系統(tǒng)。S=（U,R,V,f）是一個信息系統(tǒng)，其中 U 為論域，R是屬性集合，V是屬性值的集合，f是一個信息函數(shù)，它指定U中每一個對象x的各種屬性值。

1.2 粗糙集的屬性約簡方法與權(quán)重計算

（1）屬性約簡方法。從信息系統(tǒng)的決策表中，將屬性集中的屬性逐個移去，每移去一個屬性即刻檢查其決策表，如果不出現(xiàn)新的不一致，則該屬性是可被約去的；否則該屬性不能被約去。如果產(chǎn)生新的不一致決策規(guī)則，則該屬性是核。形式地，?a∈C，如果 POSc(D)=POS(C-{a})(D)，其中C和D分別是條件屬性和決策屬性集，則屬性a是條件屬性集C中可被約去的；否則a是C中的核。

分明矩陣方法是屬性約簡的重要方法。設(shè)S=（U,R,V,f）是一個信息系統(tǒng)，并置 R=（r1，…rm），用 M(S)表示 n×n 階矩陣(cij)，稱它為 S 的分明矩陣，使得 cij={r∈R∶r(ui)≠r(uj)ui,ui∈U∧i,j,…，n}。從信息系統(tǒng)提取關(guān)于屬性值是分明的屬性并經(jīng)過約簡后得到的分明合取范式都可等價地變換為最小分明析取范式，其中每個析取項是對應(yīng)于該信息系統(tǒng)的一個約簡。

1.3 粗糙集對設(shè)備進行綜合評價的步驟

（1）構(gòu)建設(shè)備綜合評價的信息系統(tǒng)。

（2）若屬性值數(shù)據(jù)為連續(xù)值時，對屬性值進行離散化。

表1 評價對象屬性值

表2 離散化的屬性值

（3）按照粗糙集理論對屬性進行約簡，得出核。

（4）按照粗糙集理論計算屬性重要性程度和指標(biāo)權(quán)重。

2 實證分析

煙草行業(yè)屬于設(shè)備密集型行業(yè)，設(shè)備運行的狀況在很大程度上影響著企業(yè)的生產(chǎn)效率和運行成本。某煙草公司制絲車間中，A生產(chǎn)線是該車間承擔(dān)最重要任務(wù)的生產(chǎn)線，選取生產(chǎn)旺季中六月份的數(shù)據(jù)，對此生產(chǎn)線上的切片機、篩分機、DB2、切絲機等12個關(guān)鍵設(shè)備進行綜合評價。

2.1 設(shè)備綜合評價指標(biāo)體系的建立

本文選取設(shè)備速度系數(shù)、合格品率、設(shè)備綜合效率（OEE）、時間利用率、平均停機時間和設(shè)備規(guī)范化作業(yè)程度作為評價指標(biāo)，既考慮了設(shè)備本身的性能，又包含了人、環(huán)境等對設(shè)備的影響因素。其中設(shè)備速度系數(shù)是指設(shè)備實際生產(chǎn)量與最高設(shè)計速度下生產(chǎn)量的比率，設(shè)備規(guī)范化評價是指對設(shè)備清潔-點檢-保養(yǎng)-潤滑規(guī)范作業(yè)行為的評價。平均停機時間采用設(shè)備一天內(nèi)的平均停機時間，單位為分鐘。設(shè)備規(guī)范化作業(yè)程度采用百分制，請相關(guān)人員對其進行打分得到。在綜合評價過程中，需要將不同量綱的數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并且各個指標(biāo)之間需要確定權(quán)重。運用粗糙集的理論，把各個指標(biāo)數(shù)據(jù)離散化，計算出指標(biāo)權(quán)重，進行加權(quán)求和得到綜合評價值，使得對設(shè)備的綜合評價更為客觀和定性。由于只有平均停機時間對于設(shè)備的評價來說是越小越好，所以采用平均停機時間倒數(shù)進行評價，使得各個評價指標(biāo)在方向上一致。

表3 標(biāo)準(zhǔn)化的屬性值

2.2 運用粗糙集理論對設(shè)備進行綜合評價

（1）構(gòu)建設(shè)備綜合評價信息系統(tǒng)

將12個關(guān)鍵設(shè)備定義為評價的論域U，U=(x1,x2,…，x12)，選取的六個指標(biāo)定義為條件屬性集合C，C=(c1,c2,…，c6)。各個評價對象屬性值數(shù)據(jù)如表1。屬性值數(shù)據(jù)均為連續(xù)值，因此需要對數(shù)據(jù)進行離散化。

（2）對屬性值進行離散化

運用SPSS軟件對屬性值進行聚類分析，在分析過程中發(fā)現(xiàn)分為3類較為合理。原始數(shù)據(jù)聚類之后，按照實際值的從小到大，將各聚類標(biāo)記為1,2,3。數(shù)據(jù)離散化后得到表2。

（3）屬性約簡

x1與x2…x12關(guān)于屬性值是分明的屬性從表2中提取并構(gòu)成分明合取范式，并約簡得到：

x2與x3…x12關(guān)于屬性值是分明的屬性從表2中提取并構(gòu)成分明合取范式并加上（1），再約簡得到：

按照此規(guī)律進行計算，x11與x12關(guān)于屬性值是分明的屬性從表2中提取并構(gòu)成分明合取范式并加上前面的結(jié)果，約簡得到：

于是得到屬性c1,c3,c5,c6不可約簡，屬性c2,c4可以約簡，此信息系統(tǒng)的約簡為{c1,c3,c5,c6}。

（4）計算屬性重要性程度和指標(biāo)權(quán)重

表4 綜合評價值

（5）進行綜合評價

按照公式進行計算得到各個設(shè)備的綜合評價值，如表4所示。

2.3 評價結(jié)果分析

在對各個設(shè)備進行綜合評價的過程中，主要考察四個指標(biāo)：設(shè)備速度系數(shù)、設(shè)備綜合效率、設(shè)備平均停機時間和設(shè)備規(guī)范化作業(yè)程度。從指標(biāo)權(quán)重值可以看出，設(shè)備綜合效率的權(quán)重高于其它指標(biāo)，是對設(shè)備進行綜合評價過程中最重要的指標(biāo)。而在實際生產(chǎn)管理中，設(shè)備綜合效率指標(biāo)是設(shè)備管理水平評估的重要依據(jù)。

從評價結(jié)果中看出當(dāng)某一指標(biāo)值很低時，就會很大程度上影響設(shè)備的綜合水平，這種情況是相對容易改善的，通常對某一方面的改善，就會在很大程度上提高設(shè)備的綜合能力，這與實際情況也是相符合的；設(shè)備綜合狀態(tài)良好需要各個指標(biāo)值良好，這與設(shè)備管理中的“木桶效應(yīng)”也是相一致的。將設(shè)備狀態(tài)分為四類：良好、較好、一般和擬淘汰狀態(tài)，利用SPSS軟件對綜合評價值進行聚類分析，得到狀態(tài)良好的設(shè)備為x4,x6,x10,x11，狀態(tài)較好的設(shè)備為x1,x3,x5，狀態(tài)一般的設(shè)備為x7,x8,x9，x12，擬淘汰狀態(tài)的設(shè)備為x2。企業(yè)可以根據(jù)實際情況對不同狀態(tài)的設(shè)備進行不同的處理。

進一步分析，設(shè)備x4和x10是得分最高的兩個，它們的設(shè)備綜合效率也是得分最高的，其它指標(biāo)的排名也均在前列，表明設(shè)備綜合狀態(tài)良好，繼續(xù)維持對設(shè)備的維護與保養(yǎng)，使設(shè)備可以更長時間的保持這種良好的狀態(tài)。設(shè)備綜合x3排名為7，但是此設(shè)備速度系數(shù)指標(biāo)值、OEE指標(biāo)值和停機時間指標(biāo)值都在前列，只有規(guī)范化程度指標(biāo)值較低，因此企業(yè)應(yīng)該加強對其保養(yǎng)，使得設(shè)備其他性能得以充分發(fā)揮。設(shè)備x6只有停機時間倒數(shù)指標(biāo)得分值較低，從而影響了其綜合評價，因此企業(yè)應(yīng)該對設(shè)備進行全面檢修，找出設(shè)備的停機原因。設(shè)備x2綜合評價得分最低，各個指標(biāo)的得分也相對較低，企業(yè)可以考慮淘汰此設(shè)備。

2.4 評價方法間對比

對設(shè)備進行評價的方法最常見的是設(shè)備綜合效率（OEE），另外軟、硬指標(biāo)加權(quán)模糊綜合評判法也是比較常用的方法?；诖植诩脑O(shè)備綜合評價方法與OEE評價方法相比，它考慮了一些設(shè)備本身的特性，比如設(shè)備速度系數(shù)，使得對設(shè)備的評價更加全面，更能真實地反映設(shè)備的狀態(tài)；與軟、硬指標(biāo)加權(quán)模糊綜合評價法相比，它在確定指標(biāo)權(quán)重時依賴于實際數(shù)據(jù)，而不是依賴于人為決定，使得評價更加客觀和定量。

3 結(jié)論

基于粗糙集的設(shè)備綜合評價，綜合考慮了設(shè)備本身的性能、設(shè)備在生產(chǎn)中受外界環(huán)境影響條件下的性能以及設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)場規(guī)范化程度等，使得對設(shè)備的考核更加全面。運用粗糙集理論對此問題進行研究，使得各個指標(biāo)權(quán)重的確定更加科學(xué)和定量。此方法彌補了設(shè)備評價的片面性和主觀性，為企業(yè)對設(shè)備的保養(yǎng)、檢修或者更新等決策提供了有力的依據(jù)。

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F406.2

A

1002－6487（2010）22－0158-03

劉雅瓊（1986-），女，河北衡水人，碩士研究生，研究方向：工業(yè)工程。

李躍宇（1962-），男，四川成都人，博士，副教授，研究方向：工業(yè)工程、企業(yè)管理、項目管理。

（責(zé)任編輯/易永生）