金 愷

模糊層次分析法在原料藥設(shè)備重要度評價的應(yīng)用研究

金 愷

（上海交通大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，上海200030）

針對原料藥設(shè)備的特點(diǎn)，提出了基于模糊層次分析法的重要度評價數(shù)學(xué)模型及分析步驟。通過實(shí)例應(yīng)用表明，模糊層次分析法克服了傳統(tǒng)判定法主觀性強(qiáng)且側(cè)重點(diǎn)單一的缺陷，能更客觀地確定設(shè)備的重要度級別，對后續(xù)維修策略的選擇具有指導(dǎo)意義。

模糊層次分析法；原料藥設(shè)備；重要度評價；維修決策

0 引言

設(shè)備管理與維修是原料藥企業(yè)的一項(xiàng)重要工作。優(yōu)良的設(shè)備管理與維修體系的運(yùn)作，不僅有益于設(shè)備的正常運(yùn)行，以保證藥品生產(chǎn)的連續(xù)性，還可以通過有計劃、周期性、針對性的維修活動來降低維修成本，延長設(shè)備和壽命，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

設(shè)備重要度評價作為設(shè)備管理與維修的一項(xiàng)重要內(nèi)容，考察的是設(shè)備在其系統(tǒng)中的重要程度，是決策者對設(shè)備進(jìn)行分類管理，并根據(jù)分類結(jié)果分別確定其維修策略的科學(xué)依據(jù)之一。在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)備重要度評價方法有很多，如經(jīng)驗(yàn)判定法、ABC分類法、模糊層次分析法[1-2]、TOPSIS法[3]、蒙特卡洛模擬[4-5]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[6]等，這些方法的比較如表1所示。

表1 重要度評價方法比較

經(jīng)驗(yàn)判定法是設(shè)備管理人員通常采用的方法。在原料藥企業(yè)中，設(shè)備管理人員一般根據(jù)與GMP的相關(guān)度對設(shè)備進(jìn)行分類，列出主要關(guān)鍵設(shè)備、重要設(shè)備及一般設(shè)備清單，然后經(jīng)設(shè)備、生產(chǎn)分管領(lǐng)導(dǎo)復(fù)核，報質(zhì)量分管領(lǐng)導(dǎo)審批，通過審批的清單最終以SOP管理標(biāo)準(zhǔn)文件的形式加以管控、放行實(shí)施。實(shí)踐證明，這樣的分類方法雖然簡單方便，但存在明顯缺陷，即主觀性太強(qiáng)且側(cè)重點(diǎn)單一，缺乏可靠的量化數(shù)據(jù)，評價結(jié)果容易造成偏差，從而影響維修策略的選擇。為了使評價結(jié)果更合理化、定量化、科學(xué)化，下面利用模糊層次分析法（Fuzzy Analytic Hierarchy Process，F(xiàn)AHP）來確定原料藥設(shè)備的重要度級別。

1 基于模糊層次分析法的原料藥設(shè)備重要度評價

模糊層析分析法又稱不確定性層次分析法，是模糊理論的產(chǎn)物，該方法將層次分析法和模糊綜合評判結(jié)合起來，能夠在模糊的環(huán)境下對影響因素進(jìn)行客觀量化分析，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于制造、建筑、安全、環(huán)保、金融、教育等行業(yè)。

基于該方法的原料藥設(shè)備重要度評價的大體步驟如下：

1.1 原則

模糊層次分析法的原則有：

（1）原料藥設(shè)備重要度評價具體到每臺設(shè)備而不是每條生產(chǎn)線。

（2）評價因素應(yīng)符合原料藥設(shè)備特點(diǎn)，各評價因素相對獨(dú)立。

1.2 建立因素集

設(shè)原料藥設(shè)備重要度評價因素集：

式中u1——關(guān)鍵影響因素；

u2——設(shè)備因素。

關(guān)鍵影響因素包括故障對GMP的影響、故障對EHS的影響、故障對利用率的影響及故障對生產(chǎn)的影響；設(shè)備因素包括故障頻率、可維修性、可檢測性及維修費(fèi)用。

1.3 建立評價集

設(shè)原料藥設(shè)備重要度評價集：

Vi={v1，v2，v3}

式中v1——主要關(guān)鍵設(shè)備；

v2——重要設(shè)備；

v3——一般設(shè)備。

1.4 確定權(quán)重集

利用層次分析法確定各層影響因素的權(quán)重分配。

首先，建立層次結(jié)構(gòu)模型（圖1）。圖1模型中，GMP是藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范的英文縮寫，EHS是環(huán)境、健康、安全的英文縮寫。

圖1 原料藥設(shè)備重要度評價層次結(jié)構(gòu)模型

其次，設(shè)原料藥設(shè)備重要度評價權(quán)重集：

式中，w1，w2，…，w8表示C層各因素相對目標(biāo)A的權(quán)重，且滿足

然后，構(gòu)造成對比較判斷矩陣，根據(jù)比例標(biāo)度“1～9”（表2），由方根法求出權(quán)重值，并需通過一致性檢驗(yàn)（n為矩陣階數(shù)），RI的取值根據(jù)平均隨機(jī)一致性指標(biāo)（表3）查找。

表2 “1～9”標(biāo)度

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

2 構(gòu)造模糊一致判斷矩陣

模糊一致判斷矩陣公式：

式中，rij表示第i個因素對應(yīng)評價集中第j個等級的隸屬度。

3 模糊綜合重要度評價模型

模糊綜合重要度評價模型公式：

式中Si——模糊綜合重要度評價向量；

Wi——權(quán)重向量；

Ri——模糊一致判斷矩陣。最終的評價結(jié)果則通過最大隸屬度原則確定，即把最大的Si相對應(yīng)的評價vi作為評價結(jié)果。本文中重要度S1對應(yīng)主要關(guān)鍵設(shè)備，重要度S2對應(yīng)重要

設(shè)備，重要度S3對應(yīng)一般設(shè)備。

4 實(shí)例應(yīng)用

本文以發(fā)酵罐為例，發(fā)酵罐屬于原料藥企業(yè)的生物制藥設(shè)備，用于母液發(fā)酵，其設(shè)備使用狀況影響后提取的質(zhì)量和收率。下面利用模糊層次分析法對其進(jìn)行設(shè)備重要度評價。

首先應(yīng)用層次分析法確定圖1中B層各因素相對目標(biāo)A的權(quán)重?，F(xiàn)組織工程、質(zhì)量、生產(chǎn)部門共10位專家成立評估小組根據(jù)表2對B層各因素進(jìn)行判定，其判定結(jié)果如表4所示。

表4 B層各因素相對目標(biāo)A的權(quán)重

同理可得，C層各因素相對B層的權(quán)重，如表5、表6所示。

計算得出C層各因素相對目標(biāo)A的權(quán)重，如表7所示。

針對C層各因素，評估小組成員對其逐一進(jìn)行重要度隸屬度投票，投票結(jié)果如表8所示，并構(gòu)造模糊一致判斷矩陣：

表5 C1～C4相對B1的權(quán)重

表6 C5～C8相對B2的權(quán)重

表7 C層各因素相對目標(biāo)A的權(quán)重

表8 C層各因素的投票隸屬結(jié)果

由此，得到模糊綜合重要度評價：

因?yàn)?.739＞0.248＞0.013，所以由最大隸屬度原則可得出，發(fā)酵罐屬于該企業(yè)的主要關(guān)鍵設(shè)備。

5 結(jié)語

本文針對原料藥設(shè)備的特點(diǎn)，提出了基于模糊層次分析法的重要度評價數(shù)學(xué)模型及分析步驟。通過實(shí)例應(yīng)用表明，與傳統(tǒng)判定法相比，該方法克服了傳統(tǒng)判定法主觀性強(qiáng)且側(cè)重點(diǎn)單一的缺陷，能更客觀地確定設(shè)備的重要度級別，對后續(xù)維修策略的選擇具有指導(dǎo)意義。但是，模糊層次分析法有其局限性，該方法不適用于數(shù)據(jù)計算量大需及時處理的情況。

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2014-10-10

金愷（1985—），男，江蘇無錫人，助理工程師，研究方向：工業(yè)工程、化工機(jī)械。