王炬成， 張世超， 張 磊， 朱小敏

(1. 江蘇科技大學， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003； 2. 上海外高橋造船有限公司， 上海 200137；3. 江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

國際造船行業(yè)競爭日趨激烈，三維生產(chǎn)設計系統(tǒng)能夠大幅縮減船舶生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高船舶企業(yè)利潤。隨著船舶行業(yè)的日益發(fā)展，三維生產(chǎn)設計系統(tǒng)的種類不斷增加，如Tribon、AVEVA Marine、INTERGRAPH等。

郵船的建造過程復雜，設計要求高，國內(nèi)現(xiàn)有的設計軟件和傳統(tǒng)的生產(chǎn)設計技術(shù)無法滿足大型郵船復雜系統(tǒng)設計和建造需求。選擇合適的3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)可幫助船廠提高郵船設計建造的質(zhì)量和效率，降低郵船建造成本，在市場競爭中保證自身優(yōu)勢。

1 層次分析法

1.1 層次分析法概述

20世紀70年代初，美國提出了層次分析法的概念。層次分析法是將評價因素分成目標、準則、方案等層次，進行定量、定性分析的方法，具有靈活、方便等優(yōu)點[1-2]。層次分析法將總目標分解成各層子目標，再分解成評價準則，最后分解成備選方案，從而將復雜的評價問題簡單化，通過建立判斷矩陣并計算權(quán)重將評價問題量化。

1.2 層次分析法步驟

運用層次分析法建模來解決實際問題，主要包括以下4個步驟：

(1) 建立層次結(jié)構(gòu)模型。層次分析法結(jié)構(gòu)示例如圖1所示。

圖1 層次分析法結(jié)構(gòu)示例

(2) 構(gòu)造判斷矩陣。準則層的各準則在評價過程中所占比重不同，層次分析法用標度表達各準則的比重，進而定義判斷矩陣。表1所示為判斷矩陣的標度定義[3-4]。

(3) 權(quán)重計算。根據(jù)上述步驟構(gòu)造的判斷矩陣，計算判斷矩陣的最大特征值及特征向量。

表1 判斷矩陣標度定義

(4) 一致性檢驗。根據(jù)公式計算檢驗因數(shù)，當檢驗因數(shù)<0.1時，則認為該判斷矩陣通過一致性檢驗，否則就不具有滿意一致性[5]。

2 3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價指標模型構(gòu)建

3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能測試分為船體、管系、電裝、鐵舾、內(nèi)裝、涂裝等專業(yè)。各個專業(yè)又可按業(yè)務流程分為：系統(tǒng)初始化、生產(chǎn)設計三維建模、生產(chǎn)設計圖表設繪和生產(chǎn)信息輸出。其分別包含多個測試要點。采用多層次的方法構(gòu)建3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價指標體系，第一層的評價指標為6個專業(yè)，第二層的評價指標為各業(yè)務流程，第三層的評價指標為測試要點。3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)各個專業(yè)的測試要點有334個，表2只列出一部分，其余省略。

表2 3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)測試要點

續(xù)表2 3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)測試要點

本文的決策目標為3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)。在進行3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)測試時，首先按業(yè)務流程分為系統(tǒng)初始化、生產(chǎn)設計三維建模、生產(chǎn)設計圖表設繪和生產(chǎn)信息輸出。根據(jù)測試功能點分布情況分別建模：系統(tǒng)初始化按專業(yè)可分為船體、管系、鐵舾；生產(chǎn)設計三維建模按專業(yè)可分為船體、管系、電裝、鐵舾、內(nèi)裝；生產(chǎn)設計圖表繪制按專業(yè)可分為船體、管系、電裝、鐵舾、內(nèi)裝、涂裝；生產(chǎn)信息輸出可按工藝類別分為零件下料切割、船體零件加工、舾裝零件加工、構(gòu)件裝配、構(gòu)件焊接工藝。第一層中間要素為系統(tǒng)初始化、生產(chǎn)設計三維建模、生產(chǎn)設計圖表設繪和生產(chǎn)信息輸出等四大要素；第二層中間要素為各專業(yè)及工藝類別，備選方案為表2所示的334個測試要點。在進行層次模型構(gòu)建時，備選方案采用編號形式標注，不采用詳細文字描述進行標注。

3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)測試功能評價指標模型采用yaahp軟件構(gòu)建。yaahp是山西元決策軟件科技有限公司開發(fā)的一款層次分析法輔助軟件，為使用層次分析法的決策過程提供層次結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造、層次結(jié)構(gòu)模型檢查、判斷矩陣建立、判斷矩陣檢查、根據(jù)總目標或子目標排序權(quán)重的加權(quán)分數(shù)計算等功能。目前，最新yaahp版本為yaahp V11.3.6335。

本文計算權(quán)重采用的即是最新版本的yaahp軟件。

3 3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價指標權(quán)重計算

3.1 3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價判斷矩陣構(gòu)建

3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)測試功能評價指標模型是采用層次分析法構(gòu)建的，從上至下依次為目標層、第一層中間要素、第二層中間要素、備選方案層。根據(jù)各要素的重要性比較，按構(gòu)建的評價模型層級，逐層填寫標度，構(gòu)造判斷矩陣，并進行矩陣一致性檢驗。如圖2所示為第一層中間要素的重要性比較及判斷矩陣構(gòu)建。以圖2所示第一層中間要素即系統(tǒng)初始化、建模、出圖、生產(chǎn)信息為例，闡述判斷矩陣的構(gòu)建。系統(tǒng)初始化、建模、出圖、生產(chǎn)信息之間的重要程度比，是根據(jù)不同船型所統(tǒng)計的生產(chǎn)設計工時中各部分的工時比得出的。對不同船型系統(tǒng)初始化、建模、出圖、生產(chǎn)信息所需的工時進行統(tǒng)計，結(jié)合郵船生產(chǎn)設計特點，將郵船系統(tǒng)初始化、建模、出圖、生產(chǎn)信息之間的重要程度比取為1∶5∶8∶6。因此，如圖2所示，系統(tǒng)初始化與出圖的標度為1/8，系統(tǒng)初始化與生產(chǎn)信息的標度為1/6，以此類推。根據(jù)系統(tǒng)初始化、建模、出圖、生產(chǎn)信息等4個因素之間兩兩因素的重要程度比，得出相應標度，即可構(gòu)建出如式(1)所示的判斷矩陣，該矩陣在yaahp軟件中的顯示如圖2所示。

(1)

圖2 第一層中間要素重要性比較及判斷矩陣構(gòu)建

3.2 3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價指標權(quán)重計算

判斷矩陣構(gòu)造完成后，即可進行權(quán)重計算，計算結(jié)果如表3所示，序號對應表2第四列的各項測試要點及第五列的描述，權(quán)重行即為yaahp計算的各項測試要點的權(quán)重結(jié)果。

表3 3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)各測試點權(quán)重計算

4 3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價

根據(jù)上述計算得出的權(quán)重集，結(jié)合各項評分，計算出評價總分。計算公式為

總層權(quán)重集為

W=(w1,w2,…,wn)

(2)

各項評分集為

S=(s1,s2,…,sn)

(3)

則評價總分為

S總=w1s1+w2s2+…+wnsn

(4)

式(2)～式(4)中：w1～wn為各測試點對應的權(quán)重；s1～sn為各測試點對應的評分。

選取兩款3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)，進行3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價總分計算。依據(jù)334個測試要點在3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價中的權(quán)重及其綜合評價分值，代入式(3)，經(jīng)線性加權(quán)后的加權(quán)值相加，即可分別計算出兩款3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價的總分值。總分值較高的則表明經(jīng)層次分析法計算，該軟件的功能較另一款軟件強大。

5 結(jié)束語

采用層次分析法進行3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價：首先，建立3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價指標模型，根據(jù)評價指標構(gòu)造判斷矩陣；其次，根據(jù)判斷矩陣進行3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價指標的權(quán)重計算；最后，給出評價總分計算公式，可根據(jù)各項權(quán)重及各項評分計算出3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)功能評價總分，并以此評價總分來評判3D生產(chǎn)設計系統(tǒng)的功能優(yōu)劣。