韓自強(qiáng)，劉大慧，馬靈秀，段鵬輝，黃小琦

(湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電梯工程學(xué)院，湖南 湘潭 411101)

1 引言

礦用自卸車是目前大型露天礦山的主要運(yùn)輸工具，具有承載能力強(qiáng)、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好、操作輕便靈活等優(yōu)點(diǎn)。后橫梁是礦用自卸車的主要的承載件，它把車架和后橋殼連接起來，既可以承受載荷又可以起到減少震動(dòng)沖擊的作用，后橫梁質(zhì)量的好壞在很大程度上影響著自卸車的使用壽命。目前，后橫梁的制造過程有幾種工藝方案，工藝方案不同對加工過程的資源消耗和環(huán)境影響也不同[1]，所以有必要對后橫梁的工藝方案進(jìn)行決策。面向綠色制造的綠色工藝方案決策是綠色工藝規(guī)劃的重要內(nèi)容，也是綠色制造亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，所以對綠色工藝方案決策進(jìn)行研究具有重要的實(shí)際意義[2]。

近年來，許多學(xué)者對綠色工藝方案決策問題進(jìn)行了研究。文笑雨等[3]建立了綠色多目標(biāo)柔性工藝方案決策模型，并利用實(shí)例驗(yàn)證了模型的有效性。韓自強(qiáng)等[4]提出了基于區(qū)間層次分析法的機(jī)械加工綠色工藝方案決策方法，并驗(yàn)證了該決策方法的可行性。岳文輝等[5]建立了綠色工藝方案決策的數(shù)學(xué)模型，并利用模糊加權(quán)系數(shù)法對模型進(jìn)行求解。單武斌等[6]提出了基于熵權(quán)TOPSIS法的機(jī)械加工綠色工藝方案決策方法，并驗(yàn)證了該決策方法的實(shí)用性。以上文獻(xiàn)對解決綠色工藝方案決策問題有積極的借鑒作用，本文采用層次分析法確定指標(biāo)的權(quán)重，并將層次分析法與灰色關(guān)聯(lián)分析法結(jié)合，建立了基于AHP_灰色關(guān)聯(lián)法的綠色工藝方案決策模型，最后以后橫梁的3種機(jī)械加工工藝方案為例，驗(yàn)證了該模型的可行性和實(shí)用性。

2 基于AHP_灰色關(guān)聯(lián)法的綠色工藝方案決策原理

對于綠色工藝方案決策而言，各評價(jià)指標(biāo)之間不是相互獨(dú)立的，而是有一定的關(guān)聯(lián)性，可以利用灰色關(guān)聯(lián)度作測度去評價(jià)各方案與理想方案的關(guān)聯(lián)程度，從而得到各方案的優(yōu)劣次序[7]。

2.1 利用層次分析法確定指標(biāo)的權(quán)重

層次分析法(AHP)是一種求權(quán)重的方法，具有靈活、簡潔、系統(tǒng)性強(qiáng)和所需定量數(shù)據(jù)信息較少等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用非常廣泛[8]。本文采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，介紹層次分析法求解權(quán)重的文獻(xiàn)比較多，這里不再贅述。

2.2 建立基于AHP_灰色關(guān)聯(lián)法的綠色工藝方案決策模型

利用灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行決策的步驟是[9]：

(1)收集評價(jià)數(shù)據(jù)形成比較數(shù)列構(gòu)成矩陣如下，下式中m表示方案的個(gè)數(shù)，n表示決策指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

(1)

(2)確定參考數(shù)列，參考數(shù)列是一個(gè)理想的比較數(shù)列，通常由每個(gè)指標(biāo)所有方案的最優(yōu)值構(gòu)成，即效益型指標(biāo)選取最大值，成本型指標(biāo)選取最小值。

(2)

(3)比較數(shù)列和參考數(shù)列一起構(gòu)成了具有m+1個(gè)數(shù)列的矩陣如下[10]：

(3)

(4)無量綱化處理，由于式(3)中的數(shù)列具有不同的量綱或數(shù)量級，為了保證分析結(jié)果的可靠性,需要對該數(shù)列進(jìn)行無量綱化處理。通常采用均值化法式(4)進(jìn)行無量綱化，無量綱化后的數(shù)據(jù)序列形成如下矩陣：

(4)

式(4)中：Xi=(xi(1),xi(2),…,xi(n))T，其中i=0,1,…,m。

(5)

(5)計(jì)算比較數(shù)列與參考數(shù)列對應(yīng)元素的絕對差值，即：

|x0(j)-xi(j)|,(j=1,2,…,n;i=1,2,…,m)

(6)

(6)計(jì)算兩級最大差和兩級最小差[11]：

(7)

(8)

(7)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)[12]：

ζi(j)=

j=1,2, …n

(9)

式(9)中：ζi(j)表示比較數(shù)列的第j個(gè)指標(biāo)與參考數(shù)列第j個(gè)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，ρ表示分辨系數(shù)，

0<ρ<1，如果ρ越大，表示關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)，ρ通常取0.5。

(8)求加權(quán)關(guān)聯(lián)度[13]，加權(quán)關(guān)聯(lián)度的大小反應(yīng)了備選方案和理想方案關(guān)聯(lián)性的強(qiáng)弱，即兩者接近程度的大小。加權(quán)關(guān)聯(lián)度越大，則兩者關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)，說明兩者越接近。根據(jù)加權(quán)關(guān)聯(lián)度的大小對備選工藝方案進(jìn)行排序，即可得出備選工藝方案的優(yōu)劣次序。

(10)

式(10)中：wj表示利用層次分析法求出的指標(biāo)權(quán)重，其中j=1,2…,n;i=1,2,…,m。

3 應(yīng)用實(shí)例

為驗(yàn)證模型的可行性，以礦車后橫梁3種不同的工藝方案為例，選取對綠色工藝方案決策影響比較大的7個(gè)因素作為決策指標(biāo)[14]，通過對3種工藝方案進(jìn)行清單分析可得到后橫梁綠色工藝方案決策指標(biāo)數(shù)據(jù)，并建立決策指標(biāo)判斷矩陣A，如表1所示。

表1 決策指標(biāo)判斷矩陣A

層次分析法的具體計(jì)算步驟參考文獻(xiàn)[15]，可以計(jì)算決策指標(biāo)的權(quán)向量wj：

wj=(0.0686 0.2535 0.3261 0.1907 0.0979 0.0408 0.0224)T

表1的7個(gè)決策指標(biāo)中，除產(chǎn)品合格率為效益型指標(biāo)外，其余均為成本型指標(biāo)，可得到參考數(shù)列為：

由表(1)、式(2)和式(3)可以得到比較數(shù)列和參考數(shù)列一起構(gòu)成了具有4個(gè)數(shù)列的矩陣如下：

由式(4)和式(5)可得到無量綱化后的矩陣:

由式(6)計(jì)算比較數(shù)列與參考數(shù)列對應(yīng)元素的絕對差值:

由式(7)和式(8)計(jì)算兩級最大差和兩級最小差：

由式(9)ρ=0.5計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)，其結(jié)果可以用矩陣表示：

由式(10)求加權(quán)關(guān)聯(lián)度：r01=0.66，r02=0.92,r03=0.75，則r02>r03>r01

因此可以得出3種綠色工藝方案的優(yōu)劣順序，由優(yōu)到劣：方案2>方案3>方案1，這與采用熵權(quán)法和TOPSIS法相結(jié)合得出的評價(jià)結(jié)果一致，從說明了該模型的可行性和實(shí)用性。

4 結(jié)語

本文將層次分析法求權(quán)重和灰色關(guān)聯(lián)分析法相結(jié)合，對機(jī)械加工綠色工藝方案決策進(jìn)行研究。首先，采用層次分析法確定指標(biāo)的權(quán)重，然后，將層次分析法與灰色關(guān)聯(lián)分析法結(jié)合，建立了基于AHP_灰色關(guān)聯(lián)法的綠色工藝方案決策模型；最后，用實(shí)例驗(yàn)證了該模型的可行性和實(shí)用性。此方法可以為礦山制造企業(yè)選擇相對綠色的工藝路線提供理論依據(jù)，也為綠色工藝方案決策提供了一種新方法。