高嶺，王璞，伊朋

高壓電器設(shè)備包裝材料優(yōu)選研究

高嶺，王璞，伊朋

（西安西電開關(guān)電氣有限公司，西安 710077）

目的 實(shí)現(xiàn)高壓電器設(shè)備包裝材料的優(yōu)選，提高包裝材料選擇的一致性和經(jīng)濟(jì)型，降低制造成本。方法 建立一種多目標(biāo)材料選擇優(yōu)選模型，包括包裝承載力、包裝可靠性、包裝成本、資源消耗、包裝綠色性等5個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，使用組合隸屬度函數(shù)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)集，運(yùn)用灰關(guān)聯(lián)法與基于可能度排序算法的模糊層次分析法相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)材料優(yōu)選。結(jié)果 候選材料的關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為0.745、0.606、0.669、0.749。結(jié)論 關(guān)聯(lián)程度最大的包裝材料為最終優(yōu)選包裝材料。

高壓電器設(shè)備；包裝材料優(yōu)選；灰關(guān)聯(lián)法；三角模糊數(shù)；層次分析法

高壓電器設(shè)備是關(guān)系國計(jì)民生的基礎(chǔ)性設(shè)施設(shè)備，一般安裝在較為偏僻的地區(qū)，具有體積大、質(zhì)量大、運(yùn)輸困難等特點(diǎn)，包裝材料直接影響高壓電器設(shè)備運(yùn)輸?shù)目煽啃院途C合成本，對(duì)產(chǎn)品順利投入使用至關(guān)重要。在傳統(tǒng)的包裝設(shè)計(jì)中，企業(yè)通常依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行包裝材料的選擇，技術(shù)文件也依照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編制，但自身經(jīng)驗(yàn)存在局限性，隨著新材料不斷涌入，還需考慮成本控制、綠色制造等多種因素，以及各個(gè)影響因素的相互制約，傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)具有滯后性和片面性。電器設(shè)備包裝材料的評(píng)價(jià)選擇在行業(yè)間尚屬空白，因此建立合適的包裝材料選擇評(píng)價(jià)體系，綜合各種影響因素，選擇最優(yōu)的包裝材料具有重要意義。

高壓電器設(shè)備包裝材料的優(yōu)選是一個(gè)多目標(biāo)、多約束的復(fù)雜優(yōu)化問題，文中在綜合分析上述方法的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出利用灰關(guān)聯(lián)分析法和基于三角模糊數(shù)的層次分析法相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，根據(jù)不同的評(píng)價(jià)因素，采用組合隸屬度函數(shù)，使用基于可能度的排序算法確定權(quán)重，實(shí)現(xiàn)對(duì)包裝材料進(jìn)行選擇，并使用實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性，這種方法準(zhǔn)確、可靠，填補(bǔ)了高壓電器領(lǐng)域包裝材料選擇的空白。

1 灰關(guān)聯(lián)分析法和三角模糊數(shù)

1.1 灰色關(guān)聯(lián)分析法

1）建立評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣。將評(píng)價(jià)指標(biāo)無量綱化以后建立評(píng)價(jià)矩陣為：

4）計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣。關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣的計(jì)算公式為：

最后通過對(duì)關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行排序，可以選擇出最優(yōu)包裝材料。

1.2 三角模糊數(shù)

若n值越大，則評(píng)判越不清晰。

則稱矩陣為模糊互補(bǔ)判斷矩陣。

2 包裝材料優(yōu)選模型的建立

2.1 包裝材料優(yōu)選綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

對(duì)產(chǎn)品包裝材料進(jìn)行最優(yōu)選擇時(shí)，應(yīng)首先建立包裝材料選擇的評(píng)價(jià)體系，目標(biāo)層即為最優(yōu)包裝材料。在包裝設(shè)計(jì)過程中，材料的選擇不僅要滿足強(qiáng)度要求及經(jīng)濟(jì)性要求，還要充分考慮其環(huán)保性和綠色性，因此，評(píng)價(jià)體系的優(yōu)化指標(biāo)層為承載力B、包裝可靠性S、包裝成本C、資源消耗R、環(huán)境影響E。每種材料有13個(gè)影響因素，作為影響因素層，共同構(gòu)成了包裝材料選擇的層次分析模型，見圖1。

圖1 包裝箱材料優(yōu)選評(píng)價(jià)體系

2.2 無量綱評(píng)價(jià)指標(biāo)集的確定

2.1節(jié)共確定了13個(gè)影響因素，各個(gè)影響因素單位不一致，其中影響因素4、5、13為定性描述類因素，無法直接比較。需要13個(gè)影響因素轉(zhuǎn)換為無量綱的數(shù)值進(jìn)行比較。若采用單一的隸屬度計(jì)算方法會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)的可信度降低，對(duì)于不同的決策因素，需采用不同的隸屬度計(jì)算方法。

表1 包裝材料承載力等級(jí)劃分

對(duì)于越小越好型的影響因素，采用以下統(tǒng)一化計(jì)算公式：

2.3 包裝材料優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

模糊層次分析法（FAHP）是20世紀(jì)70年代首次提出的一種定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法[18]，該方法可量化評(píng)價(jià)指標(biāo)，能有效分析目標(biāo)各層次之間的關(guān)系，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通過基于三角模糊數(shù)的層次分析法，計(jì)算各影響因素權(quán)重。

FAHP實(shí)現(xiàn)決策因素權(quán)重分配的步驟如下。

表2 模糊標(biāo)度值及其含義

2）對(duì)模糊矩陣進(jìn)行排序?；谌悄：龜?shù)的權(quán)重計(jì)算方法包括加性一致排序法[19]、乘性一致性排序法[20-22]、可能度排序方法[23-24]等。文中使用改進(jìn)的基于可能度的排序算法，可以對(duì)不同影響因素進(jìn)行反復(fù)比較，最終確定一個(gè)能反應(yīng)決策者整體判斷的權(quán)重排序，具體步驟如下。

通過兩兩比較三角模糊數(shù)權(quán)重s，計(jì)算可能度p=(s＞s),(,=1,2,…,)，構(gòu)建判斷矩陣=(p)×m,=1,2,…,。

式中：w為優(yōu)化指標(biāo)層元素相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重。

通過以上計(jì)算，可得最終權(quán)重向量為：

通過以上過程，利用GRA計(jì)算各個(gè)候選包裝材料的關(guān)聯(lián)系數(shù)，通過FAHP計(jì)算各個(gè)影響因素相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重，兩者相結(jié)合，最后比較關(guān)聯(lián)系數(shù)的大小，獲得最優(yōu)包裝材料。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

將FAHP和GRA相結(jié)合的包裝材料優(yōu)選方法應(yīng)用在實(shí)際案例中，以證明方法的有效性。我司有一批待運(yùn)輸?shù)母邏弘娖髟O(shè)備，其中某型號(hào)隔離開關(guān)質(zhì)量約為1 t，有4種包裝材料，通過實(shí)驗(yàn)及查閱相關(guān)手冊(cè)，得到各個(gè)影響因素的值，通過式（10）—（13）計(jì)算得到無量綱評(píng)價(jià)值，結(jié)果見表3。

利用無量綱評(píng)價(jià)值矩陣作為評(píng)價(jià)矩陣，最優(yōu)指標(biāo)集為：

=

邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)、工藝、制造、一線包裝人員及運(yùn)輸人員等7位專家，通過專家的評(píng)判，參照表2定義的模糊標(biāo)度值，對(duì)優(yōu)化指標(biāo)層進(jìn)行重要度排序，見表4。

表3 候選包裝材料各影響因素的實(shí)驗(yàn)值及其隸屬度

表4 優(yōu)化指標(biāo)層專家評(píng)價(jià)三角模糊矩陣

其中7位專家的權(quán)重分別為{0.17,0.09,0.12,0.1, 0.13,0.28,0.11}，通過加權(quán)平均獲得模糊判斷矩陣：

根據(jù)式（14）、式（15）求得可能度判斷矩陣：

根據(jù)式（16），計(jì)算出優(yōu)化指標(biāo)B、S、C、R、E相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重0為：

用同樣的方法計(jì)算各影響因素的權(quán)重：1、2、3相對(duì)于B的權(quán)重分別為0.664 6、0.286 8、0.048 6；4、5相對(duì)于S的權(quán)重分別為0.748、0.252；6、7、8相對(duì)于C的權(quán)重分別為0.601 4、0.297 9、0.100 7；9、10、11相對(duì)于R的權(quán)重分別為0.406 8、0.258、0.335 2；12、13相對(duì)于E的權(quán)重分別為0.748、0.252。

=[0.314 8 0.135 8 0.023 0.208 1 0.070 1 0.078 2 0.038 7 0.013 1 0.030 5 0.019 3 0.025 1 0.032 4 0.010 9]T

由式（5）、式（6）可以求得各候選包裝材料的綜合關(guān)聯(lián)程度為：

根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)從大到小進(jìn)行排序?yàn)椴牧?、材料1、材料3、材料2，選取關(guān)聯(lián)程度最大的包裝材料為最終優(yōu)選包裝材料，即包裝材料4。

4 結(jié)語

高壓電器設(shè)備包裝材料的合理是保證產(chǎn)品運(yùn)輸可靠的重要前提，文中綜合分析了包裝材料選擇時(shí)各類影響因素，建立了影響包裝材料選擇的層次分析模型，包括5個(gè)優(yōu)化目標(biāo)和13個(gè)影響因素。建立了一種灰關(guān)聯(lián)分析法和模糊層次分析法相結(jié)合的包裝材料優(yōu)選方法，根據(jù)不同的影響因素特征，采用組合隸屬度計(jì)算方法，克服了單一隸屬度計(jì)算下的片面性；在傳統(tǒng)三角模糊互補(bǔ)判斷矩陣評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化算法，提出了基于可能度的權(quán)重計(jì)算方法，使專家的判斷更加合理，并且降低主觀因素的影響。通過實(shí)例驗(yàn)證，可有效進(jìn)行包裝材料的選擇，證明了該方法的有效性。

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Selection of Packaging Materials for High-voltage Electrical Equipment

GAO Ling, WANG Pu, YI Peng

(Xi'an XD Switchgear Electric Co., Ltd., Xi'an 710077, China)

The work aims to realize the selection of packaging materials for high-voltage electrical equipment, improve the consistency and economy of packaging materials selection, and reduce manufacturing costs. A multi-objective material selection model including five optimization objectives such as packaging bearing capacity, packaging reliability, packaging cost, resource consumption and packaging greenness was established. The evaluation index set was constructed with the combined membership function, and the material selection was realized by combining the grey crelational analysis (GRA) method with the fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) based on the possibility ranking algorithm. The correlation coefficients of candidate materials were 0.745, 0.606, 0.669 and 0.749. The packaging material with the largest correlation coefficient is the final preferred packaging material.

high-voltage electrical equipment; packaging material selection; grey relational analysis (GRA); triangular fuzzy number; fuzzy analytic hierarchy process (FAHP)

TB484；TM564

A

1001-3563(2023)01-0279-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.01.032

2022?06?10

高嶺（1993—），男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)橹圃鞓I(yè)信息化。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋