（机械设计及理论专业论文）基于层次分析法的冲压生产线评价系统研究.pdf

摘要 在加入w t o 之后，我国的汽车行业飞速地发展，全国汽车总产销量逐年攀 升。汽车制造企业的不断增多，使得汽车行业的竞争越来越激烈。为了在激烈的 市场竞争中脱颖而出，各汽车制造商以性能先进、外形新颖或者更为实用的新车 型去开拓和占领市场。而汽车品种的变化和更新换代，主要以汽车车身覆盖件的 改变最为突出。 冲压生产线作为汽车制造的关键设备群，其制造工艺及质量水平不仅直接影 响车身覆盖件的形状特征、质量和制造成本，而且决定了汽车产品的市场竞争力 和市场寿命。每当新建冲压车间、新的冲压生产线或对原有生产线进行改造时， 都会涉及到冲压生产线及其相关设备的投资选型。 结合汽车制造企业的发展现状及其冲压生产实际对不同种类、特性及不同生 产厂家的冲压生产线进行评价，有助于企业决策者进行正确的冲压生产线设备选 型和系统配置、制定良好的投资策略与方案，以提高冲压生产的工艺水平、制造 质量及生产效率，降低生产成本。正是在这样的背景之下，本文设计出一套专门 的冲压生产线方案评价系统。 本评价系统为实现从传统的经验评价转向系统的理论评价奠定了基础，提高 了评价工作的信息化。其具有简单易用、人机交互性好、容错性强、成本低且方 便用户重复使用等优点。使用本系统进行冲压生产线方案评价，完全省去了复杂 的计算，能准确便捷地得出方案评价结果，以利于决策者做出决策。 为了对基于层次分析法的冲压生产线评价系统的理论方法和实际应用进行 细致全面地研究，本文在分析系统工程中系统评价的理论方法和冲压生产线在汽 车制造企业实际生产中的应用情况的基础上，综合有关m a t l a b g u i 应用程序 设计的知识，按照运用层次分析法进行评价的要求，利用m a t l a b g u i 图形界 面编程，构建出了冲压生产线的方案评价系统，并应用该系统对机器人自动化生 产线、机械手自动化生产线及手动线这三套冲压生产线方案进行评价，得出了评 价结果。 关键字：评价，冲压生产线，层次分析法，m a t l a b g u i a b s t r a c t a f t e rj o i nt h ew t o ，c h i n a sa u t o m o b i l ei n d u s t r yd e v e l o p e d r a p i d l y , t h ec o u n t r y s t o t a lc a rp r o d u c t i o na n ds a l e sn u m b e rr o s ey e a rb yy e a r t h eg r o w i n go fa u t o m o b i l e m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e sn u m b e rm a k e sm o r ea n dm o r ei n t e n s ec o m p e t i t i o ni nt h e a u t o m o t i v ei n d u s t r y i no r d e rt ot r i u m p hi nt h ef i e r c em a r k e tc o m p e t i t i o n , v a r i o u sc a r m a n u f a c t u r e r sd e p e n do nn e wc a rm o d e l sw h i c hh a v ea d v a n c e dp e r f o r m a n c e s ，n o v e l s h a p e so ram o r ep r a c t i c a lf o r mt oe x p l o r ea n dd o m i n a t et h em a r k e t h o w e v e r , t h e c h a n g e sa n dr e p l a c e m e n t so fv e h i c l e sv a r i e t ym a i n l yd e p e n do na u t o m o t i v eb o d y p a n e l sc h a n g e s s t a m p i n gp r o d u c tl i n e 鹊t h ek e ye q u i p m e n tf o ra u t o m o b i l em a n u f a c t u r i n g ，i t s m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n dq u a l i t ys t a n d a r d sn o to n l yd i r e c t l yi m p a c tt h eb o d yp a n e l s f e a t u r e ，q u a l i t ya n dm a n u f a c t u r i n gc o s t s ，b u ta l s od e t e r m i n et h ec o m p e t i t i v e n e s sa n d m a r k e tl i f eo fa u t o m o t i v ep r o d u c t s i tw i l lr e l a t et ot h ei n v e s t m e n ta n ds e l e c t i o no f s t a m p i n gp r o d u c tl i n ea n ds o m ee q u i p m e n t ，w h e nb u i l dn e wp r e s ss h o p ，n e w s t a m p i n gp r o d u c tl i n eo rr e b u i l dt h ee x i s t i n gp r o d u c tl i n e c o m b i n e d 、析t 1 1t h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l em a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s ea n di t s p r a c t i c a lp r e s s i n gp r o d u c t i o nt oe v a l u a t et h es t a m p i n gp r o d u c tl i n eo fd i f f e r e n tt y p e s ， c h a r a c t e r i s t i c sa n dd i f f e r e n t m a n u f a c t u r e r s ， w h i c h h e l p t h e e n t e r p r i s e s d e c i s i o n m a k e r sm a k ec o r r e c t e q u i p m e n ts e l e c t i o na n ds y s t e mc o n f i g u r a t i o no f s t a m p i n gp r o d u c tl i n e ，e s t a b l i s hi n v e s t m e n ts t r a t e g i e sa n dp r o j e c t s ，t h e ni m p r o v ea r t s a n dc r a f t s l e v e l ，m a n u f a c t u r i n gq u a l i t ya n dp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , r e d u c ep r o d u c t i o n c o s t so fs t a m p i n gp r o d u c t i o n i nt h i sc o n t e x t ，t h i sa r t i c l ed e s i g n sas p e c i a lp r o j e c t e v a l u a t i o ns y s t e mo fs t a m p i n gp r o d u c tl i n e t h i se v a l u a t i o ns y s t e ms e r i e st h ef o u n d a t i o nt oa c h i e v et h ec o n v e r s i o nt h a tf r o m t r a d i t i o n a le x p e r i e n c ee v a l u a t i o nt os y s t e m a t i ct h e o r e t i c a le v a l u a t i o n , i m p r o v e dt h e i n f o r m a t i o n i z a t i o no fe v a l u a t i o n i th a st h ev i r t u eo fs i m p l eu s e ，g o o di n t e r f a c eo f h u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，s t r o n gf a u l t t o l e r a n t ，l o wc o s t ，c o n v e n i e n tr e u s ea n ds o o n u s i n gt h i ss y s t e mf o rp r o j e c te v a l u a t i o no fs t a m p i n gp r o d u c tl i n ec a nc o m p l e t e l y e l i m i n a t et h en e e df o rc o m p l e xc a l c u l a t i o n s ，a c c u r a t e l ya n de a s i l ya r r i v ea tt h ep r o j e c t e v a l u a t i o nr e s u l t s ，i no r d e rt of a c i l i t a t ed e c i s i o n m a k e r st om a k ed e c i s i o n s i no r d e rt os t u d yt h et h e o r e t i c a lm e t h o d sa n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o no fe v a l u a t i o n s y s t e mo fs t a m p i n gp r o d u c tl i n eb a s e do na h pc a r e f u l l ya n dc o m p r e h e n s i v e l y , t h i s a r t i c l eb a s e do na n a l y z et h et h e o r e t i c a lm e t h o d so fe v a l u a t i o ni nt h e s y s t e m e n g i n e e r i n ga n dt h ea p p l i c a t i o no fp r a c t i c a lp r o d u c t i o no fs t a m p i n gp r o d u c tl i n ei n a u t o m o b i l em a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ，c o m b i n i n gw i t hs o m ek n o w l e d g ea b o u tt h e a p p l i c a t i o np r o g r a md e s i g no fm a t l a b g u i ，a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so fu s e a h pf o re v a l u a t i o n , u s i n gi d a t l a b g u ig r a p h i c a li n t e r f a c et op r o g r a m ，h a s e s t a b l i s h e dap r o j e c te v a l u a t i o ns y s t e mo fs t a m p i n gp r o d u c tl i n e ，a n dh a sg o t t e nt h e e v a l u a t i o nr e s u l t sb yu s et h i ss y s t e mt oe v a l u a t et h r e ep r a c t i c a lp r o j e c t so fs t a m p i n g p r o d u c tl i n e ，a st h er o b o t i ca u t o m a t i o np r o d u c tl i n e ，t h em a n i p u l a t o ra u t o m a t i o n p r o d u c tl i n ea n dt h em a n u a lp r o d u c tl i n e k e yw o r d s ：e v a l u a t i o n ，s t a m p i n gp r o d u c tl i n e ，a h p ，m a t l a b g u i 1 1 1 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：刍扯日期：j 坦划b 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：名正 导师( 签名) ：咕卜灸日期z p d 7 iz 彩 武汉理一 大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章引言 汽车制造业是我国国民经济的支柱产业。在加入w t o 之后，我国经济飞速 发展，汽车行业与汽车市场也呈现出了十分迅速的发展势头，特别是乘用车的发 展尤其令人瞩目。2 0 0 4 年，全国的汽车总产量和销量均突破了5 0 0 万辆大关， 分别为5 0 7 0 5 万辆和5 0 7 1 1 万辆；2 0 0 6 年，全国的汽车总产销量增长势头更为 迅猛，分别达到了7 2 7 9 7 万辆和7 2 1 6 0 万辆，同比增长2 7 3 2 和2 5 1 3 ；2 0 0 7 年，全国汽车总产量达8 8 8 2 5 万辆，总销量达8 7 9 1 5 万辆，同比增长2 2 0 1 和 2 1 8 4 ；2 0 0 8 年，全国汽车总产量达9 3 4 5 万辆，总销量达9 3 8 5 万辆，同比增 长5 2 和6 7 ；预计2 0 0 9 年全年全国汽车总产量将突破1 0 0 0 万辆，达到1 2 7 3 7 万辆。 在如此广阔的发展前景和高额利润的吸引下，国内汽车制造企业不断增多， 汽车生产基地如雨后春笋般涌现。为了在激烈的市场竞争中脱颖而出，各大汽车 制造企业不断推出新的车型，以性能先进、外形新颖或者更为实用的新车型去开 拓和占领市场。而汽车品种的变化和更新换代，主要以汽车车身的改变最为突出。 车身覆盖件是汽车车身的改变或更新的主体，而冲压作为车身制造的第一道工 艺，其制造工艺及质量水平不仅直接影响整车质量和生产成本，还决定了汽车产 品市场竞争力和市场寿命。 一直以来，冲压生产线是体现冲压车间生产能力和效率的关键因素。每当新 建冲压车间、新的冲压生产线或对原有生产线进行改造时，都会涉及到冲压生产 线及其相关设备的投资选型。然而，长期以来，许多汽车制造企业特别是一些中 小型汽车企业，由于还未形成完善的管理体系，各部门间欠缺交流与合作等原因， 企业并没有适合于自身的一套较为成熟的设备投资选型方案体系，即便是对于冲 压生产线这样的关键设备群也只是凭主观臆断和以往的经验来进行投资选型，这 种做法往往难以达到理想的效果。 为了提高冲压生产的制造质量及生产效率，降低生产成本，保证企业拥有较 高的投资收益与充足的运转资金，需要对不同种类、特性及不同生产厂家的冲压 生产线进行全面、有效的系统评价，从而指导汽车制造企业的决策者对冲压生产 线及其相关设备选型的投资做出正确的决策。 层次分析法( t h ea n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ，简称a h p ) 是一种较智能的 系统评价方法，它通过简化系统的分析和计算，把一些定性的因素进行定量化， 武汉理工大学硕士学位论文 尤其可用于对无结构特性的系统评价以及多目标、多准则、多时期等的系统评价。 并且，该方法具有思路清晰、应用简单、灵活等特点，因此其在投资决策、资源 分配、企业管理、绩效考核、医疗卫生等领域都得到了越来越广泛的应用。 m a t l a b g u i ( g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e ，图形用户界面) 是m a t l a b 软件环 境中的一种新型的图形用户界面开发方式，可用来编制各种应用程序。在涉及到 利用层次分析法进行系统评价这样含有大量复杂的科学计算、尤其是含有矩阵运 算的问题时，通过m a t l a b g u i 图形界面编程不仅可以支持全部的计算过程， 而且方便用户的反复使用，更为高效的解决问题。 本文着手于系统评价的问题，针对文中所介绍的机器人自动化生产线、机械 手自动化生产线及手动线这三套实际的冲压生产线方案，运用层次分析法作为评 价方法，m a t l a b g u i 作为工具软件设计出了一套冲压生产线方案评价系统。 1 2 研究现状 层次分析法的应用始于2 0 世纪7 0 年代初，1 9 7 2 年美国著名运筹学家、匹 兹堡大学教授t l s a t t y 首次提出层次分析法的概念后，就将其成功运用于美国 国防部的“应急计划”和美国国家基金会研究的电力在工业部门的分配问题。1 9 7 7 年在第一届国际数学建模会议上发表的题为“无结构决策问题的建模层次分 析法 的文章，开始引起了人们对a h p 法的关注，从此层次分析法在计划指定、 资源分配、政策分析等领域得到广泛了的应用。 层次分析法传入我国是在1 9 8 2 年召开的中美能源、资源、环境学术会议上， 由s a t t y 的学生g h o l a m n e z h a d 向中国学者介绍了a h p 。此后，我国学者对a h p 的理论方法进行了大量的研究，并取得了丰硕的理论和应用成果【l 】。 迄今为止，层次分析法作为一种系统评价方法在各种领域中的应用已经数不 胜数，虽然其中没有利用层次分析法对冲压生产线评价的专门研究，但是在利用 层次分析法进行方案评价，从而指导设备选型与投资决策方面，已经有了相当多 的应用，并得到了满意的效果。s h a p i r a 等人建立了基于层次分析法的评价决策 模型，主要用于建筑工程中的设备选型【2 】。大连海事大学的姜阳以三种港口设备 的投资选型为例，比较层次分析法与其他经济评价方法的评价效果，证明了层次 分析法在多目标决策中的优势【3 】。宋剑在层次分析法中加入了模糊集理论，通过 模糊层次分析法优选出最佳的投资方案，从而指导国际航运投资决策1 4 1 。 另外，运用层次分析法并结合m a t l a b 软件进行评价在国内也有着较为广 泛的研究。胡明甫实现了基于m a t l a b 语言的层次分析法，并将其应用于工艺 方案的评价，较好地指导了工程招标管理中的投资决策【5 】。西安理工大学的姚锁 2 武汉理工大学硕士学位论文 宁开发出了一套b s 结构的网上教学评估系统，该系统是以v c + + 作为客户端平 台，并利用m a t l a b 强大的计算功能来进行评价的【6 1 。武汉理工大学的常建娥 等在运用层次分析法确定权重的研究中，利用m a t l a b g u i 编写了基于层次分 析法进行评价的应用程序界面，方便了评价中指标权重的确定【7 1 。基于上述研究 与应用，运用层次分析法和m a t l a b g u i 设计出一套评价软件系统应用于冲压 生产线方案评价，从而指导企业决策者进行正确的设备选型和投资决策是十分有 益的。 1 3 研究目的和意义 随着新世纪科学技术的飞速发展，冲压生产线的种类越来越多，其制造水平 也越来越先进，但纵观国内外市场，选择出一套合适的冲压生产线也并非易事。 从国内市场来看，由于我国冲压生产线及其成套设备长期大量依赖进口，国 内自主开发设计的冲压生产线特别是自动化线及其成套设备还不是很成熟，虽然 价格较低，但制造质量上却存在相当大的问题，难以达到冲压实际生产的要求。 与国内的设备相比，我国花大量外汇引进的设备也存在着许多问题。调查研 究表明，进口冲压生产线系统在中国主要存在以下问题：国外系统不适合中国企 业的工艺现状；系统选型不合理、配置不当；售后服务跟不上；生产管理及使用 维护不合理等。另外，国外进口设备价格相当昂贵，如果使用效果不理想，会影 响到冲压车间甚至整个汽车制造系统的生产成本及资金运转。 因此，结合汽车制造企业的发展现状及其冲压生产实际对不同种类、特性及 不同生产厂家的冲压生产线进行评价，有助于企业决策者进行正确的冲压生产线 设备选型和系统配置、制定良好的投资策略与方案，对提高冲压生产的制造质量 及生产效率有着相当大的意义，是汽车制造企业迈向成功的第一步。 同时，运用层次分析法作为评价方法，m a t l a b g u i 作为工具软件所设计 的冲压生产线方案评价系统，不仅打破了传统人工评价的方式，提高了系统评价 的效率和准确度，有利于决策者更方便、快捷地找出最合适的冲压生产线投资方 案，并且对建立有关冲压生产线的投资决策理论基础，实现从传统的经验决策向 科学决策的过渡，提高评价工作的信息化是很有必要的。 1 4 本文研究的主要内容 构建冲压生产线方案评价系统，是以层次分析法为系统评价方法，根据冲压 生产线的实际情况构建评价体系，由m a t l a b g u i 作为软件工具来实现的。本 文的研究内容主要有以下五个方面： 武汉理+ 丁大学硕士学位论文 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 系统评价的理论基础与方法比较，明确层次分析法的评价步骤； 阐述机器人自动化生产线、机械手自动化生产线及手动线这三种待评 价的冲压生产线实际方案，并作简要分析比较； 冲压生产线方案评价指标体系及判断矩阵的建立； 利用m a t l a b g u i 编程，实现基于层次分析法的冲压生产线方案评 价软件系统的功能； 冲压生产线方案评价系统的实际应用及评价结果分析。 1 5 本章小结 本章是论文的引言与概况，目的是使读者对本文有一个大致的了解。各小节 分别简要介绍了设计冲压生产线评价系统的研究背景、相关的研究现状及研究的 目的意义，最后列出了本文的主要研究内容。 4 武汉理：大学硕士学位论文 第2 章系统评价方法 2 1 系统评价理论基础 2 1 1 系统评价概述 系统评价是把评价对象看作一个完整的系统，依据所给定的具体情况，通过 一定的评价尺度，进行首尾一贯的、无矛盾的价值测定，以获得对多数人来说均 可以接受的评价结果，为正确决策提供所需的信息。 系统论认为，世界上的万事万物都构成了大大小小的不同系统，大系统由许 多子系统组成，而每个子系统又由更低的子系统组成。通过对系统之间和系统内 部的分析，使得许多纷扰复杂的问题层次化、简单化，从而达到解决问题的目的。 从系统的角度来分析和解决评价问题，对提高评价质量和改进评价效果无疑 是具有相当大的益处的。 2 1 2 系统评价的原则 为了保证系统评价的准确性，更好地支持决策，系统评价应遵循以下原则： ( 1 ) 要保证评价的客观性。为了保证整个评价工作的客观性，要求在评价 资料与评价人员的选取上给予足够的重视，保证评价人员的客观公正性以及评价 资料的全面、正确和可靠。 ( 2 ) 要保证方案的可比性。各种方案在保证实现系统的基本功能上要有可 比性和一致性。可比性的另一层含义是指相对于某个标准来说，所有的方案都能 做出比较。 ( 3 ) 要保证评价指标的系统性与合理性。评价指标要包括系统目标所涉及 的一切方面，对于一些定性问题要有恰当的评价指标，以保证评价指标的全面性， 使其具有多元、多层次、多时序的特点。另外，系统评价指标必须与国家的方针、 政策、法令的要求相一致【1 1 。 2 1 3 系统评价的步骤 系统评价是通过评价方法的应用，按照一定的工作程序步骤来实现多个方案 的优选，从而提供给决策者最满意的方案。一个较为完整的评价过程一般包括从 “评价系统分析( 前提条件的探讨) 到“评价值的计算和“综合评价等几 武汉理工大学硕士学位论文 个阶段【8 】，如图2 - 1 所示： 董评价问题_ 习 厂 ；一评价目的 多 ”评价立场 。由 f 评价系统分析i j 评价范围。 1 弋 馈多 ；评价时期 ? 平彳俗谁擎豁琶。习 l f 驴醑躐卜 l ： 蕊官 ! 、l j。 。 馈 e ，i 诵藜 r 褫7 习反侥 兰 1 陵“u j 玎心。，| 。力“7 、。” 多 j 痒侨佰的诤笛 绻会 单伦1 1 飞py ! 峪州! 才。训、只蔓u i ，翻 2 2 系统评价方法 2 2 1 评价方法综述 图2 1 系统评价步骤 迄今为止，具体的评价方法多种多样。评价方法可以按照定性、定量、定性 与定量相结合来分类，也可按照主观满意度评价与客观标准评价分类，根据评价 采用的理论可以分为专家经验评价法、经济分析法、运筹学方法及智能系统评价 方法，还有一些针对某些领域专用的评价方法。 在系统评价中广泛应用的具体评价方法有专家打分法、费用效益分析法、模 糊综合评价法、层次分析法、数据包络分析法和人工神经网络法等。 ( 1 ) 专家打分法 专家打分法是出现较早且应用较为广泛的一种评价方法，它是在一定的定性 与定量分析的基础上，以打分等方式做出定量评价，其结果具有数理统计的特性。 它的主要步骤是：首先设置评价指标，然后请专家对每个指标按照一定的评分标 准打分，最后将各专家、各指标的评分值综合，得到每个方案的总评分值作为综 合评价的结果。综合的方法可以采用简单平均法、加权平均法等【9 】。 总体来说，专家打分法具有使用简单、直观性强的特点，但其不足之处是系 统性与理论性不强，评价结果受专家主观因素的影响较大，一般情况下难以保证 6 武汉理工大学硕士学位论文 评价结果的客观性和准确性。 ( 2 ) 费用效益分析法 费用效益分析法是系统评价的经典方法之一，它是从经济分析的角度来进行 方案评价的，通过评价各种方案所产生的社会效益和消耗的社会成本来权衡利弊， 指导决策。 一般情况下，经过费用和效益的计算和分析，虽然明确了各方案的费用和效 益，但整个系统方案的价值还尚未明确。因此分析方案的合理性，需要将费用和 效益综合起来考虑，一般可以根据费用一效益模型，如式2 1 所示，作出费用 一效益曲线图进行分析。 e = 6 i ( 2 1 ) 费用效益分析法的不足在于仅仅从经济观点考虑效益，当考虑的因素难以用 货币值来表现时，就必须考虑采用其它的方法【9 ，1 0 1 。 ( 3 ) 模糊综合评价法 模糊评价法是应用模糊数学中的模糊关系合成原理，将一些不易定量、边界 不清的因素定量化，从多个因素( 指标) 对被评价事物的隶属等级状况来进行综 合性评价的一种方法。 模糊综合评价法的基本原理：它首先确定被评判对象的因素集u = & ， 砣，o ooo oo j 夕和评价集y = 向j ，耽，o ooo oo p 夕。其中劫为各单项指标，为 对x ，的评价等级层次，一般可分为五个等级：y = ( 优，良，中等，较差，差) ； 再分别确定各个因素的权重及它们的隶属度向量( 评价等级力，获得模糊评判 矩阵；最后把模糊评判矩阵与因素的权重集进行模糊运算并进行归一化，得到模 糊评价综合结果。 由于在客观事物中，一些问题往往不是绝对的肯定或绝对的否定，涉及到模 糊因素，而模糊综合评价法正好解决了判断的模糊性和不确定性问题。另外，模 糊综合评价法还具有数学模型简单，容易掌握，实现了定性和定量方法的有效集 合等优点。其不足之处是，因素权重的确定等评价过程过于依赖主观判断，归一 化算法还有待于探讨，且不能解决评价指标间相关造成的评价信息重复问题，实 用性不强i j 。 ( 4 ) 人工神经网络 人工神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k s ，简称a n n ) 是由大量的被叫做 神经元的节点构成的系统，又称为并行分布处理模型或连接机制模型，典型的人 工神经网络图如图2 2 所示。人工神经网络通过模仿人类大脑的结构和功能， 一， 武汉理工大学硕士学位论文 依靠调整网络系统内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到信息处理、数据 推算等目的。 图2 2 人工神经网络图 人工神经网络具有许多与人类智能相似的特点，因此它是一种典型的智能评 价方法。基于人工神经网络的综合评价方法通过神经网络的自学习、自适应能力 及强容错性，建立了更加接近人类思维模式的、定性与定量相结合的综合评价模 型，而且经过训练的神经网络能把专家的评价思想以连接权的方式赋予在网络 上，从而模拟专家来进行定量评价。 除了上述的自学习、自适应能力和强容错性等优点外，人工神经网络还能简 化系统模型，剔除一些不显著和不重要的因素，从而处理一些非线性、非局域性 的大型复杂系统。同时，由于网络模型的权值是通过实例学习得到的，基于人工 神经网络的综合评价还避免了人为计取权重和相关系数的主观影响和不确定性。 但是，利用神经网络进行系统评价也存在一些缺点，如需要大量的自学习样本、 精度低、应用范围有限等【1 2 ，1 3 1 。 ( 5 ) 数据包络分析法 数据包络分析法( d a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i s ，简称d e a ) 是运筹学、管理 科学与数理经济学交叉研究的一个新领域。它是根据多项投入指标和多项产出指 标，利用线性规划的方法，对具有可比性的同类型单位进行相对有效性评价的一 种数量分析方法。运用d e a 进行系统评价，首先要确定决策单元中“输入和 “输出”指标的数据值，然后通过这些数据值和评价系统的具体情况来选择合适 的d e a 模型，依照该模型进行分析计算，最终得出评价结果。 d e a 在处理评价问题时比常规的统计方法更具有优越性，主要表现在如下 几个方面： 1 ) 能同时计算多种输入和输出指标的数据，输入和输出的数据可以为不同 8 武汉理工大学硕士学盘论文 的计量单位，且不需要预先确定指标间的相互关系和赋予指标主观权重； 2 ) 在具体的投入一产出系统中，d e a 方法可以估计出确实有效的生产前沿 面，识别系统中相对有效和无效单元( 指标) ； 3 ) 不仅可以排序，还可提供d e a 无效单元的具体改进建议； 但d e a 方法的应用范围仅限于有多输入和多输出对象系统的相对有效性评 价，其最大缺陷是由于评价的指标权重是从最有利于决策目标的角度来赋予的， 导致这些权重会随着决策单元的不同而变化，从而使得得出的结果可能不符合客 观实耐1 4 l 引。 ( 6 ) 层次分析法 层次分析法( t h ea n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ，简称a h p ) 是一种较智能的 系统评价方法，它是美国著名运筹学家、匹兹堡大学教授t l s a t t y 在2 0 世纪7 0 年代所提出的。层次分析法是一种定性分析和定量分析相结合的评价决策方法， 它将评价者对复杂系统的评价思维过程数学化，从而为多目标、多准则或无结构 特性的复杂决策问题提供简便的决策方法，尤其适合于决策结果难于直接准确计 量的场合。 层次分析法的基本思路是评价者通过将复杂问题分解为若干层次和若干要 素，并在同一层次的各要素之间进行简单地比较、判断和计算，就可得出不同方 案之间的相对重要程度，从而为最优方案的选择提供决策依据【引。其具有思路清 晰、应用简单、实用性和灵活性较高、系统性强等优点。层次分析法在许多领域 都得到了广泛的应用，并且其理论研究还存在着广阔的天地。 2 2 2 评价方法的选择 系统评价的过程要依靠坚实的客观基础，最终评价结果在某种程度上又取决 于评价主体、评价指标及决策者多方面的主观感受，使用不同的评价方法进行评 价，其过程和结果都会有一定的差异性。因此，要保证评价结果的准确性，评价 方法的选择尤其重要。 目前，可用来进行系统评价的方法多种多样，各种方法的出发点不同，解决 问题的思路不同，适用对象不同，又各有其优缺点。因此，应根据具体评价问题 选择最适宜的评价方法。 冲压生产线作为整车制造中的关键设备群，与实际生产结合紧密，若要对其 进行评价，需要有丰富主观经验的判断和大量客观数据的支持。另外，冲压生产 线评价涉及到的影响因素也较多，包括冲压生产制造的质量、安全及经济效益等 确定影响因素和实际生产中的一些不确定影响因素。因此，对冲压生产线进行评 价，需要一种适合于处理含有多目标、多准则、多时期的复杂系统决策问题的方 9 武汉理工大学硕士学位论文 法，该方法能将定性与定量分析相结合，并且简单灵活、易用性强。 基于冲压生产线的特点及上述系统评价方法的优缺点，本文选择层次分析法 作为冲压生产线的评价方法。 2 3 层次分析法 2 3 1 层次分析法的基本原理 层次分析法是处理多目标、多准则、多因素、多层次的复杂问题，进行方案 综合评价、决策分析的一种简单、实用而十分有效的方法，是一种定性分析和定 量分析相结合的系统分析方法。 其基本原理概述为：首先将复杂的问题分解成目标、准则、方案等若干层次 的系统，在每一层次，按照一定准则对该层元素进行逐对比较，并按标度定量化， 形成判断矩阵。然后通过计算判断矩阵的最大特征值以及相对应的正交化特征向 量，得出该元素对该准则的权重。在此基础上，可以计算出各层次元素对于目标 准则的比重。也就是说层次分析法是在比原问题简单得多的层次上进行分析、比 较量化、单排序，最终再逐级综合( 总排序) ，最后得到所需问题的解【1 6 1 。 层次分析法简化了系统分析和计算，把一些定性的因素进行定量化，尤其可 用于对无结构特性的系统评价及多目标、多准则、多时期的系统评价。基于上述 特点，它已经成为了人们工作和生活中思考问题、解决问题的一种热门方法，在 许多领域都得到了广泛的应用。 2 3 2 层次分析法的步骤 按照层次分析法的基本原理，在运用层次分析法进行评价和决策时，主要可 以分为以下四个步骤： 步骤1 ：分析系统中各因素间的相互关系，建立该系统的递阶层次结构模型； 步骤2 ：对同一层次中各元素相对于上一层次中某一元素( 准则) 的重要性 进行两两比较，构造出两两比较的判断矩阵； 步骤3 ：由判断矩阵计算出被比较的元素相对于该准则的权重，然后进行层 次单排序及一致性检验； 步骤4 ：依照步骤3 ，沿递阶层次结构由上而下逐层计算，得出最底层因素 ( 如待选的项目、方案、措施等) 相对于最高层( 总目标) 的相对重要度权值， 进行层次总排序及一致性检验。 下面分别叙述这四个步骤的具体实现过程。 l o 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 建立递阶层次结构模型 应用层次分析法分析问题时，首先把待评价的系统层次化、条例化，构造出 一个递阶层次结构模型，其简单的示意图如图2 3 所示。该模型中的元素按照 其层次关系形成若干层次，上一层次的元素作为准则对下一层次的有关元素起支 配作用。这些层次一般可分为三类： 最高层( 目标层) ：又称为项层，该层只有一个元素，一般表示待分析问题 的预定目标或理想结果； 中间层( 准则层) ：包括为了实现目标所要涉及到的一些中间环节，它由若 干个层次所组成，每个层次中都可以有多个因素，包括需要考虑的准则、子准则； 最底层( 方案层) ：又称为措施层，该层中包括了为实现目标可供选择的各 种决策、方案、措施等【1 7 】。 目标层a 准则层b 方案层c 图2 3 递阶层次结构示意图 ( 2 ) 构造判断矩阵 判断矩阵是层次分析法的基本信息，它表示在层次结构模型中，相对于上一 层次的某一个因素而言，本层次有关因素之间相对重要度的比较。 一般情况下，直接确定有关因素的相对重要度是很困难的，因此层次分析法 提出用两两比较的方式建立判断矩阵。设与上层因素彳有关联的因素为a l ，以鳓( f ，= l ，刀) 表示f 与关于彳的影响之比值，于是得, 到a 2 a n 2a a j 判 断矩阵p 1 1 8 】，如公式2 2 ： p 髓：引 沪2 ) 为了便于操作，在层次分析法中习惯于使用l 9 及其倒数共1 7 个数作为标 武汉理工大学硕士学位论文 度的9 标度法来确定劬的值，9 标度法的含义如表2 1 所示： 表2 19 标度法的含义 标度含义 在上表中，各标度描述了两因素重要程度比值，1 9 的倒数分别表示相反的 情况，即两因素中后者相对于前者的重要程度【1 7 】。 ( 3 ) 层次单排序及一致性检验 所谓层次单排序，是指由判断矩阵计算出的、某层次中被比较的因素相对于 上一层次中作为准则的因素的相对重要度权值。 在进行层次单排序时，由判断矩阵计算权值的方法有许多种，其中应用最广 且计算较简便的当属特征根法。 特征根法的基本思路为：若判断矩阵p 为一致性矩阵，首先根据判断矩阵p 求出其最大特征根 一，然后再求出其最大特征根对应的特征向量职根据公 式( 2 3 ) ： p w = a 懈形 ( 2 3 ) 将特征向量形归一化后，其分量( ，) 就是因素口j 眈a n 对于它 们上层因素彳的相对重要度权值。 其中，最大特征根的计算可以利用线性代数中求矩阵特征根的方法求出所有 的特征根，然后找出所有特征根中最大的根来作为最大特征根a 一。 然而，当判断矩阵p 的阶数较高时，此方法就要求解p 的n 次方程且要把所 有的n 个特征根都找到，才能比较其大小，这就给计算带来了一定的困难。鉴于 判断矩阵的特殊性，可以采用方根法按照如下步骤进行计算【8 ，墙】： 1 ) 将矩阵按行求元素乘积的n 次方根： ( f ，_ ，= 1 ，2 ，1 ) ( 2 4 ) 肠 ， 扩 口 疗兀芦 = k 武汉理工大学硕士学位论文 2 ) 将向量v 归一化： 彬= 形杉 ( f ，：1 ，2 ，刀) ( 2 5 ) j = l = ( ，w e ，) t 即为所求的特征向量。 3 ) 计算判断矩阵的最大特征值： = 去喜等 ( 2 6 ) 矾，赐，的大小排序结果就是被比较因素所在层次单排序的结果。将结 构模型中被比较的因素与，相对应，即可对这些因素相对于上一层次 某因素的重要性作出比较。 除了上述特征根法及方根法可以进行层次的单排序和总排序计算外，还可以 采用和积法、最小二乘法等方法进行计算，在此不再赘述。 以下介绍判断矩阵的一致性检验： 利用两两比较形成判断矩阵时，由于客观事物的复杂性及人们对事物判别比 较时的模糊性，不可能给出精确的两个因素的比值，所得出判断矩阵的值也会有 一定的偏差。为了验证上述由判断矩阵的特征向量计算出的权重的合理性，需要 检验判断矩阵的一致性。s a t t y 在构造层次分析法时，也提出了检验矩阵一致性 的公式： c r ：丝 r 。i ( 2 7 ) 上式中，c r ( c o n s i s t e n c y r a t i o ) 为判断矩阵的一致性比率，c 1 ( c o n s i s t e n c y i n d e x ) 为判断矩阵的一致性指标，由下式计算： c i ：盘坚二竺 n 1 ( 2 8 ) 上式中，n 为判断矩阵的阶数， 一为判断矩阵的最大特征根。 在公式( 2 7 ) 中，r i ( r a n d o mi n d e x ) 为判断矩阵的随机一致性指标， 1 1 2 阶的判断矩阵的r ，值如表2 2 所示： 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 对判断矩阵一致性的检验也就是对判断矩阵的一致性比率c r 值的大小做 出判断，当c r 0 1 时， 认为判断矩阵不具有一致性，需要调整判断矩阵p 中的元素以使其具有满意的一 致性【7 ，1 酊。 ( 4 ) 层次总排序及一致性检验 层次总排序的概念是指某一层次中的所有因素相对于最高层( 总目标) 的重 要度权值。 依次沿递阶层次结构由上而下逐层对单排序权值进行合成计算，即可计算出 最底层( 方案层) 因素相对于最高层因素( 总目标) 的相对重要度的权值，依照 这些权值即可对评价方案的优劣进行排序。 假定已经计算出的第缸1 层上的侬1 个因素相对于总目标的重要度权值向量 为： w 七一1 = = ( w l ( k - o w 2 七一1 ，w 蚪t l ( k - 1 ) ) r ( 2 9 ) 第k 层上的墩个因素对于肛l 层上的y k - 1 个因素的重要度权值可用n k x