模块二制造系统总体决策框架模型及分析方法

1目录制造系统总的决策目标制造系统总的决策分析方法12模块二：制造系统总体决策框架模型及分析方法评价与分析方法概述32功能视图过程视图资源视图组织视图信息视图回顾：制造系统的体系结构34一、制造系统总体决策目标TCQEF制造系统的五角形制造决策目标框架51、成本C系统设施和设备成本材料成本劳动力成本能源成本维护和培训成本其他杂项成本制造企业成本的主要构成62、时间T制造系统对外界变化的响应时间制造系统的生产率理论生产率与实际生产率工艺、夹具操作技术熟练程度系统可靠性73、柔性F机器柔性工艺柔性产品柔性维护柔性生产能力柔性扩展柔性运行柔性机器加工不同零件的难易程度工艺流程不变自身适应产品或原材料变化的能力；产品或原材料变化时改变相应工艺的难易程度。系统生产出新产品的能力；对老产品的继承和兼容能力多种方式查询和处理故障的能力产量变化时系统能够经济运行的能力系统容易扩展结构、增加模块系统适应外部环境变化的能力；适应内部变化的能力84、质量Q产品设计质量产品制造质量生产工艺满足产品设计参数（技术特征、性能、技术要求等）的程度。产品结构和外形的几何特征；产品所用材料表现出来的物理和化学性能；产品被市场接受的能力。9105、环境性E生态环境影响资源综合利用职业健康安全性制造过程产生的废气、废液、废物；产品寿命结束后的处置原材料、能源、土地和水资源等的优化利用制造系统在运行过程中对劳动者职业健康造成的损害因故障等原因产生的危害和不安全性全球关注的三大问题：资源、环境、人口1112TCQEF制造系统的五角形制造决策目标框架多目标决策问题。目标之间存在效益背反！！13一般的数学方法难以解决大系统、多要素、关系交错的复杂系统的决策问题。14常用决策方法因果推断概率推断系统分析模糊分析法层次分析法灰色关联分析、、、、15二、制造系统总体决策分析方法1、层次分析法(AHP)层次分析法是美国著名运筹学家、匹兹堡大学ThomasSaaty于20世纪70年代初提出，其实质是将决策主体对复杂系统的评价思维过程层次化和数量化。选择重要度最大的方案作为最优方案。16层次分析法是一种定性与定量相结合的多目标决策分析方法，为分析相互关联,相互制约的复杂问题提供了一种简单实用的分析方法.通过分析复杂系统的有关要素及其相互关系，简化为有序的递阶层次结构，使这些要素归并为不同的层次，形成一个多层次的分析结构模型.最终把系统分析归结为最低层(供决策的方案,措施等)相对于最高层(总目标)的相对重要性权值的确定问题.AHP的思想17（1)AHP基本原理假设有n个物体A1，A2，…，An，它们的重量分别记为W1，W2，…，Wn。现将每个物体的重量两两进行比较如下：18若以矩阵来表示各物体的这种相互重量关系，A＝A称为判断矩阵。若取重量向量W＝[W1，W2，…，Wn]T，则有：AW＝n•Wn是A的一个特征值，W是判断矩阵A的特征向量，即每个物体的重量是A对应于特征根n的特征向量的各个分量。根据线性代数知识可以证明，n是矩阵A的唯一非零的，也是最大的特征值。nn2n1nn22212n12111W/WW/WW/WW/WW/WW/WW/WW/WW/W19•上述事实告诉我们，如果有一组物体，需要知道它们的重量，而又没有称重工具，那么就可以通过两两比较它们的相互重量，得出每一对物体重量比的判断，从而构成判断矩阵；然后通过求解判断矩阵的最大特征值λmax和它所对应的特征向量，就可以得出这一组物体的相对重量。对我们的启示——在复杂的决策问题研究中，对于一些无法度量的因素，只要引入合理的度量标度，通过构造判断矩阵，就可以用这种方法来度量各因素之间的相对重要性，从而为有关决策提供依据。这一思想，实际上就是AHP决策分析方法的基本思想，AHP决策分析方法的基本原理也由此而来。20通过决策问题构筑层次结构模型建立判断矩阵层次单排序一致性检验层次总排序一致性检验通过决策结果是是否否（2）AHP的决策步骤21例题：某企业拟引进一条新的生产线，有三种类型可以选择。要对此问题做出决策，可根据制造系统决策框架模型，确定引进生产线要考虑的主要因素，即决策目标因素。从系统的角度引进生产线应考虑成本（价格）、质量、生产率、柔性和环境影响性，即制造系统的五大决策目标均应考虑，请用层次分析法来进行决策。第一步：构建层次分析模型Hs：引进生产线A1：价格CA2：质量QA3：生产率（时间）TA4：柔性FA5：环境影响EB1：生产线1B2：生产线2B3：生产线3决策层准则层方案层22简化生产线层次分析模型Hs：引进生产线A1：价格CA2：质量QA3：生产率（时间）TB1：生产线1B2：生产线2B3：生产线3决策层准则层方案层柔性和环境影响可通过定性分析来加以比较。23第二步：建立判断矩阵参与层次分析的人员应是对研究对象富有经验并有判断能力的专家，他们应能对每一层次中各要素的相对重要性做出判断。构造判断矩阵是层次分析法的关键。1）判断尺度的确定24标度含义135792468倒数表示两个因素相比,具有同样的重要性表示两个因素相比,一个因素比另一个因素稍重要表示两个因素相比,一个因素比另一个因素重要表示两个因素相比,一个因素比另一个因素重要的多表示两个因素相比,一个因素比另一个因素极为重要上述两判断的中间值(1和3;3和5)上述两判断的中间值(5和7;7和9)相应两因素交换次序比较的重要性252）构造判断矩阵HsA1A2AjAn......A1A2...Ai...Ana11a12a1ja1n......a11a22a2ja2n......ai1ai2aijain......an1an2anjann..........................................Hs为上一层的某要素，A1～An为本层次的诸要素，aij为对于Hs而言，Ai与Aj的相对重要性。26Ｃu1u2…unu1a11a12…a1nu2a21a22…a2n……………unan1an2…ann判断矩阵()ijnnAaaij是元素ui与uj相对于C的重要性的比例标度判断矩阵具有下述性质：101ijjiiiijaaaaikijjkaaa27HsA1A2A3A1A2A311/333151/31/51本例题的判断矩阵为：第三步：层次单排序根据判断矩阵，通过计算相对重要度对本层次的各要素相对于上一层的某要素进行重要度排序。例128特征向量w（权重系数）的计算方法：和法根法幂法将A按列归一化后，再按行求和。将A按行求几何平均。迭代法。最大特征根的简易计算方法：29和法步骤：1））对A按列规范njiaaaniijijij,,2,11，30njijiaw1niiii））各行相加得和3））再规范化，得权重系数：31njiawnjiji,,2,11，niiii方根法的步骤是：1））按行元素求积，再求1/n次幂，得2））规范化，即得权重系数3211/330.2580.788()3150.6371.9411/31/510.1060.319iAW3111313W323152.47W331110.4135W(1)110.25812.470.41W22.470.63712.470.41W30.410.10612.470.41W(2)进行归一化处理：则各方案对Hs的相对重要度为（0.258,0.637,0.106）。(3)计算最大特征根λmaxmax11()()0.7881.9410.3193.03730.25830.63730.106nniiiiiiAWAWnWnW以例1为例，用根法计算相对重要度的过程为：33判断矩阵的特征向量W经过归一化后即为各因素关于目标的相对重要性的排序权值。利用判断矩阵的最大特征值，可求CI和CR值（CI,CR是和一致性检验相关的数），当CR0.1时，认为层次单排序的结果有满意的一致性；否则，需要调整判断矩阵各元素的取值。第四步：一致性检验根据判断矩阵，通过计算相对重要度对本层次的各要素相对于上一层的某要素进行重要度排序。34jkijikaaa一致性检验完全一致时，应该存在如下关系：1maxnnCInmax0CInmax0CI定义一致性指标：当完全一致时有：当不一致时：n越大，一致性越差，引入修正值：CR35n34567891011RI0.580.91.121.241.321.411.451.491.511.0RICICR只要满足就认为所得比较矩阵的判断可以接受。平均随机一致性指标RI是多次（500次以上）重复进行随机判断矩阵特征值的计算之后，取算术平均数得到的。例1为：36第五步：层次总排序计算某一层次各因素相对上一层次所有因素的相对重要性的排序权值称为层次总排序。层次总排序过程是从最高层到最低层逐层进行的，而最高层是总目标，所以，层次总排序也是计算某一层次各因素相对最高层(总目标)的相对重要性的排序权值。37层次总排序计算过程如下：设A层有m个要素A1，A2，…，Ai，…，Am，它们关于上一层的综合重要度分别为a1，a2，…，ai，…，am。A级的下层B有n个要素B1，B2，…，Bj，…，Bn，它们关于Ai的相对重要度分别为b1i，b2i，…，bji，…，bni，则B层的要素Bj的综合重要度为：即某一层的综合重要度是以上一层要素的综合重要度为权重的相对重要度的加权和。38miiibab111miiibab122miininbab1bijAiBiA1A2……Ambia1a2……amB1B2...Bnb11b12……b1mb21b22……b2m.........bn1bn2……bnm..层次总排序的计算方法要计算某一层的综合重要度，必须先知道其上一层的综合重要度。因而综合重要度总是由上至下进行计算，第二层的综合重要度就是它的相对重要度，而第三层的综合重要度根据第二层的综合重要度计算，以此类推。39顾客购买汽车价格（万元）油耗（升/公里）舒适度引擎奔驰2819豪华、自动档、多媒体6缸本田2110普通、自动档、多媒体4缸桑坦纳1313标准、手动、音响4缸案例40选择最满意的汽车价格油耗舒适度动力奔驰本田桑坦纳选择汽车价格油耗舒适度动力价格1322油耗1/311/41/5舒适度1/2411/2动力1/252141各型号汽车对于动力指标的权重(和法)动力奔驰本田桑坦纳奔驰128本田1/216桑坦纳1/81/611281/2161/81/61A1281/2161/81/61按列归一化8/1312/198/154/136/192/51/131/191/15各行相加171/9112/8510/51相加后的向量除以n0.5930.3410.06542各型号汽车对于动力指标的权重（根法）动力奔驰本田桑坦纳奔驰128本田1/216桑坦纳1/81/611281/2161/81/61A1281/2161/81/61按行相乘求1/n方'2.5201.4420.237i归一处理0.5930.3410.06543价格奔驰本田桑坦纳奔驰11/31/5本田311/2桑坦纳52111/31/5311/2521A0.1090.3090.582max3.004..0.018CI..0.003CR..0.0030.1CR4411/61/461341/31A0.0850.6440.271max3.054..0.027CI..0.046CR..0.0460.1CR油耗奔驰本田桑坦纳奔驰11/