基于Ｆｌｅｘｓｉｍ的ＡＨＰ法改善及在設施布置評價體系中的應用

鄭鈞宜　何智春

摘要：分析Flexsim仿真和AHP法在設施布置評價系統中各自的優勢和不足，提出將Flexsim仿真數據作為AHP法中構造判斷矩陣的依據，從而減少AHP法在方案評價中的主觀性太強的弱點，以便形成更加合理、完善、科學的評價方法。

關鍵詞：Flexsim；AHP；判斷矩陣

中圖分類號：F224文獻標識碼：B

Abstract: Analyze the advantage and disadvantage of both Flexsim simulation and AHP in evaluation system of facilities layout, proposing the simulation data as the evidence of the judgment matrix in AHP, overcoming the subjectivity of AHP in evaluation planning, to make it more reasonable, more perfect and more scientific.

Key words: Flexsim; AHP; judgment matrix

制造設施中的20%~50%的總運營成本是物料搬運成本，一般認為有效的設施規劃可以將這些成本降低到10%~30%[1]。因此，選擇一個最優的設施布置方案就顯得相當重要。層次分析法（AHP）是一種多準則、多目標的復雜問題決策分析方法，適用于設施布置方案的評價和選擇。AHP法主要依靠專家打分作為一個方案的評價的依據，雖然會受到個人的偏好、興趣以及主觀判斷的影響，但AHP法簡單、實用，仍被視為多目標決策的有效方法[2]。另外，Flexsim系統仿真軟件可以對設施布置方案進行建模分析，獲得大量的仿真統計數據。如果以仿真數據代替專家打分作為AHP法的依據，則必然會減少AHP法主觀判斷的不足，使其在設施布置方案評價過程中更加合理和完善。

1AHP法的一般步驟

AHP是一種系統性的推斷方法，既能進行定量分析，也可定性分析。AHP通過分析設施布置中的諸多因素進行多目標決策。同時，彌補方案決策過程中大量定性因素無法定量表示的缺點[3]。AHP法的主要步驟如下：

（1）建立設施規劃問題的層次結構

層次結構主要分為三層：目標層、準則層、方案層。目標層是指方案最終所要實現的目標，如：在眾多方案中選擇最優化的方案。準則層是指為實現目標的最優化，必須考慮的諸多因素。方案層就是目前所有的需要評價的方案。

（2）構造兩兩比較判斷矩陣

根據層次結構，分別構造準則層對目標層的比較判斷矩陣以及方案層對準則層的比較判斷矩陣。通過比較各因素兩兩之間的重要性，采用表1所示的1～9比例標度方法對判斷矩陣進行賦值，所得矩陣為互反矩陣。

2基于Flexsim的AHP法改善

2.1Flexsim仿真軟件

Flexsim是一種基于面向對象的離散事件系統仿真軟件。能快速、低廉、出色建立系統設施布置模型，如新建或改建工廠、車間或物流中心時，先模擬現實的廠房、機械設備、物流設施和操作人員等，在電腦上構筑虛擬設施布置以此取代現實的機械設備和工人。因此，在面對設施布置的多方案選擇時，可以利用仿真軟件對方案進行模擬，為決策者提供直觀的信息。

其具有強大的仿真數據收集功能，生成各仿真實體或系統的仿真報告，如：狀態報告（state-report）、標準報告（standard-report）。而且，這些仿真報告可以在Flexsim中運用餅圖、直方圖等方式直觀的顯示[5]。同時，可以對不同實體的相同變量（如：在制品平均數state-contentavg、設備利用率、等待時間、運行時間等）進行縱向比較。

在多方案評價中，以直觀的仿真統計數據為依據，僅僅考慮單因素或少數幾個定量指標時，用Flexsim仿真統計數據作為評判標準是相當快捷有效的。

2.2Flexsim與AHP比較

雖然以Flexsim仿真數據為基礎的評價方法在單目標決策中是十分有效的。但是，如果考慮的因素眾多，面對紛繁復雜的數據，尤其還要兼顧一些定性因素時，這種方法就顯得無能為力。

AHP法是涉及定性和定量因素的多目標決策的系統方法，可以對各方案進行多目標的綜合評價。但是其主觀性太強，從層次結構建立，判斷矩陣的構造，均依賴決策人的主觀判斷、選擇、偏好[6]。當決策者的判斷因受個人偏好影響對客觀規律歪曲時，AHP的結果顯然靠不住。

通過上述分析，對Flexsim和AHP在設施評價中的優勢與不足進行比較見表3。

2.3以Flexsim數據為基礎的AHP法改善

Flexsim與AHP法在設施布置評價中，兩者的優勢和不足是互補的。如果在AHP法中，充分利用Flexsim仿真數據作為依據構造判斷矩陣，盡可能的減少AHP法主觀判斷的不足。而AHP法多的目標決策，注重定性因素分析，又彌補了Flexsim作為評價體系的缺陷。因此，有必要結合這兩種評價方法的優勢，形成一種科學合理的評價體系。

兩者相結合的核心是以Flexsim仿真數據作為AHP法構造判斷矩陣的依據，以仿真數據代替專家判斷。具體實施有以下兩種改善的方法：

（1）直接將仿真數據做比較形成較判斷矩陣。

（2）仍然按照AHP法1～9比例標度，仿真數據只是作為比較權重的依據。

3在設施布置評價中的應用

一般的設施布置方案評價要考慮的因素很多，既有定性因素，又有定量因素。因此，這種改善后的AHP法比較適合在設施布置方案的選擇和評價過程中應用。設施布置方案考慮的重要因素[7]有：

（1）布置特征：行走總距離；制造區域可視性；布置的總體美學；易于未來擴展。

（2）物料搬運需求：采用新的物料搬運設備；對新設備的投資需求；空間和人員需求。

（3）集裝單元應用：對在制品水平的影響；空間需求；對物料搬運設備的影響。

（4）存儲策略：空間人員需求；對物料搬運設備的影響；人因工程方面的風險。

（5）總體建筑物的影響：不同方案的估算成本；新業務機會。

3.1問題描述

某制造單元內有五臺機器，有如下3種仿真布置方案A1A2A3見圖1。物料搬運采用AGV自動導引小車，產品產量、工藝路線見表4。要求在這3種方案中選擇最優方案。

3.2Flexsim仿真及數據收集

圖1為三種布局方案在Flexsim中的仿真模型。每臺機器設置一個網絡節點（NetworkNode），節點之間以樣條線相連作為搬運工具的軌道。

該實例為三種產品混合式生產線，由于三種產品的工藝路線不同，在發生器（Resource）中設置三種不同的類型（ItemType），分別為1、2、3。三種產品以時間表的方式到達，時間表設置為圖2。

按照工藝路線設置各仿真模型的仿真邏輯，得出狀態報告如圖3。

圖3主要反應的是搬運工具空閑、等待、運輸等的時間以及占總時間的百分比。根據狀態圖獲得搬運工具運行的總時間。

Flexsim中的Watch List Parameter可以對不同的實體的同一變量進行統計，圖4就是對各個實體中平均實體數，也就是在制品數（state-contentavg）所做的統計[8]。

三種方案關于物流強度、搬運時間、在制品平均數的仿真數據見表5。

3.3改善后的AHP法的應用

本實例除考慮上述仿真獲得的物流強度等三個定量指標外，還涉及物流順暢以及總體美學這兩個定性指標。AHP分析的過程如下：

（1）建立層次結構如圖5

（2）目標層比較判斷矩陣及一致性檢驗

根據決策者經驗判斷和評估各個因素在設施布置中的重要性，建立準則層的比較判斷矩陣如下：

分別計算出各個矩陣的特征值和特征向量，進行歸一化處理，并對一致性進行檢驗，通過一致性檢驗，結果見表6。

4總結

本文利用Flexsim的仿真數據作為AHP法比較矩陣形成依據，盡可能的減少AHP法主觀判斷的不足。但在多因素分析時，對定性的因素以及準則層對目標層判斷矩陣，只能依據決策者的經驗與直覺來判斷。

參考文獻：

[1] 朱耀祥，朱立強. 設施規劃與物流[M]. 北京：機械工業出版社，2004.

[2] 翟鈺，孫小明. 基于計算機仿真的制造系統設施規劃評價方法[J]. 計算機應用，2006(16):279-281.

[3] 龍泉. AHP-模糊綜合評價法在績效評估中的應用研究[J]. 冶金經濟與管理，2007(2):47-50.

[4] 高宏，應援明. 基于AHP原理的主觀預測方法[J]. 管理科學學報，1996(4):104-107.

[5] Flexsim User Guide. Version3.0[Z]. Flexsim Software Products, 2006:1-400.

[6] 吳殿廷，李東方. 從北京師范大學績效考核看層次分析法的不足及其改進的途徑[J]. 系統工程理論與實踐，2005(1):101-105.

[7] James A. Tompkins, John A. White, Yavuz A. Bozer, et al. 設施規劃[M]. 伊俊敏,等譯. 北京：機械工業出版社，2008.

[8] 張曉萍，劉玉坤. 系統仿真軟件Flexsim3.0實用教程[M]. 北京：清華大學出版社，2006.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文