基于層次分析法的釬焊框架運轉方式綜合評價

□ 徐 晨禕 □ 周 炳海

同濟大學 機械工程與能源控制學院 上 海 2 00092

近幾十年，釬焊在現代技術的基礎上獲得了極大的發展和日益廣泛的應用。無論在釬焊方法上，還是在釬料及釬劑成份上都不斷有新的進展。它在航天、航空、汽車、化工、機械、電子和家電等行業中得到廣泛應用，是當今高技術中一項精密的連接技術。

隨著鋁釬焊產品結構的不斷發展和工藝的不斷優化，使用釬焊框架替代釬焊夾條和鋼絲捆扎工序已經成為發展的主流，與此同時，釬焊框架周轉的方式便成為生產過程中的棘手問題。釬焊框架的周轉流程如圖1所示。

▲圖1 釬焊框架周轉流程

釬焊框架由于價格昂貴，因此周轉方式的選擇將影響到企業的效率、成本及質量。為了突破這一瓶頸，采用了層次分析法分析企業釬焊框架周轉選擇的影響因素，科學指導企業選取最佳運送方式，提高生產附件周轉效率與成本控制，縮短周轉線路，節約周轉時間。

本文結合某鋁釬焊產品企業的釬焊框架周轉方案設計，在綜合考慮其運行的操作性、費用、在制品數、操作工人數、釬焊夾具數量、充電時間等定性與定量指標基礎上，運用AHP法對手動液壓車搬運、電動液壓車搬運、滾筒輸送線+小貨車運送等3種方案進行選優，以確保釬焊框架高效、有序、經濟地運行。

1 層次分析法的基本原理

層次分析法 （AHP）是T L Saaty等人在20世紀70年代提出，是一種定性與定量相結合的多目標決策分析方法，它將定性與定量指標統一于一個模型中，既能定量分析，又能進行定性的功能評價，對一些較為復雜、模糊的問題能有效地作出決策，特別適用于難以完全定量分析的問題。

AHP法根據問題的性質及所要達到的目標將其分解為不同的組成因素，并按因素間的相互關聯與隸屬關系將其按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結構模型，最終將系統歸結為方案層相對于決策目標的相對重要性權值的確定或相對優劣次序的排序問題。

AHP法通常包括層次結構模型的構建、各層次判斷矩陣的構造、層次單排序及一致性檢驗、層次總排序及一致性檢驗4個步驟。

2 應用分析

運用AHP層次分析模型對問題進行定量分析，確定比較判斷矩陣是整個工作中耗費最大、同時也是最為重要的一步，比較判斷矩陣中各個影響因素的判斷尺度準確性，直接決定了研究結果是否具有現實意義。

2.1 層次結構模型的構建

釬焊框架是用于釬焊過程中固定鋁芯體的夾具，其外形結構如圖2所示。根據釬焊框架結構特點和場地周轉工具不同，列出3種備選方案：（1）手動液壓車搬運（圖 3）；（2） 電動液壓車搬運（圖 4）；（3） 滾筒輸送線+小貨車運送（圖5）。

從方案的操作性、費用、在制品數、操作工人數、釬焊夾具數量、充電時間等6個方面考慮，并將這6個指標作為方案優劣評判的依據，構建如圖6所示的方案評價層次結構模型，各方案的評價指標參數見表1。

表1 判斷準則表

2.2 各層次判斷矩陣的構造

為了比較釬焊框架運轉各方案，通過數據收集，得出釬焊框架運轉方案信息表，見表2。

表2 釬焊框架運轉方案信息表

經過專家評估、科學論證、嚴謹計算以及反復修正，綜合確定各個因素的相對重要性，第二層（準則）對第一層（目標）得出如下比較判斷矩陣：

2.3 層次單排序及其一致性檢驗

利用Matlab編程求解，可得：

A的最大特征值：λmax=6.596

相應的特征向量為：

列向量歸一化為：

隨機一致性指標RI=1.24（查表）

因為一致性比率CR=0.119 24/1.24=0.096 2＜0.1，所以通過一致性檢驗。

由此可見，判斷矩陣A具有滿意的一致性，因此可 以 認 為 特 征 向 量 ：a′=（0.164，0.315，0.175，0.159，0.120，0.068）T為6個相關影響因素對總目標A的權重。

▲圖2 釬焊框架結構

▲圖4 電動液壓車搬運

▲圖3 手動液壓車搬運

▲圖5滾筒輸送線+小貨車運送

▲圖6 釬焊夾具運轉方式層次結構分析模型

同樣，求第3層（方案）對第2層每一元素（準則）的權向量：

方案層對操作性的成對比較陣：

ω1＝（0.237，0.064，0.699）T

方案層對費用的成對比較陣：

ω2＝（0.231，0.709，0.060）T

方案層對在制品數的成對比較陣：

ω3＝（0.199，0.068，0.733）T

方案層對操作工人數的成對比較陣：

ω4＝（0.218，0.091，0.691）T

方案層對釬焊夾具數量的成對比較陣：

ω5＝（0.218，0.091，0.691）T

方案層對充電時間的成對比較陣：

ω6＝（0.072，0.814，0.114）T

2.4 層次總排序及其一致性檢驗

由最高層至最底層，逐層計算各層次中諸因素關于總目標的相對重要性權重值。設準則層C中的m個因子對于目標層O的單排序為a1，a2，...，am， 方案層 P中n個因素相對準則層 Cj的層次單排序為b1j，b2j，...，bnj，則方案層各因子的層次總排序權值為（i=1，2，...，n）

根據成對比較矩陣B1，…，B6，求得層次總排序的權向量并進行一致性檢驗，結果見表3。

表3 層次總排序的權向量表

層次總排序也需由高層至低層逐層進行一致性檢驗，檢驗方法與層次單排序一致性檢驗相同。其中RI=0.58 （n=3）,CRk＜0.1 ，均可通過一致性檢驗。

在通過層次總排序一致性檢驗后，方案層的總排序結果即為備選方案優劣次序。得到B1、B2、B3對總目標的權值，見表4。

表4 B1、B2、B3 對總目標的權值表

決策層對總目標的權向量為（0.212，0.326，0.462）T

又 CR=0.037＜0.1

因此，層次總排序通過一致性檢驗。

3 結束語

釬焊框架運轉方案的選擇受諸多因素的綜合影響，是一個多因素決策問題，將層次分析法（AHP）應用于釬焊框架運轉方案的優選，能將方案選擇中的定性問題定量化，對復雜、模糊的問題作出有效決策，是一種簡單、靈活、實用的分析方法與決策手段，增強了方案決策過程中的客觀性、全面性與科學性。

應用AHP法，在綜合考慮釬焊框架運轉模式的操作性、費用、在制品數、操作工人數、釬焊夾具數量與充電時間6大指標基礎上，對此企業3種典型可選釬焊框架運轉方案進行了多目標決策與分析，并根據給定評價標準得出此優選方案。

根據3個方案的權值可以看到，方案3權值＞方案2＞方案1，即方案3最好。本文可供鋁釬焊產品企業設計釬焊框架運轉方式提供理論和應用方面的借鑒。

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