模糊層次分析法在原料藥設備重要度評價的應用研究

金 愷

模糊層次分析法在原料藥設備重要度評價的應用研究

金 愷

（上海交通大學機械與動力工程學院，上海200030）

針對原料藥設備的特點，提出了基于模糊層次分析法的重要度評價數學模型及分析步驟。通過實例應用表明，模糊層次分析法克服了傳統判定法主觀性強且側重點單一的缺陷，能更客觀地確定設備的重要度級別，對后續維修策略的選擇具有指導意義。

模糊層次分析法；原料藥設備；重要度評價；維修決策

0 引言

設備管理與維修是原料藥企業的一項重要工作。優良的設備管理與維修體系的運作，不僅有益于設備的正常運行，以保證藥品生產的連續性，還可以通過有計劃、周期性、針對性的維修活動來降低維修成本，延長設備和壽命，從而提高企業的經濟效益。

設備重要度評價作為設備管理與維修的一項重要內容，考察的是設備在其系統中的重要程度，是決策者對設備進行分類管理，并根據分類結果分別確定其維修策略的科學依據之一。在實際應用中，設備重要度評價方法有很多，如經驗判定法、ABC分類法、模糊層次分析法[1-2]、TOPSIS法[3]、蒙特卡洛模擬[4-5]、BP神經網絡[6]等，這些方法的比較如表1所示。

表1 重要度評價方法比較

經驗判定法是設備管理人員通常采用的方法。在原料藥企業中，設備管理人員一般根據與GMP的相關度對設備進行分類，列出主要關鍵設備、重要設備及一般設備清單，然后經設備、生產分管領導復核，報質量分管領導審批，通過審批的清單最終以SOP管理標準文件的形式加以管控、放行實施。實踐證明，這樣的分類方法雖然簡單方便，但存在明顯缺陷，即主觀性太強且側重點單一，缺乏可靠的量化數據，評價結果容易造成偏差，從而影響維修策略的選擇。為了使評價結果更合理化、定量化、科學化，下面利用模糊層次分析法（Fuzzy Analytic Hierarchy Process，FAHP）來確定原料藥設備的重要度級別。

1 基于模糊層次分析法的原料藥設備重要度評價

模糊層析分析法又稱不確定性層次分析法，是模糊理論的產物，該方法將層次分析法和模糊綜合評判結合起來，能夠在模糊的環境下對影響因素進行客觀量化分析，現已廣泛應用于制造、建筑、安全、環保、金融、教育等行業。

基于該方法的原料藥設備重要度評價的大體步驟如下：

1.1 原則

模糊層次分析法的原則有：

（1）原料藥設備重要度評價具體到每臺設備而不是每條生產線。

（2）評價因素應符合原料藥設備特點，各評價因素相對獨立。

1.2 建立因素集

設原料藥設備重要度評價因素集：

式中u1——關鍵影響因素；

u2——設備因素。

關鍵影響因素包括故障對GMP的影響、故障對EHS的影響、故障對利用率的影響及故障對生產的影響；設備因素包括故障頻率、可維修性、可檢測性及維修費用。

1.3 建立評價集

設原料藥設備重要度評價集：

Vi={v1，v2，v3}

式中v1——主要關鍵設備；

v2——重要設備；

v3——一般設備。

1.4 確定權重集

利用層次分析法確定各層影響因素的權重分配。

首先，建立層次結構模型（圖1）。圖1模型中，GMP是藥品生產質量管理規范的英文縮寫，EHS是環境、健康、安全的英文縮寫。

圖1 原料藥設備重要度評價層次結構模型

其次，設原料藥設備重要度評價權重集：

式中，w1，w2，…，w8表示C層各因素相對目標A的權重，且滿足

然后，構造成對比較判斷矩陣，根據比例標度“1～9”（表2），由方根法求出權重值，并需通過一致性檢驗（n為矩陣階數），RI的取值根據平均隨機一致性指標（表3）查找。

表2 “1～9”標度

表3 平均隨機一致性指標

2 構造模糊一致判斷矩陣

模糊一致判斷矩陣公式：

式中，rij表示第i個因素對應評價集中第j個等級的隸屬度。

3 模糊綜合重要度評價模型

模糊綜合重要度評價模型公式：

式中Si——模糊綜合重要度評價向量；

Wi——權重向量；

Ri——模糊一致判斷矩陣。最終的評價結果則通過最大隸屬度原則確定，即把最大的Si相對應的評價vi作為評價結果。本文中重要度S1對應主要關鍵設備，重要度S2對應重要

設備，重要度S3對應一般設備。

4 實例應用

本文以發酵罐為例，發酵罐屬于原料藥企業的生物制藥設備，用于母液發酵，其設備使用狀況影響后提取的質量和收率。下面利用模糊層次分析法對其進行設備重要度評價。

首先應用層次分析法確定圖1中B層各因素相對目標A的權重。現組織工程、質量、生產部門共10位專家成立評估小組根據表2對B層各因素進行判定，其判定結果如表4所示。

表4 B層各因素相對目標A的權重

同理可得，C層各因素相對B層的權重，如表5、表6所示。

計算得出C層各因素相對目標A的權重，如表7所示。

針對C層各因素，評估小組成員對其逐一進行重要度隸屬度投票，投票結果如表8所示，并構造模糊一致判斷矩陣：

表5 C1～C4相對B1的權重

表6 C5～C8相對B2的權重

表7 C層各因素相對目標A的權重

表8 C層各因素的投票隸屬結果

由此，得到模糊綜合重要度評價：

因為0.739＞0.248＞0.013，所以由最大隸屬度原則可得出，發酵罐屬于該企業的主要關鍵設備。

5 結語

本文針對原料藥設備的特點，提出了基于模糊層次分析法的重要度評價數學模型及分析步驟。通過實例應用表明，與傳統判定法相比，該方法克服了傳統判定法主觀性強且側重點單一的缺陷，能更客觀地確定設備的重要度級別，對后續維修策略的選擇具有指導意義。但是，模糊層次分析法有其局限性，該方法不適用于數據計算量大需及時處理的情況。

［1］韓旭，郭偉，李猛.基于模糊理論的設備分類決策的研究［J］.管理技術，2005（11）

［2］張艷麗，趙建平.設備重要度的模糊綜合評判［J］.南京化工大學學報，1999，21（6）

［3］劉佳，王敏，顧煜炯，等.基于T O P S I S重要度分析的風電場設備維修方式邏輯決策［J］.可再生能源，2012，30（12）

［4］王寶，劉青，王彬.基于重要度的電弧爐煉鋼系統維修決策［J］.中南大學學報：自然科學版，2013，44（1）

［5］丁文飛，黃子俊，崔曉夢.基于M onte C ar lo仿真的復雜裝備維修決策［J］.空軍雷達預警學院學報，2010，24（2）

［6］郭麗杰.基于風險的石化動設備智能維修決策研究［碩士學位論文］［D］.北京：北京化工大學，2009

2014-10-10

金愷（1985—），男，江蘇無錫人，助理工程師，研究方向：工業工程、化工機械。