礦車后橫梁制造過程綠色工藝方案決策

韓自強，劉大慧，馬靈秀，段鵬輝，黃小琦

(湖南電氣職業技術學院 電梯工程學院，湖南 湘潭 411101)

1 引言

礦用自卸車是目前大型露天礦山的主要運輸工具，具有承載能力強、可靠性高、經濟性好、操作輕便靈活等優點。后橫梁是礦用自卸車的主要的承載件，它把車架和后橋殼連接起來，既可以承受載荷又可以起到減少震動沖擊的作用，后橫梁質量的好壞在很大程度上影響著自卸車的使用壽命。目前，后橫梁的制造過程有幾種工藝方案，工藝方案不同對加工過程的資源消耗和環境影響也不同[1]，所以有必要對后橫梁的工藝方案進行決策。面向綠色制造的綠色工藝方案決策是綠色工藝規劃的重要內容，也是綠色制造亟需解決的關鍵技術之一，所以對綠色工藝方案決策進行研究具有重要的實際意義[2]。

近年來，許多學者對綠色工藝方案決策問題進行了研究。文笑雨等[3]建立了綠色多目標柔性工藝方案決策模型，并利用實例驗證了模型的有效性。韓自強等[4]提出了基于區間層次分析法的機械加工綠色工藝方案決策方法，并驗證了該決策方法的可行性。岳文輝等[5]建立了綠色工藝方案決策的數學模型，并利用模糊加權系數法對模型進行求解。單武斌等[6]提出了基于熵權TOPSIS法的機械加工綠色工藝方案決策方法，并驗證了該決策方法的實用性。以上文獻對解決綠色工藝方案決策問題有積極的借鑒作用，本文采用層次分析法確定指標的權重，并將層次分析法與灰色關聯分析法結合，建立了基于AHP_灰色關聯法的綠色工藝方案決策模型，最后以后橫梁的3種機械加工工藝方案為例，驗證了該模型的可行性和實用性。

2 基于AHP_灰色關聯法的綠色工藝方案決策原理

對于綠色工藝方案決策而言，各評價指標之間不是相互獨立的，而是有一定的關聯性，可以利用灰色關聯度作測度去評價各方案與理想方案的關聯程度，從而得到各方案的優劣次序[7]。

2.1 利用層次分析法確定指標的權重

層次分析法(AHP)是一種求權重的方法，具有靈活、簡潔、系統性強和所需定量數據信息較少等優點，因此應用非常廣泛[8]。本文采用層次分析法確定指標權重，介紹層次分析法求解權重的文獻比較多，這里不再贅述。

2.2 建立基于AHP_灰色關聯法的綠色工藝方案決策模型

利用灰色關聯分析法進行決策的步驟是[9]：

(1)收集評價數據形成比較數列構成矩陣如下，下式中m表示方案的個數，n表示決策指標的個數。

(1)

(2)確定參考數列，參考數列是一個理想的比較數列，通常由每個指標所有方案的最優值構成，即效益型指標選取最大值，成本型指標選取最小值。

(2)

(3)比較數列和參考數列一起構成了具有m+1個數列的矩陣如下[10]：

(3)

(4)無量綱化處理，由于式(3)中的數列具有不同的量綱或數量級，為了保證分析結果的可靠性,需要對該數列進行無量綱化處理。通常采用均值化法式(4)進行無量綱化，無量綱化后的數據序列形成如下矩陣：

(4)

式(4)中：Xi=(xi(1),xi(2),…,xi(n))T，其中i=0,1,…,m。

(5)

(5)計算比較數列與參考數列對應元素的絕對差值，即：

|x0(j)-xi(j)|,(j=1,2,…,n;i=1,2,…,m)

(6)

(6)計算兩級最大差和兩級最小差[11]：

(7)

(8)

(7)計算關聯系數[12]：

ζi(j)=

j=1,2, …n

(9)

式(9)中：ζi(j)表示比較數列的第j個指標與參考數列第j個指標之間的關聯系數，ρ表示分辨系數，

0<ρ<1，如果ρ越大，表示關聯性越強，ρ通常取0.5。

(8)求加權關聯度[13]，加權關聯度的大小反應了備選方案和理想方案關聯性的強弱，即兩者接近程度的大小。加權關聯度越大，則兩者關聯性越強，說明兩者越接近。根據加權關聯度的大小對備選工藝方案進行排序，即可得出備選工藝方案的優劣次序。

(10)

式(10)中：wj表示利用層次分析法求出的指標權重，其中j=1,2…,n;i=1,2,…,m。

3 應用實例

為驗證模型的可行性，以礦車后橫梁3種不同的工藝方案為例，選取對綠色工藝方案決策影響比較大的7個因素作為決策指標[14]，通過對3種工藝方案進行清單分析可得到后橫梁綠色工藝方案決策指標數據，并建立決策指標判斷矩陣A，如表1所示。

表1 決策指標判斷矩陣A

層次分析法的具體計算步驟參考文獻[15]，可以計算決策指標的權向量wj：

wj=(0.0686 0.2535 0.3261 0.1907 0.0979 0.0408 0.0224)T

表1的7個決策指標中，除產品合格率為效益型指標外，其余均為成本型指標，可得到參考數列為：

由表(1)、式(2)和式(3)可以得到比較數列和參考數列一起構成了具有4個數列的矩陣如下：

由式(4)和式(5)可得到無量綱化后的矩陣:

由式(6)計算比較數列與參考數列對應元素的絕對差值:

由式(7)和式(8)計算兩級最大差和兩級最小差：

由式(9)ρ=0.5計算關聯系數，其結果可以用矩陣表示：

由式(10)求加權關聯度：r01=0.66，r02=0.92,r03=0.75，則r02>r03>r01

因此可以得出3種綠色工藝方案的優劣順序，由優到劣：方案2>方案3>方案1，這與采用熵權法和TOPSIS法相結合得出的評價結果一致，從說明了該模型的可行性和實用性。

4 結語

本文將層次分析法求權重和灰色關聯分析法相結合，對機械加工綠色工藝方案決策進行研究。首先，采用層次分析法確定指標的權重，然后，將層次分析法與灰色關聯分析法結合，建立了基于AHP_灰色關聯法的綠色工藝方案決策模型；最后，用實例驗證了該模型的可行性和實用性。此方法可以為礦山制造企業選擇相對綠色的工藝路線提供理論依據，也為綠色工藝方案決策提供了一種新方法。