| 标题 | 基于Ｆｌｅｘｓｉｍ的ＡＨＰ法改善及在设施布置评价体系中的应用 |
| 范文 | 郑钧宜 何智春 摘要：分析Flexsim仿真和AHP法在设施布置评价系统中各自的优势和不足，提出将Flexsim仿真数据作为AHP法中构造判断矩阵的依据，从而减少AHP法在方案评价中的主观性太强的弱点，以便形成更加合理、完善、科学的评价方法。 关键词：Flexsim；AHP；判断矩阵 中图分类号：F224文献标识码：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 制造设施中的20%~50%的总运营成本是物料搬运成本，一般认为有效的设施规划可以将这些成本降低到10%~30%[1]。因此，选择一个最优的设施布置方案就显得相当重要。层次分析法（AHP）是一种多准则、多目标的复杂问题决策分析方法，适用于设施布置方案的评价和选择。AHP法主要依靠专家打分作为一个方案的评价的依据，虽然会受到个人的偏好、兴趣以及主观判断的影响，但AHP法简单、实用，仍被视为多目标决策的有效方法[2]。另外，Flexsim系统仿真软件可以对设施布置方案进行建模分析，获得大量的仿真统计数据。如果以仿真数据代替专家打分作为AHP法的依据，则必然会减少AHP法主观判断的不足，使其在设施布置方案评价过程中更加合理和完善。 1AHP法的一般步骤 AHP是一种系统性的推断方法，既能进行定量分析，也可定性分析。AHP通过分析设施布置中的诸多因素进行多目标决策。同时，弥补方案决策过程中大量定性因素无法定量表示的缺点[3]。AHP法的主要步骤如下： （1）建立设施规划问题的层次结构 层次结构主要分为三层：目标层、准则层、方案层。目标层是指方案最终所要实现的目标，如：在众多方案中选择最优化的方案。准则层是指为实现目标的最优化，必须考虑的诸多因素。方案层就是目前所有的需要评价的方案。 （2）构造两两比较判断矩阵 根据层次结构，分别构造准则层对目标层的比较判断矩阵以及方案层对准则层的比较判断矩阵。通过比较各因素两两之间的重要性，采用表1所示的1～9比例标度方法对判断矩阵进行赋值，所得矩阵为互反矩阵。 2基于Flexsim的AHP法改善 2.1Flexsim仿真软件 Flexsim是一种基于面向对象的离散事件系统仿真软件。能快速、低廉、出色建立系统设施布置模型，如新建或改建工厂、车间或物流中心时，先模拟现实的厂房、机械设备、物流设施和操作人员等，在电脑上构筑虚拟设施布置以此取代现实的机械设备和工人。因此，在面对设施布置的多方案选择时，可以利用仿真软件对方案进行模拟，为决策者提供直观的信息。 其具有强大的仿真数据收集功能，生成各仿真实体或系统的仿真报告，如：状态报告（state-report）、标准报告（standard-report）。而且，这些仿真报告可以在Flexsim中运用饼图、直方图等方式直观的显示[5]。同时，可以对不同实体的相同变量（如：在制品平均数state-contentavg、设备利用率、等待时间、运行时间等）进行纵向比较。 在多方案评价中，以直观的仿真统计数据为依据，仅仅考虑单因素或少数几个定量指标时，用Flexsim仿真统计数据作为评判标准是相当快捷有效的。 2.2Flexsim与AHP比较 虽然以Flexsim仿真数据为基础的评价方法在单目标决策中是十分有效的。但是，如果考虑的因素众多，面对纷繁复杂的数据，尤其还要兼顾一些定性因素时，这种方法就显得无能为力。 AHP法是涉及定性和定量因素的多目标决策的系统方法，可以对各方案进行多目标的综合评价。但是其主观性太强，从层次结构建立，判断矩阵的构造，均依赖决策人的主观判断、选择、偏好[6]。当决策者的判断因受个人偏好影响对客观规律歪曲时，AHP的结果显然靠不住。 通过上述分析，对Flexsim和AHP在设施评价中的优势与不足进行比较见表3。 2.3以Flexsim数据为基础的AHP法改善 Flexsim与AHP法在设施布置评价中，两者的优势和不足是互补的。如果在AHP法中，充分利用Flexsim仿真数据作为依据构造判断矩阵，尽可能的减少AHP法主观判断的不足。而AHP法多的目标决策，注重定性因素分析，又弥补了Flexsim作为评价体系的缺陷。因此，有必要结合这两种评价方法的优势，形成一种科学合理的评价体系。 两者相结合的核心是以Flexsim仿真数据作为AHP法构造判断矩阵的依据，以仿真数据代替专家判断。具体实施有以下两种改善的方法： （1）直接将仿真数据做比较形成较判断矩阵。 （2）仍然按照AHP法1～9比例标度，仿真数据只是作为比较权重的依据。 3在设施布置评价中的应用 一般的设施布置方案评价要考虑的因素很多，既有定性因素，又有定量因素。因此，这种改善后的AHP法比较适合在设施布置方案的选择和评价过程中应用。设施布置方案考虑的重要因素[7]有： （1）布置特征：行走总距离；制造区域可视性；布置的总体美学；易于未来扩展。 （2）物料搬运需求：采用新的物料搬运设备；对新设备的投资需求；空间和人员需求。 （3）集装单元应用：对在制品水平的影响；空间需求；对物料搬运设备的影响。 （4）存储策略：空间人员需求；对物料搬运设备的影响；人因工程方面的风险。 （5）总体建筑物的影响：不同方案的估算成本；新业务机会。 3.1问题描述 某制造单元内有五台机器，有如下3种仿真布置方案A1A2A3见图1。物料搬运采用AGV自动导引小车，产品产量、工艺路线见表4。要求在这3种方案中选择最优方案。 3.2Flexsim仿真及数据收集 图1为三种布局方案在Flexsim中的仿真模型。每台机器设置一个网络节点（NetworkNode），节点之间以样条线相连作为搬运工具的轨道。 该实例为三种产品混合式生产线，由于三种产品的工艺路线不同，在发生器（Resource）中设置三种不同的类型（ItemType），分别为1、2、3。三种产品以时间表的方式到达，时间表设置为图2。 按照工艺路线设置各仿真模型的仿真逻辑，得出状态报告如图3。 图3主要反应的是搬运工具空闲、等待、运输等的时间以及占总时间的百分比。根据状态图获得搬运工具运行的总时间。 Flexsim中的Watch List Parameter可以对不同的实体的同一变量进行统计，图4就是对各个实体中平均实体数，也就是在制品数（state-contentavg）所做的统计[8]。 三种方案关于物流强度、搬运时间、在制品平均数的仿真数据见表5。 3.3改善后的AHP法的应用 本实例除考虑上述仿真获得的物流强度等三个定量指标外，还涉及物流顺畅以及总体美学这两个定性指标。AHP分析的过程如下： （1）建立层次结构如图5 （2）目标层比较判断矩阵及一致性检验 根据决策者经验判断和评估各个因素在设施布置中的重要性，建立准则层的比较判断矩阵如下： 分别计算出各个矩阵的特征值和特征向量，进行归一化处理，并对一致性进行检验，通过一致性检验，结果见表6。 4总结 本文利用Flexsim的仿真数据作为AHP法比较矩阵形成依据，尽可能的减少AHP法主观判断的不足。但在多因素分析时，对定性的因素以及准则层对目标层判断矩阵，只能依据决策者的经验与直觉来判断。 参考文献： [1] 朱耀祥，朱立强. 设施规划与物流[M]. 北京：机械工业出版社，2004. [2] 翟钰，孙小明. 基于计算机仿真的制造系统设施规划评价方法[J]. 计算机应用，2006(16):279-281. [3] 龙泉. AHP-模糊综合评价法在绩效评估中的应用研究[J]. 冶金经济与管理，2007(2):47-50. [4] 高宏，应援明. 基于AHP原理的主观预测方法[J]. 管理科学学报，1996(4):104-107. [5] Flexsim User Guide. Version3.0[Z]. Flexsim Software Products, 2006:1-400. [6] 吴殿廷，李东方. 从北京师范大学绩效考核看层次分析法的不足及其改进的途径[J]. 系统工程理论与实践，2005(1):101-105. [7] James A. Tompkins, John A. White, Yavuz A. Bozer, et al. 设施规划[M]. 伊俊敏,等译. 北京：机械工业出版社，2008. [8] 张晓萍，刘玉坤. 系统仿真软件Flexsim3.0实用教程[M]. 北京：清华大学出版社，2006. 注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文 |
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