双层底分段装配顺序方案的模糊综合评价研究

崔 进 李培勇 高 峰 毕洪坤）

（武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室1） 武汉 430063）

（武汉理工大学交通学院2） 武汉 430063）（大连船舶重工集团有限公司3） 大连 116005）

0 引 言

船舶建造是一项复杂程度高、涉及范围广的综合性生产活动，船舶由成千上万的零件组装而成，零件数目繁多，结构复杂，焊接工作量大，劳动力成本高.据相关资料统计，船体装配工时占总工时的40%～60%，装配成本占总制造成本的30%～50%［1］，因此，分段装配是船体制造过程中一个基本环节，而合理的分段装配方案可以提高效率、降低成本、减轻工人的劳动强度、提高建造质量.因此，对分段的装配方案进行优劣性评价显得尤为重要.在评价过程中，因为很多评价指标（如难度、质量）具有较大的模糊性和不确定性，很大程度上依赖于设计师的经验.那么，将经验性的评价指标解析和量化，从而科学合理地评价装配顺序，具有重要的实用价值.为了实现上述目标，本文基于模糊理论，建立二级模糊综合评价模型对一典型分段——散货船双层底分段的装配顺序方案进行综合评价研究.

1 分段概述

本文选取的研究对象为27000DWT 散货船货舱区平行中体一双层底分段，该散货船的主尺度参数如表1所列.

表1 散货船的主尺度参数（m）

该分段起止肋位为FR93＋200～FR106＋200，在FR95，FR98，FR101，FR104设有实肋板，分段长度为9.75m，宽度为15.4m.该分段结构的三维模型示意图见图1.由图1 可见，该分段由18 个零部件组成.其中：1为内底板部件；2～9为旁底桁部件；10～15为肋板部件；16为內底横骨；17为船底横骨；18为船底板部件.

图1 双层底分段结构三维模型示意图

经过分段各零件间几何干涉关系的研究，以提高装配效率和装配质量为原则，对影响装配顺序的因素（包括：零件重量、装配长度、焊接方式、贯入度、材料等）进行重要性评估，分别计算各零件的因素加权分值，综合考虑车间吊车的空走行程，按照分值大小排列得到该双层底分段串行装配方式下的装配顺序为：零件1→零件12→零件13→零件7→零件4→零件11→零件14→零件6→零件5→零件3→零件8→零件15→零件10→零件17→零件16→零件2→零件9→零件18.

通过CATIA 三维模型可以展示全部的装配过程.

2 模糊综合评价法

模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法.该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价.它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决［2］.

在采用模糊综合评价法进行决策时，有几个关键问题需要解决：评价因素的选择、因素权重的确定、指标等级分值的划分和各项因素的专家评估值.同时应注意以下几个原则：（1）根据最终的评价目标，尽可能全面的选取评价因素，保证选取的评价因素能够真实反映出评价对象的合理程度；（2）合理分配权值.不同的评价因素在评价体系中具有不同的重要程度，所以应该合理分配不同的权值，使重要的因素在评价过程中能够重点突出，才能提高决策的科学性和针对性，从而保证最终评价结果的合理性［3］.

由于船体分段结构的复杂性，需要考虑的因素很多，这些因素可能分属于不同的层次，很多因素也还具有较大的模糊性.为了获得比较合理的评价结果，本文综合考虑船体分段装配顺序的实际情况，采用二级模糊综合评价法进行分析.

3 二级模糊综合评价体系

3.1 建立因素集

在现代造船模式的背景下，船舶建造日益高效化和精益化.对于工艺路线的评价准则，仍然是在满足企业资源条件的基础上，追求工艺路线的高效化、集成化和简便化，从而有利于实现敏捷造船和精益造船.本文在总结船厂实际建造经验和以往相关文献［4］的基础上，提出船体分段装配顺序的二级综合评价因素层次体系，具体见图2.

图2 分段装配顺序的二级综合评价因素层次体系

在评价因素层次中，第一层次有4个评价因素，分别为：

1）效率 船舶建造都有一定的进度安排，每一处工序的拖延都会影响到之后工序的推迟，从而导致整船建造工期的延长.所以，每一处工序都应该尽可能在短时间内高效完成，从而为后续的工序做好准备条件.在评价装配效率高低时，主要考虑以下几个因素：装配时间的长短、自动化程度高低和翻身次数.

2）成本 成本也是船厂在船舶建造时需要考虑的另外一个重要因素.降低成本可以增加企业利润、提高企业效益从而在一定程度上提高企业竞争力.低成本主要靠以下几个因素来体现：设备利用率高、资源消耗量少和工人参与人数少.

3）质量 一个船厂装配产品质量的优劣能够反映出该厂建造水平的高低，所以产品质量也是重点考虑的评价因素.产品质量的优劣由装配精度和焊接质量两部分组成.

4）难度 装配难度在某种程度上会影响施工人员的操作，给正常工作带去不便.装配难度包括操作空间大小和装配可操作度.

确定好评价因素后，本文采用因素成对比较法计算各个评价因素的权重，首先按照各个评价因素与其他因素的相对重要性建立排序矩阵，根据重要性分值大小进行定性排序，然后取分值最小的评价因素为基准因素，取原始权重为1，其他因素按照重要度累积得到各自的原始权重，最后通过归一化处理，确定最终的权重大小.各评价因素的具体统计结果见表2.

3.2 设定备择集

确定好评价因素后，可根据各种因素的不同要求设定评价等级，评价等级通常可以分为5～7级.本文根据实际情况，将装配顺序的评价指标分为7个模糊等级，组成的备择集为V＝｛很好，较好，好，一般，差，较差，很差｝，记为｛v1，v2，v3，v4，v5，v6，v7｝；并对这些评级等级赋予分值，以便进行定量分析和评价，本文的评价等级分值表见表3.

表2 评价因素权重统计结果表

表3 评价等级分值表

根据上面设定的评价等级，各个评价因素按照评价结果的影响程度对应的分为不同的等级［5］.各评价因素的等级标准依次为：装配时间短、自动化程度高、翻身次数少、设备利用率高、资源消耗率低、工人人数少、装配精度高、焊接质量高、操作空间大、装配可操作度高，按照程度的高低分为不同的等级.

3.3 模糊综合评价

本文采用德尔菲法，结合评价因素等级对应表设计专家评定意见表，分发给专家评估组（由各船厂工作人员组成），共发放10份，回收10份.由各专家对各个评价因素进行等级评定，并将评定意见进行人数统计，结果见表4.

表4 装配顺序评价因素专家评定意见统计

建立一级模糊关系矩阵

式中：rijk（i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m；k＝1，2，…，7）为第一层次评价因素uij被评为vk的隶属度.rijk的计算公式为

式中：dijk为对评价因素uij作出第k级评语的专家人数；d为专家总人数.

根据表4数据，可以计算得到本例中的一级模糊关系矩阵Ri（i＝1，2，3，4）.

从而，得到一级模糊评价集Bi＝Ai·Ri（i＝1，2，3，4），如下式所示.

二级模糊关系矩阵R′＝［B1，B2，B3，B4］T，通过计算可以得到二级模糊评价集B′

式中：A＝（0.108 0.226 0.317 0.349）为第一层次评价因素的权重分配；

3.4 评价结果

本文将评语集V相应等级的元素数量化为V＝（95，85，75，65，50，30，10），采用加权平均法对得到的判断结果进评价.加权平均法把以各评价等级vk的隶属度bk为权系数，对备择集元素vk进行加权平均得到的值取为评价结果［6］，即

对照表3的评价等级分值，可判定本文所生成的装配顺序综合评价等级为“好”，说明该装配顺序对于双层底分段是较为合适的装配顺序.

4 结 论

1）综合考虑实际生产过程以及相关专家和工人的意见，确定了影响装配顺序优劣的10个评价指标，比较客观全面地覆盖了所有范围.

2）采用模糊综合评价的方法评价装配顺序，并建立二级模糊综合评价体系，采用因素成对比较法计算得到权重向量.

3）应用加权平均法得到该装配顺序方案的评价结果，为实际生产提供指导.

本文的评价方法灵活方便，具有较大的应用价值，今后应该在经验性评价因素的量化方面进行进一步研究，从而获得更加准确和可信的评价结果.

［1］肖田元.虚拟制造［M］.北京：清华大学出版社，2004.

［2］鲁大鹏.船舶建造过程绿色度评价体系研究［D］.大连：大连理工大学，2009.

［3］宋丽萍，范秀敏，马登哲.虚拟现实环境下交互式船舶装配序列规划研究［J］.计算机集成制造系统，2006，12（6）：862-867.

［4］YAN Wei.Automatic generation of assembly sequence for the planning of outfitting processes in shipping［D］.Delft：Delft University of Technology，2012.

［5］李 磊.数字化产品预装配序列生成、评价与优化研究［D］.西安：西北工业大学，2002.

［6］徐昌文.模糊数学在船舶工程中的应用［M］.北京：国防工业出版社，1992.