装备设计选型技术模块化方法研究
——一种工程项目零部件选配组合优化方法

2019-11-14 07:19马彦根

石油化工设备技术 2019年6期

马彦根

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

在炼油、石化、化工、天然气、煤化工、电力等能源化工领域的工程项目传统的物资选配中，会面临装配体中零部件的选配问题。一个大型工程项目涉及到的零配件数量巨大，包括大宗通用材料、元器件和标准化定型设备，如：各类金属钢板、管材、型材、油漆、防火涂料等通用材料类，管件、法兰、螺栓螺母、垫片、阀门等工艺配管类，配电箱、蓄电池、电容器、灯具、电缆、桥架、变压器、电机等电气类，各类流量计、变送器、液位计、定位器、检测器等仪表类等等，此外还包括塔器、反应器、容器、换热器、裂解炉、加热炉、动力锅炉、冷箱、撬装设备、模块、压缩机组、离心泵、空调机组、通风机组等等非标准、非定型类成套设备与控制系统。一个大型工程项目涉及到的零配件可能从几万至几十万件不等，而每种不同的零配件又涉及到各种不同的技术商务参数指标要求，如设计方案、尺寸、重量、材质、售后服务、装备能力、业绩、资质资信、交货期、付款条件、价格与各流通环节费用等诸多因素，使得大型工程项目中零配件的选配工作变得异常复杂，需要耗费大量的人力物力。此外，问题的求解不但费时、费力，而且难以求得最优解，其结果直接影响装配体的质量和成本。

针对这一问题，现有的方法将各零部件供应商【1-2】理论上所能达到的性能参数简化为不同的区间，并分别给予不同的权重【3】，最后通过汇总得出一个计算机分析的结果，对各制造商所提供的零部件进行排序，实现优化选择。这种方式在一定程度上对零部件选配【1】进行了优化，但存在以下不足：

1) 通过简单的划分区间并赋予权重，完全是凭经验而行，并不能真正实现最优选配；

2) 复杂的非标准、非定型类成套设备，涉及到的非标零部件数量大，传统方法【4-5】没有充分考虑供应商管理【6-7】难度，导致问题复杂化，求解效率低。

1 创新方法

1.1 研究方法内涵

本创新提供了一种工程项目中零部件选配组合优化方法。首先将部件进行模块化【8-12】分类，根据部件的重要性、标准或非标准、部件关联性等因素，分为第一类部件和第二类部件。通常，第一类部件可以是非标准部件，第二类部件可以是标准部件。通过部件分类管理，能够降低部件选配的复杂程度。

针对第一类部件，通过设定部件的组合匹配对照关系，可以划分部件包，方便对供应商的管理。其中，对于关联性较强或者能够成为子模块的部件，可以划分为一个部件包进行管理，提高非标产品的管理效率。

在分类以及基于对照关系划分部件包之后，本方法通过参数比对进行最优选择，并且将需要比对的参数组成群体，通过不断创建群体与群体的迭代【13-18】，最终实现部件的最优选配，同时还可降低处理难度，提高效率。

1.2 关键技术和研究方法

1.2.1 图示说明

本创新方法操作流程示意详见图1。结合图1 对本创新方法的示例性实施方式进行更详细的描述，本文的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。

其中，在本文示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

1.2.2 实施方式

虽然图1中显示了本方法的优选实施方式，然而需要说明的是，具体操作中可以以各种形式实现本方法而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本方法更加透彻和完整，并且能够将本方法的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本方法首先将部件进行分类，分为一组或多组第一类部件，以及一组或多组第二类部件。将部件进行分类的依据是：按照工程项目的组成部分进行划分、按照部件的重要程度进行划分、按照标准件和非标准件进行划分、按照采购周期进行划分等，或者综合考虑以上因素进行划分，便于后续的参数比对，提高比对效率。

图1 工程项目中零部件选配组合优化方法操作流程示意

优选操作流程为：在非标部件采购中，按照标准件和非标准件进行划分，同时兼顾工程项目的组成部分进行划分。通过将非标部件单独划分出来，使得标准部件与非标准部件之间可以分别选配，之后再综合选配，提高了比选效率。

接下来，对于第一类部件设定组合匹配对照关系，并基于该组合匹配对照关系收集第一类部件的多个供应商的参数数据。在本优选操作流程中，由于第一类部件是非标准部件，因此通过设定部件的组合匹配对照关系，能够有利于后续的参数比对，而且对于复杂的非标部件而言，可以基于组合匹配对照关系进行选配包的划分，可以对关联性较强的部件进行相对集中的处理，便于管理供应商，同时也能够提高处理效率。

然后，分别针对第一类部件和第二类部件进行参数收集。采购方可以将参数要求列表公布，供应商填报其产品的各类参数数据。参数数据可以包括产品的主要性能参数，也可以包括报价、供货周期、安装售后等商务参数。

对于非标部件的第一类部件，首先进行单个参数的比对(例如可以进行价格的比对)，然后在单个参数比对的基础上结合部件的组合匹配对照关系，生成综合比对汇总结果数据。综合比对汇总结果体现了按照组合匹配对照关系汇总的部件参数对比结果。最后，在综合对比汇总结果数据的基础上生成第一类部件综合得分对比汇总结果数据。该得分情况可以作为第一类部件的选配依据。

与第一类部件类似，基于收集到的第二类部件的参数数据对第二类部件进行参数比对，获得第二类部件的单个参数结果评比数据。由于第二类部件是标准部件，因此不需要考虑匹配关系，可以直接进行参数比对。

在完成参数比对后，从符合参数要求的第一类部件和第二类部件中选配工程项目所需的全部部件，并基于第一类部件综合得分对比汇总结果数据以及第二类部件的单个参数结果评比数据，计算生成全部部件的综合得分评审汇总结果数据。

优选操作流程也可以分别为第一类部件和第二类部件设置不同层次权重【19】值。在第一类部件综合得分对比汇总结果数据以及第二类部件的单个参数结果评比数据的基础上，引入权重值，计算生成加权综合得分汇总结果数据，然后根据加权后的分值选配部件。

可选操作流程为：在对第一类部件和第二类部件进行参数比对的过程中，对参数基准X与收集到的参数值Y进行相关性Y处理。

可通过式(1)计算相关性Y：

(1)

式中：N——供应商的数量；

X0——参数基准；

Xi——供应商提报的参数值。

可以根据相关性Y值进行排序，或者将Y值等比例地换算成分数值，进行评分排序。

为了能够最优选配部件，本方法可按以下步骤进行操作：

1) 针对第一类部件的所有参数分别进行参数比对，在每一个参数比对过程中分别获得相关性Y的数值；

2) 选择两个参数，将相关性Y的数值大于设定阈值的第一参数的供应商和第二参数的供应商组合去重后创建第一群体；

3) 选择两个参数创建第二群体，将所述第一群体和所述第二群体重新组合去重后，创建新一代第一群体，对所述第一群体和所述第二群体相同供应商的相关性Y求和，作为新一代第一群体中供应商的相关性Y值；

4) 循环上述步骤，直到新一代第一群体中包括了满足第一类部件的所有参数要求的供应商；

5) 将最新一代第一群体中的供应商按照相关性Y值的大小进行排列。

本方法可以将每个部件的所有参数逐一地与采购方要求的标准值进行比对，并分别针对每个参数进行相关性Y值的汇总。采购方可以根据需要选择重要的参数进行比对，也可以对相关性Y值设定阈值，以便在符合阈值要求的部件中进行选择。

在对多个部件进行选择时，可以通过创建第一群体的方式进行组合比对。例如，将相关性Y的数值大于设定阈值的第一参数的供应商和第二参数的供应商组合去重后创建第一群体。在该第一群体中，是通过满足参数要求的部件索引到对应的供应商，满足采购环节以供应商作为管理核心的需求。在第一群体中保留下的供应商，是同时满足第一参数和第二参数要求的供应商。

接下来，采用类似的方法，选择第三参数和第四参数，并将相关性Y的数值大于设定阈值的第三参数的供应商和第四参数的供应商组合去重后创建第二群体。在第二群体中保留下的供应商，是同时满足第三参数和第四参数要求的供应商。可以采用类似的方法创建多个群体。

然后，将所述第一群体和所述第二群体重新组合去重后，创建新一代第一群体，对所述第一群体和所述第二群体相同供应商的相关性Y求和，作为新一代第一群体中供应商的相关性Y值。

可以类似地在多个群体之间进行组合，循环上述步骤，直到最新一代第一群体中包括了满足第一类部件的所有参数要求的供应商。由于每次重新组合迭代的时候，都将各参数的相关性Y求和，因此在最新一代第一群体中，可以将相关性Y值汇总排序，采购方根据相关性Y值的大小就可知道哪些供应商的部件匹配度最好，方便做出选择。

与第一类部件类似，针对第二类部件的所有参数分别进行参数比对，在每一个参数比对过程中分别获得相关性Y的数值；后续具体操作步骤同1.2.2节第一类部件操作步骤中的2)～5)。

最后，在第一类部件的最新一代第一群体中和第二类部件的最新一代第一群体中选配工程项目所需的全部部件，将第一类部件的相关性Y值与第二类部件的相关性Y值求和，作为综合得分评审汇总结果数据。

1.3 设计示例

本方法对于大型复杂石化工程项目物资的设计选型技术应用模块化处理方式尤为适用。为便于理解本创新方法实施示例的方案及效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本方法，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本创新方法。

在本实施应用示例中，以空冷器成套设备【20】招投标【21】为例，说明本创新方法的应用。所述工程项目为空冷器框架协议【1-3,6,11-13,22-34】采购招投标【1,3,21-27】项目，所述参数数据为价格参数。

首先将空冷器成套设备的部件进行分类，按照标准部件和非标准部件以及成套设备的构成关系，将管束【20】作为第一类部件，构架、风机电机、百叶窗【20】作为第二类部件。

空冷器中最重要且匹配关系最复杂的构成部件是管束，其某个设计要素改变会带来后续一系列的变化，这也是导致空冷器成套设备无法按照传统的标准框架协议进行招标采购的主要因素。因此，本方法需要设定管束材质匹配关系，用于定义管束中的管箱部分材质与基管部分材质的组合匹配对照关系，供投标商录入对应的数据，并以此为基础进行招标中标包的整合与划分。具体来说就是，可以根据国家标准、行业标准、企业标准或者设计手册分别设置管束中的管箱部分材质与基管部分材质的组合匹配对照关系。通过设置对照关系，能够将该类非标产品后续设计中可能出现的多种组合和匹配选择提前做出规划，从而有利于形成框架协议。

然后将按照管束、构架、风机电机、百叶窗等进行参数采集。由于在招投标项目中主要考虑报价，因此以投标商提报的管束部件单价数据作为参数。

接下来，针对第一类部件管束的报价单价数据生成管束报价单价结果对照数据，并基于该数据生成管束综合平均单价对比汇总结果数据，然后基于该汇总结果数据生成管束价格得分综合对比汇总结果数据；针对第二类部件构架、风机电机和百叶窗的报价单价数据，分别生成各项的报价单价评比结果数据。

在第一类部件和第二类部件中选配工程项目所需的全部部件，基于管束价格得分综合对比汇总结果数据以及各项的报价单价评比结果数据，生成各型成套空冷器价格综合得分评审汇总结果数据，再依据综合得分评审汇总结果数据选择所需的部件及对应的中标商。

具体来说就是，针对第一类部件管束的所有投标商的报价参数分别进行报价比对，获得相关性Y的数值。

可选操作流程为：在进行报价比对过程中，将招标方确定的评标基准价X0与投标商报价Xi进行相关性Y处理，并基于相关性Y的大小进行排序，其中Y按式(1)进行计算。

所述评标基准价X0为：

(2)

式中：A——招标方确定的概预算金额，元；

Xi——每个合格投标商的投标报价，元；

M——招标单位确定的概预算金额波动范围权重，%。

(3)

(4)

可选操作步骤为：

1) 在第一类部件管束中，选择两个零部件，将相关性Y的数值大于设定阈值的第一零部件的供应商和第二零部件的供应商组合去重后创建第一群体。

2) 类似地，继续选择两个零部件创建第二群体，将相关性Y的数值大于设定阈值的第三零部件的供应商和第四零部件的供应商组合去重后创建第二群体。

3) 将所述第一群体和所述第二群体重新组合去重后，创建新一代第一群体；对所述第一群体和所述第二群体相同供应商的相关性Y求和，作为新一代第一群体中供应商的相关性Y值。

4) 循环上述步骤，直到最新一代第一群体中包括了第一类部件的所有零部件的供应商。

5) 将最新一代第一群体中的供应商按照相关性Y值的大小排列，作为报价单价结果对照数据。

根据管束材质匹配关系，将有对照关系关联的零部件的报价进行对比汇总，生成管束综合平均单价。管束综合平均单价的相关性Y值可以是基于单价结果对照数据比对时获得的相关性Y值的求和。

可以基于管束综合平均单价对比汇总结果数据生成管束价格得分综合对比汇总结果数据。具体来说就是，可以根据管束综合平均单价的相关性Y值进行赋值计算得分，从而生成管束价格得分综合对比汇总结果数据。或者，也可以不计算价格得分，而是基于相关性Y值进行后续评价【5】。

进一步针对第二类部件(构架、风机电机、百叶窗)的所有投标商的报价参数分别进行报价比对，获得相关性Y的数值。

在进行报价比对过程中，将招标方确定的评标基准价X0与投标商报价Xi进行相关性Y处理，并基于相关性Y的大小进行排序，其中Y按式(1)进行计算，所述评标基准价X0按式(2)～式(4)进行计算。

在第二类部件(构架、风机电机、百叶窗)中，选择两个零部件，将相关性Y的数值大于设定阈值的第一零部件的供应商和第二零部件的供应商组合去重后创建第一群体。

后续具体操作同1.3节第一类部件操作步骤中的2)～5)。

在获得了管束价格得分综合对比汇总结果数据、构架报价单价评比结果数据、风机电机报价单价评比结果数据和百叶窗报价单价评比结果数据之后，选用成套空冷器价格综合得分评审汇总子模块在这些数据的基础上进行进一步计算，获得各型成套空冷器价格综合得分评审汇总结果数据。

例如，可以将每个投标商在四个部分的相关性Y值直接相加，然后按照总分进行排序，得到各型成套空冷器价格综合得分评审汇总结果数据。该数据可以作为评标的依据。

更进一步地，本方法还可以为各个部件分配权重，并基于权重进行评分计算。

首先，为各型成套空冷器的各材质各组件设定价格权重数据。可以根据重要程度或本次招标中的占比为管束、构架、风机电机和百叶窗四个部分分别赋予权重值。

接下来，基于设定的价格权重数据和各型成套空冷器价格综合得分评审汇总结果数据，计算生成各投标商管束各材质总价、综合得分与评标总价汇总结果数据。这些数据可以作为中标结果中公布的数据。

2 方法与示例启示