{决策管理}模块二制造系统总体决策框架模型及分析办法

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1、目 录,制造系统总的决策目标,制造系统总的决策分析方法,1,2,模块二：制造系统总体决策框架模型及分析方法,评价与分析方法概述,3,功能视图,过程视图,资源视图,组 织 视 图,信 息 视 图,回顾：制造系统的体系结构,一、制造系统总体决策目标,1、成本C,系统设施和设备成本,材料成本,劳动力成本,能源成本,维护和培训成本,其他杂项成本,制造企业成本的主要构成,2、时间T,制造系统对外界变化的响应时间,制造系统的生产率,理论生产率与实际生产率 工艺、夹具 操作技术熟练程度 系统可靠性,3、柔性F,机器柔性,工艺柔性,产品柔性,维护柔性,生产能力柔性,扩展柔性,运行柔性,机器加工不同零件的难易程

2、度,工艺流程不变自身适应产品或原材料变化的能力； 产品或原材料变化时改变相应工艺的难易程度。,系统生产出新产品的能力；对老产品的继承和兼容能力,多种方式查询和处理故障的能力,产量变化时系统能够经济运行的能力,系统容易扩展结构、增加模块,系统适应外部环境变化的能力；适应内部变化的能力,4、质量Q,产品设计质量,产品制造质量,生产工艺满足产品设计参数（技术特征、性能、技术要求等）的程度。,产品结构和外形的几何特征； 产品所用材料表现出来的物理和化学性能； 产品被市场接受的能力。,5、环境性E,生态环境影响,资源综合利用,职业健康,安全性,制造过程产生的废气、废液、废物；产品寿命结束后的处置,原材料

3、、能源、土地和水资源等的优化利用,制造系统在运行过程中对劳动者职业健康造成的损害,因故障等原因产生的危害和不安全性,全球关注的三大问题：资源、环境、人口,多目标决策问题。 目标之间存在效益背反！,一般的数学方法难以解决大系统、多要素、关系交错的复杂系统的决策问题。,常用决策方法,因果推断,概率推断,系统分析,模糊分析法,层次分析法,灰色关联分析,、,二、制造系统总体决策分析方法,1、层次分析法(AHP),层次分析法是美国著名运筹学家、匹兹堡大学Thomas Saaty于20世纪70年代初提出，其实质是将决策主体对复杂系统的评价思维过程层次化和数量化。 选择重要度最大的方案作为最优方案。,层次分

4、析法是一种定性与定量相结合的多目标决策分析方法，为分析相互关联, 相互制约的复杂问题提供了一种简单实用的分析方法. 通过分析复杂系统的有关要素及其相互关系，简化为有序的递阶层次结构，使这些要素归并为不同的层次，形成一个多层次的分析结构模型. 最终把系统分析归结为最低层(供决策的方案,措施等)相对于最高层(总目标)的相对重要性权值的确定问题.,AHP的思想,（1) AHP基本原理 假设有n个物体A1，A2，An，它们的重量分别记为W1，W2，Wn。现将每个物体的重量两两进行比较如下：,若以矩阵来表示各物体的这种相互重量关系， A A称为判断矩阵。 若取重量向量WW1，W2， ， WnT，则有：

5、AWnW n是A的一个特征值，W是判断矩阵A的特征向量，即每个物体的重量是A对应于特征根n的特征向量的各个分量。 根据线性代数知识可以证明，n是矩阵A的唯一非零的，也是最大的特征值。,上述事实告诉我们，如果有一组物体，需要知道它们的重量，而又没有称重工具，那么就可以通过两两比较它们的相互重量，得出每一对物体重量比的判断，从而构成判断矩阵；然后通过求解判断矩阵的最大特征值max和它所对应的特征向量，就可以得出这一组物体的相对重量。 对我们的启示 在复杂的决策问题研究中，对于一些无法度量的因素，只要引入合理的度量标度，通过构造判断矩阵，就可以用这种方法来度量各因素之间的相对重要性，从而为有关决策提

6、供依据。 这一思想，实际上就是AHP决策分析方法的基本思想，AHP决策分析方法的基本原理也由此而来。,通过,决策问题,构筑层次结构模型,建立判断矩阵,层次单排序,一致性检验,层次总排序,一致性检验,通过,决策结果,是,是,否,否,（2）AHP的决策步骤,例题：某企业拟引进一条新的生产线，有三种类型可以选择。要对此问题做出决策，可根据制造系统决策框架模型，确定引进生产线要考虑的主要因素，即决策目标因素。从系统的角度引进生产线应考虑成本（价格）、质量、生产率、柔性和环境影响性，即制造系统的五大决策目标均应考虑，请用层次分析法来进行决策。,第一步：构建层次分析模型,简化生产线层次分析模型,柔性和环境

7、影响可通过定性分析来加以比较。,第二步：建立判断矩阵,参与层次分析的人员应是对研究对象富有经验并有判断能力的专家，他们应能对每一层次中各要素的相对重要性做出判断。构造判断矩阵是层次分析法的关键。,1）判断尺度的确定,2）构造判断矩阵,Hs为上一层的某要素，A1An为本层次的诸要素，aij为对于Hs而言，Ai与Aj的相对重要性。,判断矩阵,aij 是元素 ui 与 uj 相对于C的重要性的比例标度,判断矩阵具有下述性质：,本例题的判断矩阵为：,第三步：层次单排序,根据判断矩阵，通过计算相对重要度对本层次的各要素相对于上一层的某要素进行重要度排序。,例1,特征向量w（权重系数）的计算方法：,和法,

8、根法,幂法,将A按列归一化后，再按行求和。,将A按行求几何平均。,迭代法。,最大特征根的简易计算方法：,和法步骤： 1）对A按列规范,2 ） 各行相加得和,3）再规范化，得权重系数：,方根法的步骤是：,1） 按行元素求积，再求1/n次幂，得,2）规范化，即得权重系数,(1),(2)进行归一化处理：,则各方案对Hs的相对重要度为（0.258,0.637,0.106）。,(3) 计算最大特征根max,以例1为例，用根法计算相对重要度的过程为：,判断矩阵的特征向量W经过归一化后即为各 因素关于目标的相对重要性的排序权值。利用判断矩阵的最大特征值，可求CI和CR值（CI,CR是和一致性检验相关的数），

9、当 CR0.1时，认为层次单排序的结果有满意的 一致性；否则，需要调整判断矩阵各元素的取值。,第四步：一致性检验,根据判断矩阵，通过计算相对重要度对本层次的各要素相对于上一层的某要素进行重要度排序。,一致性检验,完全一致时，应该存在如下关系：,定义一致性指标：,当完全一致时有：,当不一致时：,n越大，一致性越差，引入修正值：CR,只要满足,就认为所得比较矩阵的判断可以接受。,平均随机一致性指标RI是多次（500次以上）重复进行随机判断矩阵特征值的计算之后，取算术平均数得到的。,例1为：,第五步：层次总排序,计算某一层次各因素相对上一层次所有因素的相对重要性的排序权值称为层次总排序。层次总排序过

10、程是从最高层到最低层逐层进行的，而最高层是总目标，所以，层次总排序也是计算某一层次各因素相对最高层(总目 标)的相对重要性的排序权值。,层次总排序计算过程如下： 设A层有m个要素A1，A2，Ai，Am，它们关于上一层的综合重要度分别为a1，a2，ai，am。A级的下层B有n个要素B1，B2，Bj，Bn，它们关于Ai的相对重要度分别为b1i，b2i，bji，bni，则B层的要素Bj的综合重要度为： 即某一层的综合重要度是以上一层要素的综合重要度为权重的相对重要度的加权和。,层次总排序的计算方法,要计算某一层的综合重要度，必须先知道其上一层的综合重要度。因而综合重要度总是由上至下进行计算，第二层的

11、综合重要度就是它的相对重要度，而第三层的综合重要度根据第二层的综合重要度计算，以此类推。,案例,各型号汽车对于动力指标的权重(和法),按列归一化,各行相加,相加后的向量除以n,各型号汽车对于动力指标的权重（根法）,汽车选择问题中综合重要度的计算,综合重要度的计算,同样需要从上到下逐层进行一致性检验。 若已经求得以 C 层上元素 Cj 为准则的 一致性检验指标 C.I.j(2), 平均随机一致性指标 R.I.j(2) , 一致性比例C.R.j(2) 。 那么，C 层的综合指标C.I.(2)、R.I.(2)、C.R.(2)应为：,汽车选择问题中综合重要度的计算,AHP法小结,建立层次分析结构,（1

12、）递阶层次结构,（2）计算单一准则下元素的相对重要性 这一步是计算各层中元素相对于上层各目标元素的相对重要性（层次单排序），参见前面的单层次模型。 例：如图 相对于目标A1而言，C1、C2、C3、C4相对重要性权值为w11、w12、w13、w14， 同理相对目标A2， C1、C2、C3、C4相对重要性权值为w21、w22、w23、w24。,（3）计算各元素的总权重,（4）评价层次总排序计算结果的一致性 设：CI为层次总排序一致性指标： RI为层次总排序随机一致性指标。 其计算公式为： CIi为Ai相应的B层次中判断矩阵的一致性指标。 RIi为Ai相对应的B层次中判断矩阵随机一致性指标 并取 当

13、 ，认为层次总排序的结果具有满意的一致性。,（4）决策,实际应用时，整体一致性检验常常可以省略。 决策者给出单目标下准则判断矩阵时，是难以对整体进行考虑的，当整体一致性不满足要求时，进行调整也比较困难，因此目前大多数实际工作都没有对整体一致性进行严格检验。其必要性有待于进一步讨论。,2 模糊综合评价法,模糊（Fuzzy）综合评价法,问题10 “模糊”是否指“糊里糊涂”?,问题20 元素a=55岁的人、b=65的人与模糊集 的 关系?,能说 或 ?,问题30 如何用隶属函数求隶属度?,如：55岁的人X1A=Q集合的程度 65岁的人X2A=Q集合的程度,什么是模糊数学,模糊概念,模糊概念：从属于该

14、概念到不属于该概念之间 无明显分界线,年轻、重、热、美、厚、薄、快、慢、大、小、高、低、长、短、贵、贱、强、弱、软、硬、阴天、多云、暴雨、清晨、礼品。,共同特点：模糊概念的外延不清楚。,术语来源,Fuzzy: 毛绒绒的，边界不清楚的,模糊，不分明，弗齐，弗晰，勿晰,模糊概念导致模糊现象,模糊数学就是用数学方法研究模糊现象。,模糊综合评价 模糊综合评价的一般步骤如下： （1） 确定评价对象的因素集； （2） 确定评语集； （3） 作出单因素评价； （4） 综合评价。 例：评价某种牌号的手表Ux1,x2,x3,x4，其中x1表示外观式样，x2表示走时准确，x3表示价格，x4表示质量。 评语集为Vy

15、1,y2,y3，其中y1表示很满意，y2表示满意，y3表示不满意。,模糊数学应用,隶属度（可能性程度）,案例,企业作为一个社会生产单位，其质量经济效益最终表现在产品质量和经济效益两个方面，而每个方面又由若干评价指标所决定。相应地，评价指标集分为两个层次：第一层，总目标因素集 ；第二层，子目标因素集 和子目标因素集 。质量经济效益综合评价系统的结构及其各评价指标的具体含义见图。,（1）评价指标体系的建立,（2）评价集的确定 本模型的评语共分五个等级。具体的评价集为：。,（3）权重的确定,在进行模糊综合评价时，权重对最终的评价结果会产生很大的影响，权重选择的合适与否直接关系到模型的成败。确定权重的

16、方法有很多，如专家估计法、层次分析(AHP)法。在综合有关专家意见的基础上，本模型最终的权重确定结果如下：,权重确定的依据有下列三条: 1)产品质量和经济效益在综合评价系统中占有同等重要的地位，轻视任何一方对企业的发展都不利。 2)产品质量的决定权在用户而不是生产企业，只有用户满意的产品才是真正高质量的产品。 3)生产者在追求自身经济效益的同时，要兼顾消费者和社会的经济效益。,（4）模糊判断矩阵的确定 选取生产者代表、用户代表及有关专家组成评审团，对评价指标体系中第二层各个元素进行单因素评价，具体做法可采用问卷调查的形式。通过对调查结果的整理、统计，即得到单因素模糊评判矩阵。其中，m为评价指标集u中元素的个数，n为评价集v中元素的个数。,（5）综合评价 由第三步得到的权重以及第四步得到的单因素模糊评价判断矩阵，进行如下的综合评判：,