基于区间数的制造过程资源环境属性评价

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第28卷第3期 湖南科技大学学报(自然科学版) Vo1．28 No．32013年 9月 Journal of Hunan University of Science&Technology(Natural Science Edition) Sept． 2013基于区间数的制造过程资源环境属性评价岳文辉，韩 自强，王晓俊(湖南科技大学 机械设备健康维护省重点实验室，湖南 湘潭 41 1201)摘 要：针对制造过程资源环境属性的复杂性和多样性，考虑环境不确定性和测量误差等因素的影响，提出一种基于区间数的资源环境属性评价方法．利用该方法对dCil1发动机关键零部件制造过程资源环境属性进行评价，并对发动机关键零部件制造过程的绿色性进行排序，从而验证了该方法的可行性和实用性.

关键词：区间数；资源环境属性；评价；不确定性中图分类号：TH162 文献标识码：A 文章编号：1672—9102(2013)03—0022—04发动机是将化学能转化为机械能的一种动力装置，它是汽车的心脏，为汽车的运动提供动力．组成发动机的零件数以千计，而缸体、缸盖、连杆、凸轮轴、曲轴是最重要最关键的部件，他们的质量在很大程度上决定着发动机的性能．零部件的质量又与其加工工艺有关，零部件的加工工艺不同，其资源消耗特性和环境影响特性也不同．对发动机关键零部件加工工艺的资源环境属性进行分析和评价，能为制造企业从关键零部件着手改善发动机制造过程中的绿色性、采用绿色工艺提供理论依据，也对拓展绿色制造应用领域具有重要的意义.

随着全球环境问题的日益凸显和绿色制造理念的日趋普及，对产品生产过程资源环境属性评价的研究也引起了学者们的关注．Fijat?等学者对产品生产过程的能量流和物料流进行了分析，并提出了针对选定的几种工艺方法的环境属性集成定量评价方法．Salonitis 等利用 LCA方法对零件硬化磨削工艺的环境属性进行了定量评估，并提出了相应的替代工艺以改善环境的友好性．张华 等建立了某刨削工艺清单分析表，综合评价该工艺的绿色性，从22而为改善其资源消耗和环境影响提供依据．曹华军 等基于工艺 IPO过程模型和列昂波特相互作用矩阵，提出一种零件制造过程能量和物料消耗、环境废物排放和安全性的评价方法．王贤琳 等提出了基于 BP神经网络的综合评价方法，建立了基于BP神经网络的评价模型；并使用MATLAB神经网络工具箱对模型进行模拟仿真．江志刚 等开发了一 种制造企业生产过程资源环境属性综合评价支持系统，通过在某机床厂齿轮生产过程中的应用，验证了该系统的可行性．以上评价方法有一个共同的特点，即在进行资源环境属性评价时把评价指标看成一 个定值．而事实上，由于环境的不确定性 j、主观思维的模糊性、测量的误差、客观事物的复杂多变性等原因，评价指标往往不是一个定值而是一个波动范围，通常用区间数来表示这个波动范围．本文提出一 种指标值为区间数的资源环境属性评价方法，并通过实例验证了此方法的可行性和实用性.

1 区间数及运算在区间数学中，区间数定义如下：收稿日期：2013—03—26基金项目：国家自然科学基金资助项目(51075142)；国家科技支撑计划项目(2012BAF02BO1)；湖南省科技创新团队资助项 目通信作者：岳文辉(1965一)，男，湖南邵阳人，博士，教授，主要从事绿色制造、多学科稳健优化设计 及机械设备故障诊断等方面．E—mail：jwc1999178###126．corn 0=[口L，口 ].

式中：口称为区间数；0 ，0 分别称为区间数口的上下界．当0 =口 时，区间退化为一个实数.

若口=[口 ，口 ]，b=[b ，b ]为任意的2个区间数，其四则运算法则如下 ]：口+b=[口L+bL，口 +bu]，0一b=[0 一b“，n 一b ]，口 × b = [min(aLb ，aLb ，aVb ，aUb )，max(aLb ，aLb ，aUb ，aVb )]，a／b = [Ct ，0 ] ×[1／b ，1／b ]，为比较任意 2个区间数的优劣或大小，需要对区间数进行排序．为此，定义区间数相对优势度如下 j.

设0=[口 ，0 ]，b=[b ，b ]，口 ，b >0，称口大于 b的相对优势为O．45+ 口。． +。． ×min{ ；。_； l_ ，)，n。>m ；( )? {若 咖。<式中m ，m 分别为区间数 口，b的中心，z(口)，z(b)分别为区间数 口，b的长度.

2 区间数资源环境属性评价原理假设有 m个零件，第 i个零件记为 ( =l，2，?
，m)；每个零件有几个评价指标，第 个评价指标记为 E ( =1，2，?，凡)；其评价步骤如下：2．1 建立指标区间数决策矩阵根据评价指标值建立带有区间数形式的决策矩阵用A=(o f) 表示，其中n =[0；，0 ]， 表示第i个零件对应于第 个指标的区间数值，即可以表示为A = (2)2．2 区间数决策矩阵规范化根据变化方向的不同，指标大致可以分为 2种类型，即效益型指标和成本型指标．效益型指标是指数值越大越好的指标，成本型指标是指数值越小越好的指标．由于各个指标数量级和量纲不同，故要进行规范化．规范化以后的矩阵用 B =(b ) 表示，其计算公式为 ¨
效益型指标，则 b =一a q，
6 U =． (3)0 Ct.

成本型指标，则 b ： ，b ： ． (4)’ 口 ’ 口由上式可得0≤b ≤1，而6 有可能大于 1，可以利用下面的变换把规范化矩阵曰进行再规范化，再规范化矩阵用D =(dij) 表示，dm o q [d， (5)由上式易知d ，d ∈[o，1]，且 d

2．3 求出各个评价指标的权重利用权重的求解方法求出评价指标的权重集W =( l， 2，?， n) ’，其中 ≥O(j=1，2，?，)，∑wj=1.

2．4 求解各个零件的综合评价值根据多指标决策中的简单加权法和区间数学中的区间扩张原理，则第 i个零件的综合评价值可表示为c = ∑ ： c i=1 ·，m； =1 ·，儿 (6)2．5 建立优势度矩阵把所有零件的综合评价值 c =[c ，c ]，进行两两比较，建立优势度矩阵P =(Pi )nxn~即 ：P=Q5 P12p21 Q5P 1 p砬? pl ]’： ?I其中： =P(c ≥q)．(7)： ： II? Q5J2．6 求出优势度矩阵的排序向量并进行排序设优势度矩阵P的排序向量是 V=( ，， ：，?，) ，且∑ =1，2×[∑P 十0．5]则 — · (8)按照计算出 的大小对相应的区间数c 按从大到小的顺序排序，区间数的 c 的大小顺序即代表方案绿色性的大小顺序.

3 发动机关键零部件制造过程资源环境属性评价选取dCil 1发动机的关键零部件为研究对象，该发动机为直列六缸、四冲程、增压中冷柴油机．每台dCil1发动机有连杆6个，缸体、缸盖、曲轴、凸轮23n 肌 跏
一 ～ ； 一轴各1个．从现场采集的发动机关键零部件加工工 艺的资源环境评价指标值如表1所示.

表l 每台dCil 1发动机关键零部件制造过程资源环境属性评价指标值Tab．1 Key parts manufacturing process resource environment property evaluation index of dCil 1 ensiHe根据表l中的数据建立区间数决策矩阵AA =[23．8，30．4] [269．6,295．5] [4．11，5．95] [74．24，85．17] [22．1，28．8] [4．11，5．95] [80，95][27．8，37．9] [275．8，308．6] [4．29，5．84] [78．35，83．28] [ 3，35．6] [4_29，5．84] [75，90][8．8，12．2] [163．2，175．9] [2．79，3．93] [52．16，62．12] [7．5，10．3] [2．79，3．93] [65，85][2．5，3．6] [73．1，83．3] [3．02，4．13] [51．25，65．08] [2．3，3．1] [3．02，4．13] [50，75][4．7，7．7] [94．6，103．5] [2．66，3．87] [48．56，57．46] [4．1，6_9] [2．66，3．87] [70，85]以上7个指标都为成本型指标，由公式(4)将区间数矩阵规范化得到规范化矩阵B =将规范化矩阵 进行再规范化得到矩阵DD =[0_06，0．10][0．05，0．09][0．14，0．28][0．48，1．00][0．22，0．53][0．22，0．27][o-21，0．26][0．37，0．45][0．77，1．00][0．62，0．77][0．31，o．65][0．32，0．62][0．47，0．96][0．44，0_88][0．48，1．00][0．48，0．65][0．49，0．62][0．66，0．93][0．64，0．95][0．72，1．00]利用层次分析法 ¨求出评价指标的权重集 w最口：W=(0．288 7 Q170 5 n170 5 n1705 Q 0980 0．061 2 Q 0406)由公式(6)可得各个零件的综合评价值C =[0．228 6,0．371 7]，C2=[0．226 9，0．355 7]，C3=[0．356 4，0．599 2]，C4=[0．553 l，0．963 7]，C5=[0．42 6，0．70 21.

把 5个零件的综合指标值进行两两比较可以建立优势度矩阵PP =0．5 0．574 0．334 0．233 0．2740．426 0．5 0．312 0．215 0．2540．666 0．688 0．5 0．334 0．3830．767 0．785 0．666 0．5 0．6010．726 0．746 0．617 0．399 0．5由公式(8)可求出优势度矩阵的排序向量V=(0．161 0 0．147 1 0．204 7 0．254 6 0．232 5) .

24[0．06，o．10][0．04，o．09][0．16，0．30][0．55，1．00][0．24，0．56][0．31，0．65][0．32，0．62][0．47，0．96][0．4，0_88][0．48，1．00][0．35，0．63][0．37，0．67][0．39，o．77][0．45，1．00][0．39，0．71]根据计算出 的大小对相应的区间数c 按从大到小的顺序排序，由于 c 的大小顺序即代表零件制造过程绿色性的大小顺序，故 dCil 1发动机连杆制造过程的绿色性最好，而缸盖制造过程的绿色性最差．其关键零部件制造过程绿色性从好到差的顺序为：连杆、凸轮轴、曲轴、缸体、缸盖.

4 结论在进行资源环境属性评价时为了考虑环境不确定性和测量误差等因素的影响，提出一种区间数资源环境属性评价方法．并利用此方法对 dCil 1发动机关键零部件制造过程资源环境属性进行评价，证明了该评价方法的可行性和实用性．本文将区间数知识运用到资源环境属性评价中，为企业采用绿色工艺提供了理论依据，具有重要的实用价值.

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Resource and environmentaI attributions evaluation inmanufacturing process based on interval numberYUE Wen—hui，HAN Zi—qiang，WANG Xiao-jun(Hunan Provincial Key Laboratory of Health Maintenance for Mechanical EquipmentHunan University of Science and Technology，Xiangtan 411201，China)Abstract：For the complexity and diversity of resource and environmental attributions in manufacturingprocess，a resource and environmental attributions evaluation method based on interval number is put forward.

Also，the method considered the efect of the environmental uncertainty and measurement error．The method wasused in the resource and environmental attributions evaluation of the key parts of dCil 1 engine in manufacturingprocess，which found the green merit order of key parts in the engine manufacturing process．And the feasibilityand practicality of the method was attested.

Key words：interval number；resource and environmental attributions；evaluation；uncertainty