模糊层次分析法在原料药设备重要度评价的应用研究

金 恺

模糊层次分析法在原料药设备重要度评价的应用研究

金 恺

（上海交通大学机械与动力工程学院，上海200030）

针对原料药设备的特点，提出了基于模糊层次分析法的重要度评价数学模型及分析步骤。通过实例应用表明，模糊层次分析法克服了传统判定法主观性强且侧重点单一的缺陷，能更客观地确定设备的重要度级别，对后续维修策略的选择具有指导意义。

模糊层次分析法；原料药设备；重要度评价；维修决策

0 引言

设备管理与维修是原料药企业的一项重要工作。优良的设备管理与维修体系的运作，不仅有益于设备的正常运行，以保证药品生产的连续性，还可以通过有计划、周期性、针对性的维修活动来降低维修成本，延长设备和寿命，从而提高企业的经济效益。

设备重要度评价作为设备管理与维修的一项重要内容，考察的是设备在其系统中的重要程度，是决策者对设备进行分类管理，并根据分类结果分别确定其维修策略的科学依据之一。在实际应用中，设备重要度评价方法有很多，如经验判定法、ABC分类法、模糊层次分析法[1-2]、TOPSIS法[3]、蒙特卡洛模拟[4-5]、BP神经网络[6]等，这些方法的比较如表1所示。

表1 重要度评价方法比较

经验判定法是设备管理人员通常采用的方法。在原料药企业中，设备管理人员一般根据与GMP的相关度对设备进行分类，列出主要关键设备、重要设备及一般设备清单，然后经设备、生产分管领导复核，报质量分管领导审批，通过审批的清单最终以SOP管理标准文件的形式加以管控、放行实施。实践证明，这样的分类方法虽然简单方便，但存在明显缺陷，即主观性太强且侧重点单一，缺乏可靠的量化数据，评价结果容易造成偏差，从而影响维修策略的选择。为了使评价结果更合理化、定量化、科学化，下面利用模糊层次分析法（Fuzzy Analytic Hierarchy Process，FAHP）来确定原料药设备的重要度级别。

1 基于模糊层次分析法的原料药设备重要度评价

模糊层析分析法又称不确定性层次分析法，是模糊理论的产物，该方法将层次分析法和模糊综合评判结合起来，能够在模糊的环境下对影响因素进行客观量化分析，现已广泛应用于制造、建筑、安全、环保、金融、教育等行业。

基于该方法的原料药设备重要度评价的大体步骤如下：

1.1 原则

模糊层次分析法的原则有：

（1）原料药设备重要度评价具体到每台设备而不是每条生产线。

（2）评价因素应符合原料药设备特点，各评价因素相对独立。

1.2 建立因素集

设原料药设备重要度评价因素集：

式中u1——关键影响因素；

u2——设备因素。

关键影响因素包括故障对GMP的影响、故障对EHS的影响、故障对利用率的影响及故障对生产的影响；设备因素包括故障频率、可维修性、可检测性及维修费用。

1.3 建立评价集

设原料药设备重要度评价集：

Vi={v1，v2，v3}

式中v1——主要关键设备；

v2——重要设备；

v3——一般设备。

1.4 确定权重集

利用层次分析法确定各层影响因素的权重分配。

首先，建立层次结构模型（图1）。图1模型中，GMP是药品生产质量管理规范的英文缩写，EHS是环境、健康、安全的英文缩写。

图1 原料药设备重要度评价层次结构模型

其次，设原料药设备重要度评价权重集：

式中，w1，w2，…，w8表示C层各因素相对目标A的权重，且满足

然后，构造成对比较判断矩阵，根据比例标度“1～9”（表2），由方根法求出权重值，并需通过一致性检验（n为矩阵阶数），RI的取值根据平均随机一致性指标（表3）查找。

表2 “1～9”标度

表3 平均随机一致性指标

2 构造模糊一致判断矩阵

模糊一致判断矩阵公式：

式中，rij表示第i个因素对应评价集中第j个等级的隶属度。

3 模糊综合重要度评价模型

模糊综合重要度评价模型公式：

式中Si——模糊综合重要度评价向量；

Wi——权重向量；

Ri——模糊一致判断矩阵。最终的评价结果则通过最大隶属度原则确定，即把最大的Si相对应的评价vi作为评价结果。本文中重要度S1对应主要关键设备，重要度S2对应重要

设备，重要度S3对应一般设备。

4 实例应用

本文以发酵罐为例，发酵罐属于原料药企业的生物制药设备，用于母液发酵，其设备使用状况影响后提取的质量和收率。下面利用模糊层次分析法对其进行设备重要度评价。

首先应用层次分析法确定图1中B层各因素相对目标A的权重。现组织工程、质量、生产部门共10位专家成立评估小组根据表2对B层各因素进行判定，其判定结果如表4所示。

表4 B层各因素相对目标A的权重

同理可得，C层各因素相对B层的权重，如表5、表6所示。

计算得出C层各因素相对目标A的权重，如表7所示。

针对C层各因素，评估小组成员对其逐一进行重要度隶属度投票，投票结果如表8所示，并构造模糊一致判断矩阵：

表5 C1～C4相对B1的权重

表6 C5～C8相对B2的权重

表7 C层各因素相对目标A的权重

表8 C层各因素的投票隶属结果

由此，得到模糊综合重要度评价：

因为0.739＞0.248＞0.013，所以由最大隶属度原则可得出，发酵罐属于该企业的主要关键设备。

5 结语

本文针对原料药设备的特点，提出了基于模糊层次分析法的重要度评价数学模型及分析步骤。通过实例应用表明，与传统判定法相比，该方法克服了传统判定法主观性强且侧重点单一的缺陷，能更客观地确定设备的重要度级别，对后续维修策略的选择具有指导意义。但是，模糊层次分析法有其局限性，该方法不适用于数据计算量大需及时处理的情况。

［1］韩旭，郭伟，李猛.基于模糊理论的设备分类决策的研究［J］.管理技术，2005（11）

［2］张艳丽，赵建平.设备重要度的模糊综合评判［J］.南京化工大学学报，1999，21（6）

［3］刘佳，王敏，顾煜炯，等.基于T O P S I S重要度分析的风电场设备维修方式逻辑决策［J］.可再生能源，2012，30（12）

［4］王宝，刘青，王彬.基于重要度的电弧炉炼钢系统维修决策［J］.中南大学学报：自然科学版，2013，44（1）

［5］丁文飞，黄子俊，崔晓梦.基于M onte C ar lo仿真的复杂装备维修决策［J］.空军雷达预警学院学报，2010，24（2）

［6］郭丽杰.基于风险的石化动设备智能维修决策研究［硕士学位论文］［D］.北京：北京化工大学，2009

2014-10-10

金恺（1985—），男，江苏无锡人，助理工程师，研究方向：工业工程、化工机械。