基于模糊层次分析法的制药设备重要度评价模型研究

基于模糊层次分析法的制药设备重要度评价模

型研究

摘要：为了避免传统判定法主观性强且侧重点单一的缺陷，提出了利用模糊层次分析法来解决制药设备的分类问题。该方法建立了制药设备重要度评价的模糊层次分析模型，利用层次分析法确定各影响因素的权重，构造模糊一致判断矩阵，计算得到模糊综合评价结果，根据最大隶属度原则确定设备的重要度级别。计算实例表明，该方法方便、易懂、实用，得出的评价结果能为制药设备的维修决策提供重要依据。

关键词：模糊层次分析法；制药设备；重要度评价；层次分析法；维修决策 中图分类号：TQ460.5 文献标识码： A

Research on the Criticality evaluation of Pharmaceutical Facility

Based on FAHP

Jin Kai

（ School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, 200030）

Abstract: Aiming to avoid the problems with the subjective judgment for the traditional decision-making method, fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) is put forward to solve the problem of criticality evaluation of pharmaceutical facility. This method builds FAHP model based on the criticality evaluation of pharmaceutical facility, calculates the weight of factors based on the analytic hierarchy process (AHP), sets up fuzzy judgment matrix, gets fuzzy evaluation result, and confirms the criticality level of facility based on subordinating degree. The instance shows that FAHP is a convenient, easy and useful method, which can be used in making-decision on the maintenance of pharmaceutical facility.

Key words: FAHP; Pharmaceutical facility; Criticality evaluation; AHP; Maintenance decision

1. 引言

*

作者简介：金恺（1985- ），男，江苏无锡人，学士，研究方向为工业工程、化工机械.电话（Tel.）:13812287189；E-mail: jinkaijk1985@163.com

设备维修是制药企业的基础活动之一，也是新版GMP（药品生产质量管理规范）的基本要求之一。随着现代制药设备一体化、自动化、信息化水平的提高，设备维修成本、维修难度、维修风险会显著增加，这给制药企业提出了新的挑战，即需要建立科学、合理、有效的维修体系来应对。优良的设备维修体系的运作，不仅有益于药品的质量和产量，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，延长设备寿命，进一步增加企业的利益。因此，对制药设备展开维修决策研究是重要且有必要的。

设备重要度评价作为维修决策的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以及确定其维修策略的科学依据之一。在实际应用中，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

评价方法

优点

缺点

缺乏可靠的量化数据，主观性太强

各影响因素权重相同，不符实际

确定权重时计算量大，不适合求解多维问题 函数复杂，常规方法求解困难

确定权重时计算量大 理解相对较难

评价因素

难易程度 容易 容易 中等 中等 中等 中等

应用范围 应用较广、但不是标准方法 应用最广的方法之一

应用广 应用较广 应用较广 应用较少

经验判定法 ABC分类法 模糊层次分析法 TOPSIS法 蒙特卡洛模拟 BP神经网络

简单，方便 划分简便，容易实施 方便，易懂，实用 定性与定量相结合 直接通过决策矩阵确定权重值

易仿真，数据处理方便及时客观，鲁棒性强 强大的计算和自学习的能力

单因素 多因素 多因素 多因素 多因素 多因素

经验判定法是设备管理人员通常采用的方法，在制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）来确定制药设备的重要度级别。

2. 基于模糊层次分析法模型的制药设备维修评价模型

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。

基于该方法的制药设备重要度评价的大体步骤如下。 2.1 原则

（1） 制药设备重要度评价具体到每台设备而不是每条生产线。 （2） 评价因素应符合制药设备特点，各评价因素相对独立。 2.2 建立因素集

设制药设备重要度评价因素集合:Ui??u1,u2?，式中，u1表示“关键影响因素”，u2表示“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、可检测性及维修成本。 2.3 建立评价集

设制药设备重要度评价集：Vi??v1,v2,v3?，式中，v1表示“主要关键设备”，v2表示“重要设备”，v3表示“一般设备”。 2.4 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），设制药设备重要度评价权重集：Wi??w1,w2,?,w8?，式中，w1,w2,?,w8表示C层各因素相对目标A的权重，且满足?wi?1,wi?(0,1)。然后构造成对比较判断矩阵，根据表2采

i?18用比例标度“1～9”，由方根法求出权重值，并需通过一致性检验CR?CI?CI?0.1，式中，RI?max?nn?1?n为矩阵阶数?，RI的取值根据表3查找。

?r11??rRi??21???r?n1r12r22?rn2????r1n??r2n? ???rnn??2.5 构造模糊一致判断矩阵

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。

目标层制药设备重要度A关键影响因素 B1设备因素 B2准测层故障对GMP的影响故障对EHS的影响故障对利用率的影响故障对生产的影响故障频率 可维修性可检测性维修费用C1C2C3C4C5C6C7C8方案层制药设备1制药设备2? 制药设备n 图1 制药设备重要度评价层次结构模型 Fig.1 The AHP mode of pharmaceutical facility

表2 “1～9”标度

标度 1 3 5 7 9 2，4，6，8

倒数

若元素i与

表示i与表示i与表示i与表示i与表示i与

含义

j两个元素互相比较，i和j两个元素互相比较，i比j两个元素互相比较，i比j两个元素互相比较，i比j两个元素互相比较，i比j同样重要 j稍微重要 j明显重要 j非常重要 j极端重要

1 aij表示上述相邻标度的中间取值

j的重要性比值为aij，那么j与i的重要性比值为

表3 平均随机一致性指标

阶数

1 0

2 0

3 0.58

4 0.90

5 1.12

6 1.24

7 1.35

8 1.41

9 1.45

RI

2.6 模糊综合评价模型

Si?WiRi??s1,s2,s3?

式中，Si表示模糊综合评价向量，Wi表示权重向量，Ri表示模糊一致判断矩阵。最终的评价结果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。