一种基于改进组合权值-TOPSIS法的火箭舱段加工过程资源环境评价方法与流程

本发明涉及绿色制造技术，尤其涉及一种基于改进组合权值-topsis法的火箭舱段加工过程资源环境评价方法。

背景技术：

火箭工程涉及到国防、民生等重大领域，因此现在的火箭设计和加工企业更多的关注火箭设计过程的性能和可靠性方面，随着国家资源节约、环境友好型社会建设的深入，我们在保证火箭产品性能的同时也要考虑火箭加工过程当中所产生的环境污染，现有的技术和工具中无法对火箭舱段的加工过程的资源环境进行分析，也无法判断火箭舱段的生产是否满足绿色产品的生产要求，更加无法判断火箭舱段的加工过程中哪一道工序消耗的资源和环境影响最大，从而无法对火箭舱段的加工工艺进行改进。

本发明提出一种基于组合权-topsis的火箭舱段加工过程资源环境评价方法，可以由最终的评价结果判断火箭舱段的加工过程是否满足绿色性产品的生产要求，可以很清楚的判断出火箭舱段的加工工艺过程中哪些工艺造成了大量的资源消耗和环境影响，从而可以对环境影响大的工艺进行改进和优化，使其满足绿色产品的生产要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于改进组合权值-topsis法的火箭舱段加工过程资源环境评价方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于改进组合权值-topsis法的火箭舱段加工过程资源环境评价方法，包括：

1)根据火箭舱段生产过程，采集火箭舱段生产阶段的环境负荷基础数据，所述环境负荷基础数据，包括各工序过程中能源输入种类和数量，污染物输出物质和数量，所述污染物输出包括：co2、so2、nox、粉尘，苯乙烯，废切削液；

2)构建火箭舱段资源环境评价指标体系模型，所述评价指标体系模型包括能源属性层、环境影响特性层和职业健康层三个准则层；

所述能源属性层包括以下指标：单位产品能耗；

所述环境影响特性层包括以下指标：单位产品粉尘排放量指标，单位产品气体污染指标，单位产品水污染，

所述职业健康层包括以下指标：职业健康与安全性指标；

3)确定火箭舱段加工工艺并进行参数采集；

火箭舱段加工过程包括舱段蒙皮、大端框、小端框、纵向筋、环向筋和窗口六个部件加工；

蒙皮的加工工艺包括缠绕工艺和固化工艺；

大端框、小端框、纵向筋、环向筋和窗口部件的加工工艺包括钳工，车削，热处理，和铣削；

根据部件和对应加工工艺，根据资源环境评价指标体系模型对每个部件和对应加工工艺进行参数采集；(有数据采集过程)

使用rfid技术和无线传感技术智能获取生产现场的信息，实现加工过程的实时监控。现场数据分布在车间各位置上的机床、工装、人员、材料及整个车间生产环境中，如物料所处加工位置及加工状态、材料加工的温度、湿度、粉尘、废液、噪声等环境参数。这些信息通过传感设备及采集设备获取。

刀具、工装出库，人员、物料、机床、量具等各生产要素的信息采集都是电子标签读卡工作流程的具体应用。火箭舱段加工过程所产生的环境排放因子由相应的环境采集传感器获取。

车间现场的数据分散到车间的各个部分，因此必须通过组网技术将分散采集的数据传输到数据处理中心进行统一处理。电子标签读写处理模块可以实现此功能，该模块根据车间现场情况部署在一台或者多台计算机上，各个电子标签读写器通过485总线组网，电子标签读写模块对电子标签进行信息的读取和写入操作。

环境信息采集模块统一部署到环境数据处理器上，使用zigbee组网技术与车间部署的各个传感器节点组网并与计算机相连，采集模块按时或按需对车间环境进行信息采集。

4)数据规范化处理；

将上述清单分析所获得的数据采用极差变化法规范化，极差变换法是目前多属性决策问题求解中用得最多的决策矩阵规范化方法。

成本型指标；

效益型指标；

上式中，xij为第j个评价指标在第i个加工工艺的规范化指标值，和分别表示所有方案在第j个评价指标在第i个加工工艺的最大值和最小值；其中能源属性，环境属性为成本型指标，职业健康为效益型指标；

5)建立适用于绿色产品评价的权重因子计算模型，进行评价指标权重的确定；

采用由拉开档次法确定的权重和熵权法确定的权重线性组合形成组合赋权法的综合权重；

5.1)拉开档次法确定权重

第一步，将火箭舱段加工过程的资源环境评价过程分为三个层次，目标层为最终的资源环境评价结果，准则层为能源属性层、环境影响特性层和职业健康层三个准则层；

指标层包括火箭舱段加工过程所消耗的能源，和加工过程产生的污染物以及加工设备的操作安全性；

根据数理几何角度理论，j个被评价对象是由i个评价指标构成的i维评价空间中的j个向量，选择指标权重系数即使各个向量在i维评价空间构造最佳的一维空间上映射分散度最大，运用拉开档次法确定评价指标权重系数；

5.2)熵权法确定权重

计算第j个指标下的第i个加工工艺的指标值的权重

其中：

pij表示第j个指标下的第i个加工工艺的权重；

rij表示第j个指标下第i个加工工艺的评价值；

表示第j个指标下的所有加工工艺的评价值的总和；

5.3)采用线性组合赋权法，将拉开档次法求得的权重和熵值法求得的客观权值线性叠加，得到最终权重计算公式如下：

其中:

fj表示采用拉开档次法求得的第j个指标的权重；

wj表示采用熵值法求得的第j个指标的权重；

cj表示采用基于拉开档次法和熵值法的线性组合权重；

6)根据拉开档次-熵值法组合赋权确定的评价指标体系的权重，获得基于改进组合权值-topsis法的火箭舱段加工过程资源环境评价结果；

7)通过改进的topsis法对判断该型号火箭舱段的生产加工过程是否符合绿色产品要求。

计算正理想点：

计算负理想点：

基于正负理想点构建一个虚拟负目标向量：

c^*＝(c1^*，c2^*…cj^*…cn^*)

其中cj^*＝2c^--c⁺

待评价对象与正理想点的欧式距离为；

待评价对象与虚拟点向量的欧式距离为；

计算相对贴近度；

ti值越接近1代表该型号火箭舱段的生产加工过程越符合绿色产品要求。

本发明产生的有益效果是：本发明可以根据最终的评价结果判断火箭舱段的加工过程是否满足绿色性产品的生产要求，可以很清楚的判断出火箭舱段的加工工艺过程中哪些工艺造成了大量的资源消耗和环境影响，从而可以对环境影响大的工艺进行改进和优化，使其满足绿色产品的生产要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的评价体系图；

图2是本发明实施例的数据采集示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于改进组合权值-topsis法的火箭舱段加工过程资源环境评价方法，包括：

1)根据火箭舱段生产过程，采集火箭舱段生产阶段的环境负荷基础数据，所述环境负荷基础数据，包括各工序过程中能源输入种类和数量，污染物输出物质和数量，所述污染物输出包括：co2、so2、nox、粉尘，苯乙烯，废切削液；

2)构建火箭舱段资源环境评价指标体系模型，所述评价指标体系模型包括能源属性层、环境影响特性层和职业健康层三个准则层；

所述能源属性层包括以下指标：单位产品能耗；

所述环境影响特性层包括以下指标：单位产品粉尘排放量指标，单位产品气体污染指标，单位产品水污染，

所述职业健康层包括以下指标：职业健康与安全性指标；

3)确定火箭舱段加工工艺并进行参数采集；

火箭舱段加工过程包括舱段蒙皮、大端框、小端框、纵向筋、环向筋和窗口六个部件加工；

蒙皮的加工工艺包括缠绕工艺和固化工艺；

大端框、小端框、纵向筋、环向筋和窗口部件的加工工艺包括钳工，车削，热处理，和铣削；

根据部件和对应加工工艺，根据资源环境评价指标体系模型对每个部件和对应加工工艺进行参数采集，并形成加工过程清单分析表；数据采集过程如下：

使用rfid技术和无线传感技术智能获取生产现场的信息，实现加工过程的实时监控。现场数据分布在车间各位置上的机床、工装、人员、材料及整个车间生产环境中，如物料所处加工位置及加工状态、材料加工的温度、湿度、粉尘、废液、噪声等环境参数。这些信息通过传感设备及采集设备获取。

其系统框架如图2；

刀具、工装出库，人员、物料、机床、量具等各生产要素的信息采集都是电子标签读卡工作流程的具体应用。火箭舱段加工过程所产生的环境排放因子由相应的环境采集传感器获取。

车间现场的数据分散到车间的各个部分，因此必须通过组网技术将分散采集的数据传输到数据处理中心进行统一处理。电子标签读写处理模块可以实现此功能，该模块根据车间现场情况部署在一台或者多台计算机上，各个电子标签读写器通过485总线组网，电子标签读写模块对电子标签进行信息的读取和写入操作。

环境信息采集模块统一部署到环境数据处理器上，使用zigbee组网技术与车间部署的各个传感器节点组网并与计算机相连，采集模块按时或按需对车间环境进行信息采集。

加工过程清单分析表如下：

1、复合材料蒙皮的加工工艺主要包括缠绕工艺和固化工艺，其加工过程资源环境消耗清单分析表如下：

金属端框和金属桁条的加工工艺主要包括钳工，车削，热处理，和铣削的工艺过程，车削加工过程资源环境消耗清单分析表如下：

热处理过程资源环境消耗清单分析表如下：

铣削加工过程资源环境消耗清单分析表如下：

现有10个项目，和包括金属桁架，金属端框的车削，热处理，铣削的4个评价指标，形成原始数据矩阵r＝(rij)10×4

4)数据规范化处理；

将上述清单分析所获得的数据采用极差变化法规范化，极差变换法是目前多属性决策问题求解中用得最多的决策矩阵规范化方法。

成本型指标；

效益型指标；

上式中，xij为第j个评价指标在第i个加工工艺的规范化指标值，和分别表示所有方案在第j个评价指标在第i个加工工艺的最大值和最小值；其中能源属性，环境属性为成本型指标，职业健康为效益型指标；

根据上述公式计算后可得归一化的标准矩阵；

5)建立适用于绿色产品评价的权重因子计算模型，进行评价指标权重的确定；

采用由拉开档次法确定的权重和熵权法确定的权重线性组合形成组合赋权法的综合权重；

5.1)拉开档次法确定权重

第一步，将火箭舱段加工过程的资源环境评价过程分为三个层次，目标层为最终的资源环境评价结果，准则层为能源属性层、环境影响特性层和职业健康层三个准则层；

指标层包括火箭舱段加工过程所消耗的能源，和加工过程产生的污染物以及加工设备的操作安全性；

根据数理几何角度理论，j个被评价对象是由i个评价指标构成的i维评价空间中的j个向量，选择指标权重系数即使各个向量在i维评价空间构造最佳的一维空间上映射分散度最大，运用拉开档次法确定评价指标权重系数；

具体步骤如下：

1)设定线性函数公式(1)为被评价对象的综合评价函数。公式(1)中x1，x2，…，xi为极大型评价指标，w＝(w1，w2，…，wi)^t为权重系数向量，x＝(x1，x2，…，xi)^t为被评价对象向量。

y＝w1x1+w2x2+··…+wixi＝w^tx(1)

2)将第m个被评价对象ym的i个标准观测值xml，xm2…，xmi代入公式(1)中，可得式(2)。

ym＝w1xm1+w2xm2+·……+wixmi，m＝1，2，…，j(2)

3)若记

4)公式(3)代入式(2)，即得公式(4)。

y＝aw(4)

5)拉开档次法确定指标权重系数w的原则是从整体上最大限度地突出各被评价对象之间的差异。即求j个被评价对象指标向量取值分散度或方差的最大值，即计算求出指标向量所构成线性函数y＝w^tx的方差(式(5))的最大值。

6)将公式(4)代入公式(5)中，同时对原始数据进行标准化处理，得到y＝0，代入公式(5)即得公式(6)。在公式(6)中，h＝a^ta为实对称矩阵。

js²＝w^ta^taw＝w^thw(6)

7)若对w不加限制，公式(6)可取任意大的值。因此，限定w^tw＝1，选取w为实对称矩阵h最大特征值所对应的标准特征向量时，式(7)即可取得最大值，此时w值即为拉开档次法确定的评价指标权重系数。记为fj＝(w1,w2,…wj),

约束条件：maxw^thw

5.2)熵权法确定权重

计算第j个指标下的第i个加工工艺的指标值的权重

其中：

pij表示第j个指标下的第i个加工工艺的权重；

rij表示第j个指标下第i个加工工艺的评价值；

表示第j个指标下的所有加工工艺的评价值的总和；

5.3)采用线性组合赋权法，将拉开档次法求得的权重和熵值法求得的客观权值线性叠加，得到最终权重计算公式如下：

其中:

fj表示采用拉开档次法求得的第j个指标的权重；

wj表示采用熵值法求得的第j个指标的权重；

cj表示采用基于拉开档次法和熵值法的线性组合权重；

6)根据拉开档次-熵值法组合赋权确定的评价指标体系的权重，获得基于改进组合权值-topsis法的火箭舱段加工过程资源环境评价结果；

7)通过改进的topsis法对判断该型号火箭舱段的生产加工过程是否符合绿色产品要求。

传统topsis法使用欧式距离法计算优选方案与理想目标点的接近程度，往往会出现与正理想目标点欧式距离近的方案同时与负理想目标点欧式距离也相近的状况，这种综合评价方法利用构建多目标评价问题的正理想解与负理想解，即各指标的最优水平与最劣水平，然后计算方案与正理想解、负理想解之间的距离，得出与理想解相对接近程度t，根据t值来评价方案的优劣。

由上述标准矩阵b加权标准规范化；

计算正理想点：

计算负理想点：

基于正负理想点构建一个虚拟负目标向量：c^*＝(c1^*，c2^*…cj^*…cn^*)

其中cj^*＝2c^--c⁺

待评价对象与正理想点的欧式距离为；

待评价对象与虚拟点向量的欧式距离为；

计算相对贴近度；

ti值越接近1代表该型号火箭舱段的生产加工过程越符合绿色产品要求。

将ti的值进行百分制转换后确定等级如下表。

火箭舱段加工过程绿色性评价表

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。