论文研究-基于直觉模糊推理与系统动力学的产品生命周期成本控制模型.pdf

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论文研究-基于直觉模糊推理与系统动力学的产品生命周期成本控制模型.pdf,  基于产品生命周期成本(LCC)系统的复杂动态结构,利用系统动力学建立LCC控制模型.将直觉模糊推理技术嵌入成本模型中,用于刻画成本动因间的复杂模糊关系,解决了历史数据不足、人为判断模糊等问题.以广州某厂所生产的某型号液压泵为例,通过实证模拟证明该模型能更有效地实现对产品LCC的控制,具有较大的应用价值和较强的适用性.
第11期 张笑言,等:基于直觉模糊推理与系统动力学的产品生命周期成本控制模型 2865 其中FS、FS分别为隶属函数模糊系统和非隶属函数模糊系统的输出,(1-π)为非犹豫指数,即隶属函数 的可信度28.可以看出,当π=0时,直觉模糊集转化为普通模糊集. 步骤一直觉模糊化 首先建立状态变量的属性函数,为了计算方便,本文采用三角型隶属函数,pA(x)由专家评估给出,(x 可根据具体情况给定,则非隶属函数为:vA(x)-1-pA(x)-r(x),这样得到的pA(x)和vA(x)更加确切 理26 步骤二直觉模糊推理 付于给定的直觉模糊集合A*(前提“x是A)和X×Y上的直觉模糊关系A→B(规则“如果x是 A,则y是B”),利用经典模糊推理 mandani方法分别推理出B*的隶属函数系统输岀和非隶属函数系统输 1By∈y4(HANB) VB*=A(VAV( 5) 如果为多前件多规则情况,如有n个前件A和K条规则,则B*表示为 B-(3y)=Vp,(g) V((AuA(O)A((AuAAuBy) 大=⊥ x∈X2 ∈Y 步骤三去模糊化 将步骤二中得到的隶属函数系统和非隶属函数系统的模糊推理结果,利用 centroid方法去模糊化,再根 据公式(3)得到直觉模糊系统的输出结果 3直觉模糊环境下的LCC控制模型 31LCC基本模型 本文从企业视角,按照文献29中对成本项目的划分,将产品LCC划分为物料成本、人工成本、设备成 本和保证成本.这些成本与决定它们的成本动因之间相互作用和影响,共同组成一个有机整体.本文假设产 品的故障概率服从两参数(质量参数和外形参数 Weibull)分布30,则设计阶段决定的产品特征参数如设计 质量参数、外形参数、工艺参数等,在很大程度上影响和决定了其他成本动因,如物料耗用量、生产时间、故 障率等.而物料质量等又反过来影响产品的实际质量参数等特征参数 鉴于现实个业中成本系统的复杂多样性和保密性,本文在对我国广东某液压泵厂的YBE高性能液压泵 的相关成本数据进行调硏的基础上对实际情况进行简化和调整,选取通用的成本动因建立LCC系统动力学 基本模型,系统中的参数设定见文献[19,其系统流图如图1所示 设计质量参数 形状参数B 实际质量参数 物料价格一 产品单次维修费用_保证成本 服务年限 目标成本 物料成本一 产品实际成 设备成本 物料耗用量 设备羊次维修费用 人工成本 成本差异率 折旧费用 设备维修费用 工人薪酬率 设备维修次数 设备质量 设备已使用年限 人为故障率 图1产品LCC基本模型系统流图 2866 系统工程理论与实践 第37卷 基本模型中重要方程有 1)设备维修次数-生产时间/ GAMMA LN(exp(1+1/设备质量)+人为故障率,本文假设设备和产品 在使用中都采用全新维修方案 2)成本差异=(目标成本一产品实际成本)目标成本 3)产品维修次数=服务年限/(实际质量参数* GAMMA LN(exp(1+1/形状参数)) 4)设备质量=2-设备已使用年限*0.01; 5)设备单次维修费用=设备原值/1000 6)折旧费用=设备原值*生产时间/240. 32直觉模糊关系的嵌人 产品实际质量参数,一般根据已有产品的历史故障维修数据计算得到0,但在设计初期故障维修数据 难以得到.可以利用已有相似产品得到本产品的设计质量参数,其在很大程度上决定了产品的实际质量参 数.实际质量参数还与生产产品的物料质量有关,而物料质量在一定程度上表现为物料价格,则实际质量参 数可由设计质量参数和物料价格通过直觉模糊推理系统(IF-THEN规则)进行推算 首先,根据专家主观经验判断,建立产品质量参数和物料价格的直觉模糊属性函数和规则.物料价格的 变化范围为[15,20],将其分为低、较低、中、较高、高五个状态,最大隶属度μ=0.8,设定犹豫度为0.05, 则最小非隶属度v=0.1526,对应的直觉模糊集为P=<(15,15,16),(15,16,17),(16,17,18),(17,18,19) (18,19,19);0.8,0.,15>,产品质量参数的变化范围为28,32],将其划分为五个区域低、中、高,对应的直觉 模糊集为Q=<(28,28,29.5),(28.5,30,31.5),(29,30.5,32):0.8,0.15>,以产品质量参数为“中”这个直觉 模糊集合为例,图2显示了直觉模糊集的隶属函数与非隶属函数 1.2 非求属函数 属函数 0.2 产品质量参数 图2产品质量参数为“中”的三角隶属函数与非隶属函数 在广泛征求专家与企业人员的意见和经验数据的基础上,构建产品实际质量参数的16条隶属函数系统 推理规则,如图3所示.例如规则1为:IF物料价格为低AND设计质量参数为低,THEN实际质量参数 为低”.由此得到非隶属函数系统推理规则:F物料价格不为低AND设计质量参数不为低,THEN实际质 量参数不为低”.利用Ⅶ atla.b模糊控制器27分别对两系统的实际质量参数进行推理,如图3上方显示的, 在隶属函数系统,“当物料价格=17,设计质量参数=30时,实际质量参数=30.推理结果的图形界面见图 4、5.最后利用公式(3),得到直觉模糊系统中的实际质量参数 33LCC控制模型 331敏感性分析 根据上述基本模型,估算出产品的生命周期成本.利用 Vensim敏感性分析工具,设定相关参数在-40% 到+40%的范围内正态分布,对这些参数进行敏感性测试,找出关键成本动因(即控制作用点).由于篇幅所 限,本文只给出物料价格对产品LCC的敏感性分析完整结果,如图6所示.图7给出了所有相关参数的敏 感性分析结果.可以看出、设计质量参数、物料价格、物料耗用量对LCC的影响最大,通过控制这些成本动 因,可以达到有效控制成本的目的 第11期 张笑言,等:基于直觉模糊推理与系统动力学的产品生命周期成本控制模型 2867 物料价格=17 设计质量参数=30 实际质量参数=30 4 图3直觉模糊推理的规则界面 30.06 物料价格 实际质参数 物料价格 图4隶属函数的非线性界面 图5非隶属函数的非线性界面 昂头际成本 50%75%■_95%■100■ 2.000 400 1.500 酬物 物料 各|设 1.250 原值 多数 1.000 时间(月) 图7相关參数对产品LCC的敏感性分析结果 图6物料价格对产品LCC的敏感性分析结果 3.32产品LCC控制模型 根据敏感性分析得到的关键成本动因,本文提出三种成本控制策略:1)改良生产工艺,一方面可以简化 生产流程,节约生产时间,从而降低人工成本和设备成本;另一方面可以减少不必要的材料浪费,减少物料耗 用量降低物料成本.2)改良设计,本文主要休现在提高产品的设计质量参数,从而减少产品故障概察,降低 保证成本.3)选择价格较低的物料,一方面降低了物料成本,另一方面,低成本的物料可能会使产品实际质 量参数下降,进而增加保证成本9.在一般模型基础上,设定目标成本=1400,将其与实际LCC的差异作 为成本控制的对象,建立LCC控制模型,如图8所示.为」计算方便,本文不考虑成本控制过程本身带来的 额外成本 控制模型中重要方程有: 1)物料价格= INTEG(物料价格调整率,25); 2868 系统工程理论与实践 第37卷 2)物料价格调整率= PULSE TRAIN(物料价格调整时间,0,物料价格调整时间,100)×物料单价*物 料调整系数*成本差异率; 3)设计质量参数=30-成本差异率; 4)生产工艺改进=成本差异率/工艺改进时间; 5)物料耗用量= INTEG(物料量调整率,17) 6)物料量调整率=物料耗用量*生产工艺改进; 7)生产时间变化率=生产效率*生产工艺改进 控制方法2 改良设计 物料价吝调整时间设计质量参数 吻料价格调整系数 形状参数 实际质量参数 物料价格 产品单次维修费用保讧成本 物料价调整率 服务年限 控制方法3 降低物料价 日标成本 产品维修次 昂实际成本 设各单次雄修费用 工成本 生产工艺改进 成本差异率 折旧费用 设备维修费用 控制方法 攻进生 工人薪酬率 殳备维修次数 设备质量 生产效率 设备已使用年限 图8产品LCC控制模型系统流图 3.4LCC控制模型模拟结果 利用 Vensim软件建立LCC控制模型,模拟期限设定为θ到36个月(模拟期限可以根据决策者的需要 而定),夲模型通过了机械错误检验、量纲一致性检验和有效性检验.其模拟结果如图9所示.叮以看出,三 种控制方法都使产品LCC在一段时间内有一定程度的下降.其中,改良生产工艺的控制效果最明显,在早期 成本下降速度就很快,第8个月就基本达到了目标成本.选择低价格物料对成本的控制作用为阶梯式的,这 是山于厂商和原料供应商之间的合同具有一定的时效性.另外,物料价格的降低也会影响产品质量,进而可 能提高产品的故障率,所以控制效果可能不会达到预期.本文的改良设计控制方法对成本的影响是渐进式的, 相比前两种控制方法效果相对较差,这主要是由于本文的设计改良只针对产品质量参数这一个指标,如果考 虑对产品进行更全面的设计改良,对产品成本的控制效果应该会更明显. 产品实际成x 广品实际成本 2.000 2000 1750 1.000 .000 Time(Monh) Tme(Menth) 产品实际成本:空制嗅型降低物料价格 品实际或本 隆低物料价格 产品实际成本:空制嗅型2改艮设计 产品实际成本 产品实际成本:溶制嘆型1改良生产工艺 产品实际成本 1改良生产工艺 产品实际成本:原始嘆型 产品实际成本 图9LCC不同控制情境的模拟结果 图10一般SD模型的模拟结果 为了述一步验证该模型的有效性,将文献[19提出的一般成本控制SD模型在相同参数设定下进行模 拟,结果如图10所示.可以看到,与本文提出的基于直觉模糊推理的成本动态控制模型相比,改良生产工艺 和改良设计的控制效果二者基本相同.当采取低价格物料策略时,起初几个月产品成本下降速度要快于本模 第11期 张笑言,等:基于直觉模糊推理与系统动力学的产品生命周期成本控制模型 2869 型,到第6个月达到最低点1532元,之后逐步上升,第36个月达到1671元这是因为一般SD模型无法准 确描述成本动因间的模糊关系,造成了控制过度,因此引入直觉模糊摧理本模型具有更好的控制效果.具体 控制指标对比如表1所示 表1控制改果指标分析 最终成本(元) 最低成本(元) 最低成本达成时间(月) 般SD模型夲文模型一般SD模型本文模型一般SD模型本文模型 改良生产工艺 1400 1400 1400 400 改良设计 1561 1510 1561 1510 36 降低物料价格 l671 1509 l532 1509 6 18 另外,图11显示了在降低物料价格策略下,产品生命周期成本各成本项目的变化关系.可以看到,物料 成本与保证成本之间呈反向变动关系、.期初物料成本的下降变动幅度大于保证成本的上升幅度,之后两者的 变动幅度趋于相同直至平稳.可见与传统ICC估算控制模型将成本项目简单相加不同,该模型能更好地反 映成本项目间的复杂动态关系 几个成本项目 m31222 2830323436 操 型3降低物科价格 图11相关成本项目的变化关系 4结论 本文针对LCC系统的动态性、复杂性和模糊性,将直觉模糊推理嵌入系统动力学方法,构建了基于直觉 模糊推理与系统动力学的LCC控制模型.通过Ⅴ ensim软件进行模拟和敏感性分析,找出关键成本动因,通 过控制关键成本动因达到有效控制成本的目的.模拟结果表明,该方法能有效控制生产企业产品LCC,且与 其他方法相比,能更好地反映系统要素间的复杂关系,为企业进行成本控制决策提供了有效支持.本文仅从 生产者角度对LCC进行划分,未从用户、社会角度考虑使用成本、废弃成本等31,也未将成本控制活动本 身引发的成本纳入研究范围,这些都是未来研究的方向 参考文献 1 Shad D. 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