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作者：劉國昌茍秉宸單位：西北工業(yè)大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)研究所

產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案多樣化及其可制造性評(píng)價(jià)體系

1設(shè)計(jì)方案多樣化

產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)既是客戶需求的不確定語義表達(dá)，設(shè)α是產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)客戶需求域X中的一個(gè)元素，元素α在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)原理功能設(shè)計(jì)域Y中存在對(duì)應(yīng)的特定含義設(shè)為集合A，設(shè)計(jì)方案域Z中的對(duì)應(yīng)方案集為S。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的自然語義就是一種MNXYZ⎯→⎯→的映射，其中M和N分別是從X到Y(jié)和從Y到Z的映射，從模糊集合的角度分析，上述元素、集合及其映射的隸屬關(guān)系分別是如圖1所示，由圖可知單一的客戶模糊性需求映射到產(chǎn)品原理功能設(shè)計(jì)域和產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案域，其目標(biāo)并非一個(gè)確定的解，而是滿足一個(gè)由滿足設(shè)計(jì)需求的多個(gè)解組成的集合，當(dāng)然，集合內(nèi)的解的情況是不確定的，可能是唯一解，多解甚至空解。在概念設(shè)計(jì)的客戶需求往往是多種不同形式的需求的組合，即需求集，需求集中各個(gè)元素之間存在“或”或“與”的聯(lián)系，設(shè)概念設(shè)計(jì)需求域X的兩個(gè)元素分別為α和β，那么它們?cè)诋a(chǎn)品功能原理設(shè)計(jì)域Y中的組合體的解釋由以下集合運(yùn)算決定。同樣，從功能原理設(shè)計(jì)域Y到設(shè)計(jì)方案域Z也存在上述關(guān)系。因此，設(shè)計(jì)需求集產(chǎn)生不同的產(chǎn)品功能原理組合集，進(jìn)而產(chǎn)生不同的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案集。

2概念設(shè)計(jì)可制造性的多屬性評(píng)價(jià)體系

本文作者把可制造性定義為：在給定制造資源的條件下，對(duì)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)計(jì)因素所具備的制造可能性的評(píng)估與優(yōu)化。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)包含多重屬性，工業(yè)設(shè)計(jì)階段是產(chǎn)品可制造性的決定階段，而工業(yè)設(shè)計(jì)主要分為形態(tài)結(jié)構(gòu)、表面材質(zhì)、人機(jī)布局、色彩涂裝等幾個(gè)屬性，各屬性之間的相互作用構(gòu)成了設(shè)計(jì)方案可制造性評(píng)價(jià)的多屬性體系。如表1所示。每一個(gè)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案集都凝聚了設(shè)計(jì)師的辛勤的汗水，產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)因素和產(chǎn)品的種類有密切的關(guān)系。有些產(chǎn)品如家居設(shè)計(jì)，人機(jī)設(shè)計(jì)的屬性權(quán)重就要大一些，而機(jī)械產(chǎn)品形態(tài)結(jié)構(gòu)屬性權(quán)重反而會(huì)大一些。所以各個(gè)屬性的權(quán)重隨著不同的產(chǎn)品類別不同，也存在著產(chǎn)異性。

產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)是從客戶需求到產(chǎn)品概念創(chuàng)新的復(fù)雜映射過程。產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的多樣化和產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)計(jì)階段的復(fù)雜化，使得概念設(shè)計(jì)可制造性評(píng)價(jià)涉及因素廣泛且關(guān)系復(fù)雜，因而需要針對(duì)多種條件進(jìn)行評(píng)價(jià)和決策，以獲取一定制造資源條件下綜合性能最優(yōu)良的方案。常見的評(píng)價(jià)系統(tǒng)由專家主觀賦值得到屬性權(quán)重，然而由于專家經(jīng)驗(yàn)、背景、教育程度的不同使得其評(píng)價(jià)具有主觀性強(qiáng)等缺陷，因此將專家權(quán)重系數(shù)引入多屬性決策中，增強(qiáng)多屬性決策方法的客觀性和有效性，繼而為產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)可制造性評(píng)價(jià)提供一種新的有效地決策方法。

基于判斷矩陣信息的多屬性決策

對(duì)于多屬性群決策中的屬性和專家賦權(quán)問題，鑒于專家對(duì)于屬性的權(quán)重信息和專家權(quán)重信息完全蘊(yùn)含在專家給出的矩陣中，故應(yīng)充分挖掘判斷矩陣的特征信息進(jìn)行賦值，從而即獲得專家對(duì)于屬性的權(quán)重，又通過比較判斷矩陣或者權(quán)重的質(zhì)量獲得專家權(quán)重。基于判斷矩陣信息的語言多屬性決策方法主要分為兩步：首先是專家對(duì)評(píng)價(jià)體系的各個(gè)屬性進(jìn)行賦權(quán)；然后確定各個(gè)專家的個(gè)體可信度權(quán)值。以上兩個(gè)步驟均基于專家給出的判斷矩陣。并采用客觀賦權(quán)進(jìn)行。

1屬性賦權(quán)

問題的屬性權(quán)重未知。同時(shí)聘請(qǐng)專家采用9級(jí)評(píng)分的方法，分別對(duì)各個(gè)屬性進(jìn)行兩兩比較，得到判斷矩陣。專家kE給出的判斷矩陣為()(1,2,3,,)kAk=K，由判斷矩陣得到的屬性權(quán)重獨(dú)立考慮各個(gè)專家給出的判斷矩陣。當(dāng)判斷矩陣滿足一致性要求的時(shí)候，認(rèn)為ijjiaw=w。但由于專家認(rèn)識(shí)的局限性和實(shí)物的客觀復(fù)雜性，專家給出的判斷矩陣一般不會(huì)滿足一致性要求。因此期望由判斷矩陣(k)A得到屬性權(quán)重

2專家賦權(quán)

在給定專家進(jìn)行賦權(quán)的時(shí)候，應(yīng)從專家給出的判斷矩陣的一致性程度進(jìn)行考慮，一般認(rèn)為，判斷矩陣的一致性越好，該專家的屬性權(quán)重的判斷矩陣的可信度就越高。專家的判斷矩陣的一般形式為：專家個(gè)體的權(quán)重值與專家一致程度相關(guān)，專家一致程度即專家給出的判斷矩陣中判斷信息的一致程度。因此提取專家判斷矩陣的全部信息以確定其一致性程度，是確定專家權(quán)重值的有效途徑。那么如何提取專家的全部判斷信息呢？根據(jù)參考文獻(xiàn)的定理，對(duì)一個(gè)n階判斷矩陣kA，最多可以提取出一致性專家判斷矩陣的個(gè)數(shù)是n2n個(gè)。針對(duì)提取的專家一致性判斷矩陣，本文采用以下方法確定專家的權(quán)重值。根據(jù)前面的定理提取出n2Nn=個(gè)構(gòu)造一致性矩陣的元素組合，并將這些元素組合構(gòu)成一個(gè)元素集合記為Q，通過Q和一致性矩陣原理構(gòu)造一致性判斷矩陣，記為2,1,2,,nsAsn=，并且每個(gè)矩陣可以得到一

3評(píng)價(jià)實(shí)施方法

步驟一：利用式（4）由判斷矩陣得出各個(gè)

可制造性評(píng)價(jià)實(shí)例及分析

自行車租賃系統(tǒng)通過便捷的操作和時(shí)尚的外觀和綜合工藝性，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完成不同機(jī)柜之間的數(shù)據(jù)交換，為市民提供服務(wù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，零部件種類和數(shù)量繁多，設(shè)計(jì)條件涉及面廣，約束關(guān)系復(fù)雜。現(xiàn)選取4位專家從4個(gè)屬性對(duì)某一方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。屬性分別包含形態(tài)設(shè)計(jì)、人機(jī)布局、表面材質(zhì)和色彩涂裝。得到了四位專家的判斷矩陣為步驟三利用線性加權(quán)法集結(jié)屬性信息和專家信息，并選出最優(yōu)方案。易看出4個(gè)專家中有3個(gè)專家都認(rèn)為屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬性最為重要，而人機(jī)設(shè)計(jì)屬性、環(huán)境保護(hù)屬性和需求設(shè)計(jì)屬性的重要性相對(duì)接近且比結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性要小。由此分析：由專家234E,E,E得到的屬性權(quán)重較為一致；專家234E,E,E的權(quán)重系數(shù)應(yīng)該接近且大于1E的權(quán)重。從案例計(jì)算結(jié)果看，234w,w,w一致性較好，且結(jié)構(gòu)相同，均顯示屬性1權(quán)重最大，容易看出專家權(quán)重2ξ，3ξ，4ξ數(shù)值接近，均大于1ξ。同時(shí)也容易看出專家4E的判斷矩陣一致性最好，可以看出本方法具有簡答明了且快捷有效地特點(diǎn)。

結(jié)束語

概念設(shè)計(jì)可制造性評(píng)價(jià)是一個(gè)多屬性的決策問題，在面對(duì)制造因素制約的前提條件下，評(píng)價(jià)專家的主觀判斷致使決策行為不一致。由于專家對(duì)某個(gè)實(shí)際問題的決策的判斷完全蘊(yùn)含在其給出的判斷矩陣中，因此應(yīng)該充分挖掘?qū)＜遗袛嗑仃囆畔ⅲ瑥亩玫綄傩詸?quán)重和專家權(quán)重。本文利用一致性要求，提出了一種新的概念設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法：挖掘?qū)＜遗袛嗑仃囍械男畔ⅲ贸鰧＜覚?quán)重，以得出最優(yōu)方案。