工業(yè)品設(shè)計論文：工業(yè)品概念設(shè)計的制造性評估范文

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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)計研究所

產(chǎn)品設(shè)計方案多樣化及其可制造性評價體系

1設(shè)計方案多樣化

產(chǎn)品概念設(shè)計既是客戶需求的不確定語義表達，設(shè)α是產(chǎn)品概念設(shè)計客戶需求域X中的一個元素，元素α在產(chǎn)品概念設(shè)計原理功能設(shè)計域Y中存在對應(yīng)的特定含義設(shè)為集合A，設(shè)計方案域Z中的對應(yīng)方案集為S。產(chǎn)品概念設(shè)計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)計域和產(chǎn)品概念設(shè)計方案域，其目標(biāo)并非一個確定的解，而是滿足一個由滿足設(shè)計需求的多個解組成的集合，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，需求集中各個元素之間存在“或”或“與”的聯(lián)系，設(shè)概念設(shè)計需求域X的兩個元素分別為α和β，那么它們在產(chǎn)品功能原理設(shè)計域Y中的組合體的解釋由以下集合運算決定。同樣，從功能原理設(shè)計域Y到設(shè)計方案域Z也存在上述關(guān)系。因此，設(shè)計需求集產(chǎn)生不同的產(chǎn)品功能原理組合集，進而產(chǎn)生不同的產(chǎn)品概念設(shè)計方案集。

2概念設(shè)計可制造性的多屬性評價體系

本文作者把可制造性定義為：在給定制造資源的條件下，對產(chǎn)品概念設(shè)計工業(yè)設(shè)計因素所具備的制造可能性的評估與優(yōu)化。產(chǎn)品概念設(shè)計包含多重屬性，工業(yè)設(shè)計階段是產(chǎn)品可制造性的決定階段，而工業(yè)設(shè)計主要分為形態(tài)結(jié)構(gòu)、表面材質(zhì)、人機布局、色彩涂裝等幾個屬性，各屬性之間的相互作用構(gòu)成了設(shè)計方案可制造性評價的多屬性體系。如表1所示。每一個產(chǎn)品概念設(shè)計方案集都凝聚了設(shè)計師的辛勤的汗水，產(chǎn)品概念設(shè)計的評價因素和產(chǎn)品的種類有密切的關(guān)系。有些產(chǎn)品如家居設(shè)計，人機設(shè)計的屬性權(quán)重就要大一些，而機械產(chǎn)品形態(tài)結(jié)構(gòu)屬性權(quán)重反而會大一些。所以各個屬性的權(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)計方案的多樣化和產(chǎn)品概念設(shè)計工業(yè)設(shè)計階段的復(fù)雜化，使得概念設(shè)計可制造性評價涉及因素廣泛且關(guān)系復(fù)雜，因而需要針對多種條件進行評價和決策，以獲取一定制造資源條件下綜合性能最優(yōu)良的方案。常見的評價系統(tǒng)由專家主觀賦值得到屬性權(quán)重，然而由于專家經(jīng)驗、背景、教育程度的不同使得其評價具有主觀性強等缺陷，因此將專家權(quán)重系數(shù)引入多屬性決策中，增強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)計可制造性評價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

對于多屬性群決策中的屬性和專家賦權(quán)問題，鑒于專家對于屬性的權(quán)重信息和專家權(quán)重信息完全蘊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行賦值，從而即獲得專家對于屬性的權(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?；谂袛嗑仃囆畔⒌恼Z言多屬性決策方法主要分為兩步：首先是專家對評價體系的各個屬性進行賦權(quán)；然后確定各個專家的個體可信度權(quán)值。以上兩個步驟均基于專家給出的判斷矩陣。并采用客觀賦權(quán)進行。

1屬性賦權(quán)

問題的屬性權(quán)重未知。同時聘請專家采用9級評分的方法，分別對各個屬性進行兩兩比較，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)重獨立考慮各個專家給出的判斷矩陣。當(dāng)判斷矩陣滿足一致性要求的時候，認(rèn)為ijjiaw=w。但由于專家認(rèn)識的局限性和實物的客觀復(fù)雜性，專家給出的判斷矩陣一般不會滿足一致性要求。因此期望由判斷矩陣(k)A得到屬性權(quán)重

2專家賦權(quán)

在給定專家進行賦權(quán)的時候，應(yīng)從專家給出的判斷矩陣的一致性程度進行考慮，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)參考文獻的定理，對一個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數(shù)是n2n個。針對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=，并且每個矩陣可以得到一

3評價實施方法

步驟一：利用式（4）由判斷矩陣得出各個

可制造性評價實例及分析

自行車租賃系統(tǒng)通過便捷的操作和時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)計條件涉及面廣，約束關(guān)系復(fù)雜?，F(xiàn)選取4位專家從4個屬性對某一方案進行評價。屬性分別包含形態(tài)設(shè)計、人機布局、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個專家中有3個專家都認(rèn)為屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計屬性最為重要，而人機設(shè)計屬性、環(huán)境保護屬性和需求設(shè)計屬性的重要性相對接近且比結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性要小。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。

結(jié)束語

概念設(shè)計可制造性評價是一個多屬性的決策問題，在面對制造因素制約的前提條件下，評價專家的主觀判斷致使決策行為不一致。由于專家對某個實際問題的決策的判斷完全蘊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?，從而得到屬性?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)計評價方法：挖掘?qū)＜遗袛嗑仃囍械男畔?，得出專家?quán)重，以得出最優(yōu)方案。