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机械产品设计方案多指标综合评价方法

在机械产品概念设计阶段，方案设计是产品设计的关键环节，最终产品质量

的高低直接受产品设计方案的影响.产品概念设计阶段是一个复杂的具有创造性

的智力活动过程，根据产品需求通常会产生多个候选设计方案，对方案的评价往

往涉及多种技术指标.如何考虑各种不确定性因素对指标权重的影响，对众多技

术指标进行综合评价，获取最优的机械产品设计方案，是保证产品性能和进一步

设计的关键.

工程中常用的评价方法有多种，如价值工程法、模糊评价法、灰色关联法、

人工神经网络、层次分析法(analytichierarchyprocess，AHP)、网络分

析法(analyticnetworkprocess，ANP)等.LIN等通过集成层次分析法和逼近

理想排序法，进行客户需求和产品设计指标识别，并完成对产品设计方案综合评

价.AYAG等将模糊理论引入网络分析法，对产品设计方案进行评估，其结果显

示ANP方法比AHP方法具有更强的适用性.肖人彬等建立了一种基于模糊信息

公理的设计方案评价方法.林晓华等提出了一种基于改进DEMATEL-VIKOR混

合模型，通过引入直觉模糊理论表达信息的不确定性，建立了产品概念方案的评

价方法.邓军等建立了概念设计质量评价体系，并用信息熵描述质量评价指标权

重的不确定性因素，基于最大信息熵原理对质量评价问题进行优化和评价.徐晓

慧等将机械产品总体设计方案的评价问题描述为不完全多参数决策问题，通过信

息熵与有序加权平均算子，建立了机械产品方案设计评价的决策方法.张根保等

建立了一种多元质量特性重要度排序模型，用三角模糊数计算主观权重，通过信

息熵确定质量特性指标层的客观权重.目前，对于机械产品设计方案评价方法的

研究大多是通过应用模糊理论，对定性指标进行模糊处理，采用专家评分等方法

对设计方案总体评价值进行排序.在评价过程中，对指标权重的设置多采用经验

方法，具有较强的主观性.

本文以分析机械产品设计方案的技术指标特点为基础，引入信息熵描述指标

权重的不确定性，应用方案综合评价值偏离度最小和最大信息熵原理，构建了产

品设计方案评价的优化模型与求解方法.形成机械产品设计方案综合评价流程(如

图1).

图1机械产品设计方案综合评价流程

1机械产品技术指标体系

1.1机械产品技术指标体系组成

机械产品技术指标之间具有多学科耦合的特点，由很强的系统性与复杂性，

这为指标体系构建带来了困难.技术指标体系的建立应该遵循科学性、全面性、简

明性、动态性、独立性和可操作性等原则.技术指标一般从常规性统计资料和相关

研究中取得.对于某些不易收集、难以量化的关键指标，则可根据变量间的相关程

度，开拓出可以量化的替代指标.根据指标体系的构建原则，以及技术指标间关

系，可构建出图2所示的机械产品设计方案技术指标体系.

图2机械产品设计方案的技术指标体系

1.2技术指标体系符号定义

假设有m个参与评价的技术指标，记为X=［x，x，…，x］;n个参与评

12m

价的设计方案，记为P=［P，P，…，P］.方案P对应第j个指标用a来表示

12niij

(i=1，2，…，n;j=1，2，…，m)，则n个产品设计方案的m×n个技术指标值

构成矩阵A=［a］，即

ijn×m

把矩阵A称作为产品设计方案集的技术指标评价矩阵.

2设计方案评价的线性规划

2.1评价矩阵的规范化处理

由于技术指标性质各不相同，各指标值所表达含义及量纲无法直接进行比较，

为避免量纲间的差异给产品设计方案的评价带来影响，需通过适当变换，将不同

量纲的技术指标化为量纲一的标准化指标，即对技术指标评价矩阵A进行规范

化处理，记规范化后的矩阵为R=