工業品設計論文：工業品概念設計的制造性評估范文

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作者：劉國昌茍秉宸單位：西北工業大學工業設計研究所

產品設計方案多樣化及其可制造性評價體系

1設計方案多樣化

產品概念設計既是客戶需求的不確定語義表達，設α是產品概念設計客戶需求域X中的一個元素，元素α在產品概念設計原理功能設計域Y中存在對應的特定含義設為集合A，設計方案域Z中的對應方案集為S。產品概念設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品原理功能設計域和產品概念設計方案域，其目標并非一個確定的解，而是滿足一個由滿足設計需求的多個解組成的集合，當然，集合內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”的聯系，設概念設計需求域X的兩個元素分別為α和β，那么它們在產品功能原理設計域Y中的組合體的解釋由以下集合運算決定。同樣，從功能原理設計域Y到設計方案域Z也存在上述關系。因此，設計需求集產生不同的產品功能原理組合集，進而產生不同的產品概念設計方案集。

2概念設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，對產品概念設計工業設計因素所具備的制造可能性的評估與優化。產品概念設計包含多重屬性，工業設計階段是產品可制造性的決定階段，而工業設計主要分為形態結構、表面材質、人機布局、色彩涂裝等幾個屬性，各屬性之間的相互作用構成了設計方案可制造性評價的多屬性體系。如表1所示。每一個產品概念設計方案集都凝聚了設計師的辛勤的汗水，產品概念設計的評價因素和產品的種類有密切的關系。有些產品如家居設計，人機設計的屬性權重就要大一些，而機械產品形態結構屬性權重反而會大一些。所以各個屬性的權重隨著不同的產品類別不同，也存在著產異性。

產品概念設計是從客戶需求到產品概念創新的復雜映射過程。產品設計方案的多樣化和產品概念設計工業設計階段的復雜化，使得概念設計可制造性評價涉及因素廣泛且關系復雜，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良的方案。常見的評價系統由專家主觀賦值得到屬性權重，然而由于專家經驗、背景、教育程度的不同使得其評價具有主觀性強等缺陷，因此將專家權重系數引入多屬性決策中，增強多屬性決策方法的客觀性和有效性，繼而為產品概念設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問題，鑒于專家對于屬性的權重信息和專家權重信息完全蘊含在專家給出的矩陣中，故應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重，又通過比較判斷矩陣或者權重的質量獲得專家權重。基于判斷矩陣信息的語言多屬性決策方法主要分為兩步：首先是專家對評價體系的各個屬性進行賦權；然后確定各個專家的個體可信度權值。以上兩個步驟均基于專家給出的判斷矩陣。并采用客觀賦權進行。

1屬性賦權

問題的屬性權重未知。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重獨立考慮各個專家給出的判斷矩陣。當判斷矩陣滿足一致性要求的時候，認為ijjiaw=w。但由于專家認識的局限性和實物的客觀復雜性，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得到屬性權重

2專家賦權

在給定專家進行賦權的時候，應從專家給出的判斷矩陣的一致性程度進行考慮，一般認為，判斷矩陣的一致性越好，該專家的屬性權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：專家個體的權重值與專家一致程度相關，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重值。根據前面的定理提取出n2Nn=個構造一致性矩陣的元素組合，并將這些元素組合構成一個元素集合記為Q，通過Q和一致性矩陣原理構造一致性判斷矩陣，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

自行車租賃系統通過便捷的操作和時尚的外觀和綜合工藝性，通過物聯網技術完成不同機柜之間的數據交換，為市民提供服務。系統結構較為復雜，零部件種類和數量繁多，設計條件涉及面廣，約束關系復雜。現選取4位專家從4個屬性對某一方案進行評價。屬性分別包含形態設計、人機布局、表面材質和色彩涂裝。得到了四位專家的判斷矩陣為步驟三利用線性加權法集結屬性信息和專家信息，并選出最優方案。易看出4個專家中有3個專家都認為屬性結構設計屬性最為重要，而人機設計屬性、環境保護屬性和需求設計屬性的重要性相對接近且比結構設計的重要性要小。由此分析：由專家234E,E,E得到的屬性權重較為一致；專家234E,E,E的權重系數應該接近且大于1E的權重。從案例計算結果看，234w,w,w一致性較好，且結構相同，均顯示屬性1權重最大，容易看出專家權重2ξ，3ξ，4ξ數值接近，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。

結束語

概念設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，因此應該充分挖掘專家判斷矩陣信息，從而得到屬性權重和專家權重。本文利用一致性要求，提出了一種新的概念設計評價方法：挖掘專家判斷矩陣中的信息，得出專家權重，以得出最優方案。