探求產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計可制造性評議方法

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1.產(chǎn)品設(shè)計方案多樣化及其可制造性評價體系

1.1設(shè)計方案多樣化

產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計方案是根據(jù)客戶需求的不確定語義表達(dá)得到的，設(shè)α是產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計客戶需求域X中的一個元素，元素α在產(chǎn)品工業(yè)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)品工業(yè)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(,y)(y)mµα=µ和,(z)(z)nsµα=µ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)品工業(yè)設(shè)計方案域，其目標(biāo)并非唯一確定的解，而是一個由滿足設(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。產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計中，客戶多種不同形式的需求構(gòu)成了需求集，需求集中各個不同元素之間存在“或”或“與”的聯(lián)系，設(shè)工業(yè)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)品工業(yè)設(shè)計方案集。

1.2工業(yè)設(shè)計可制造性的多屬性評價體系

本文將可制造性定義為：在給定制造資源的條件下，產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計方案各屬性所具備的生產(chǎn)制造的可能性。產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計階段包含多重形式的屬性，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。在實際的產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計方案中，評價因素和產(chǎn)品種類有密切的關(guān)系。如家電產(chǎn)品，表面材質(zhì)屬性設(shè)計基本已經(jīng)成熟，人機交互的重要程度要大于其他幾個屬性的比重，因此在對家電產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計可制造性評價中，人機布局的權(quán)重要大一些。而重視產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的機械產(chǎn)品在可制造性評價中，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，也存在著較大的差異性。yαxzAS常見的評價系統(tǒng)由專家主觀賦值得到屬性權(quán)重，然而專家由于學(xué)歷、經(jīng)驗、背景及個人偏好等主客觀因素的影響，給出的評價信息往往客觀性和合理性較差，另外在可制造性評價中，評價對象的復(fù)雜性和不確定性也使得評價信息是不確定的，因此將不確定信息的語言多屬性決策理論引入到產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計可制造性評價中，增強可制造性評價的有效性和高效性。

2基于依賴型算子的不確定語言多屬性群決策法

目前不確定型依賴算子的多屬性決策法，在工商管理，工程預(yù)算和項目評估方面得到了較為廣泛地應(yīng)用，在設(shè)計方案評估方面還并不成熟。本文將結(jié)合文獻提出的不確定語言混合幾何平均算子和依賴型不確定語言有序加權(quán)幾何算子提出一種基于不確定語言多屬性決策的產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計可制造性評價方法。決策者在進行定性測度時，一般需要適當(dāng)?shù)恼Z言評估標(biāo)度，可事先設(shè)定語言評估標(biāo)度稱函數(shù)ULWGM為n維不確定語言的加權(quán)幾何平均算子。在實際的可制造性評價中，專家在產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計方案可制造性的決策中，往往主觀性較強，專家的偏好很大程度上決定了其給出的評價信息，因此設(shè)計方案可制造性評價經(jīng)常存在偏離綜合平均值較大的問題，為了保證可制造性評價的公平性，應(yīng)該降低偏離平均值較大的評價信息權(quán)重。因此需要重新定義ULOWG[7-11]算子的權(quán)重，即將以上各式進行代換得到(4)根據(jù)文獻（7,12）我們將式（3）的ULOWG算子稱為依賴型ULOWG算子即DULOWG算子，易知該算子為一個凈算子[7]。容易得到另外一種基于正態(tài)分布的思想的ULOWG算子權(quán)重算法。可以得出式（3）和式（5）確定權(quán)重的原則是：變量值越接近綜合平均值，其權(quán)重就越大，反之則越小，從而一定程度上降低了由于專家主觀因素對評價結(jié)果造成的消極影響。容易看出，兩種權(quán)重的確定方法中，前者的計算相對簡單，而后者在權(quán)重信息的處理上則更為合理。

3基于DULOWG算子的產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計

可制造性評估多屬性決策方法設(shè)決策者集(,)k12tζ∈ζζ，ζ，ζ對于工業(yè)設(shè)計方案集(,)12QQQQQim∈關(guān)于屬性集(,,,)11FFFFFjn∈進行測度，得到產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計方案Qi關(guān)于工業(yè)設(shè)計屬性Fj的屬性值()krsij∈，構(gòu)成工業(yè)設(shè)計可制造性評價決策矩陣()(1,2,,)kRrktkijmn==×，(,,,)12nξ=ξξξ為工業(yè)設(shè)計屬性權(quán)重向量，[0,1]jξ∈且11njj∑ξ==，下面給出具體步驟[7]。步驟1利用ULWGM算子，對產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計可制造性評價決策矩陣Rk中的第i行的工業(yè)設(shè)計屬性值進行集結(jié)，從而得出某一決策者kζ所給出的關(guān)于設(shè)計方案Qi的綜合屬性值為,,,12kkkkrrrriiiinULWGMξ=i=1,2,m；k=1,2,,t步驟2利用式（4）的DULOWG算子，對t位決策者給出的設(shè)計方案Qi的綜合屬性值()(1,2,,)krkti=進行集結(jié)，得到設(shè)計方案Qi的可制造性綜合屬性值為(1)(2)(),,,trDULOWGrrriiii=，i=1,2,,m步驟3由式（1）將ri和所有()1,2,,jrj=m進行對比得到()pprrijij=≥，從而對可制造性屬性r(i1,2,,m)i=進行排序，建立互補判斷矩陣()ijmnPp×=，其中p0ij≥，pp1ijji+=，0.5iip=，i,j=1,2,,m。然后對矩陣ijmnPp×=的行進行求和，得到1ijimppj=∑=，i=1,2,,m步驟4通過對比ip值的大小，對設(shè)計方案進行排序，ip值越大，其對應(yīng)方案的可制造性也就越好。

4實例分析

以上述方法為基礎(chǔ)，開發(fā)出基于不確定語言型多屬性決策方法的多工藝決策模塊，并應(yīng)用到某型吸塵器的CAID系統(tǒng)中。根據(jù)前文所述，抽取并建立吸塵器的評價體系，并基于ULWGM與DULOWG算子不確定多屬性決策方法，制定評價和決策流程。現(xiàn)有吸塵器工業(yè)設(shè)計方案5個~15QQ,4個評價屬性~14FF（屬性分別對應(yīng)材質(zhì)質(zhì)地、曲面形態(tài)、色彩涂裝和人機設(shè)計）假定評價屬性權(quán)重為ξ=(0.4,0.1,0.2,0.3),三位專家利用評估標(biāo)度={,,,,,,}1234567Ssssssss={極好，很好，好，一般，差，很差，極差}，所得的評價矩陣()(1,2,3)54kRrkkij==×為運用本文的所給出的方法進行求解，具體步驟如下。步驟1：利用ULWGM算子得到?jīng)Q策者kζ所給出的決策方案Qi的綜合屬性值為兩兩比較得到互補判斷矩陣為然后對互補判斷矩陣的每一行求和，得到1.8661p=，1.8622p=，2.8413p=，2.7834p=，3.1485p=步驟4：利用p(i1,2,,5)i=的值對決策方案進行排序得到：53412ppppp。從而得到具有最佳可制造性的工業(yè)設(shè)計方案為5Q。

5結(jié)束語

工業(yè)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，本文結(jié)合基于ULWGM與DULOWG算子的不確定語言多屬性群決策方法，構(gòu)建產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計可制造性評價體系，并通過相應(yīng)實例對系統(tǒng)的可行性進行了驗證，本方法通過提取決策者給出的決策信息，較大程度上保證了決策的客觀性，又規(guī)避了決策者由于主觀因素帶來的決策偏差，避免了決策結(jié)果不合理性。

作者：劉國昌茍秉宸陳俊璇單位：西北工業(yè)大學(xué)工業(yè)設(shè)計研究所