一种基于灰色信息量理想解的复杂机电产品评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种复杂机电产品评价方法,具体的说是一种基于灰色信息量理想解 的复杂机电产品评价方法。
【背景技术】
[0002] 方案的有效评价是复杂机电产品创新设计中的重要环节,它是从产品的价值、创 造性、实用性等方面对多种设计方案进行对比分析、评价和决策。常用方案评价方法有ΑΗΡ 法、生命周期评价法、模糊评价法等,但它们在方案评价中需考虑指标权重的选择和分配, 增加了评价者主观臆断对评价结果的影响。层次模糊评价方法、模糊公理评价方法虽然弱 化或避免了指标权重对评价结果的影响,但是其无法评价少数据、不确定性指标。
【发明内容】
[0003] 为克服现有复杂机电产品评价方法的不足,本发明提供了一种基于灰色信息量理 想解的复杂机电产品评价方法,以满足对复杂机电产品方案评价的需要。
[0004] 本发明解决其技术难题所采用的技术方案是:
[0005] 1.-种基于灰色信息量理想解的复杂机电产品评价方法是按如下步骤进行:
[0006] 步骤1:确定复杂广品优选方案集I為,為,…:,為_}和复杂机电广品的用户目标需 求;
[0007] 步骤2:根据定义1、2、3确定复杂机电产品的评价指标集g = G丨:,Gf,…,G;:,…,(?};
[0008] 步骤3:根据定义4确定第i个评价指标:(?.的目标范围理想值Cin;
[0009] 步骤4:确定评价指标的性质(定性、定量),应用灰色等级化(优、良、中、较差、差) 描述定性指标,并根据不同性质和类型的指标,选用公式(2,7,8,9)计算第i个评价指标Gj 的灰色信息量;
[0010] 步骤5:应用公式(3)计算产品所有评价指标总信息量Isys,并应用信息最小化公理 优选最佳方案。
[0011] 2.评价指标与目标范围理想解的相关定义
[0012] 为便于说明评价指标的确定及目标范围的获取问题,依据组件-功能模型和层次 分析法,对相关概念进行了如下定义。
[0013]定义1:设2 = {21,22,一,4"},111=1,2,'"为产品方案的组件集,组件21,2 2,'"2"为产 品方案的超系统、系统、子系统组件,称$:为组件Zm与组件Zn(l<n<m)具有相互作用关系, 则组件作用关系矩阵,
[0014]定义2:设S = ^,為,…,爲},1 = 1,2,…为规范化描述产品方案组件间功能集,如 Bi,B2,……表示为支撑,夹持,……,称,为组件2?对组件2"的功能作用关系,则产品方案的 功能-组件分析矩阵?
[0015]定义3:设<3〗是由满足用户目标需求的综合评价指标,根据定义1、定义2并参照技 术性、经济性、社会性、实用性四个评价指标属性,应用层次分析法对综合评价进行层层分 解,环环相扣,确定产品方案的k级评价指标句,(7丨,...,句,k=l,2,…直到每项指标不 可再分,且可度量为止,并形成具有隶属关系的层次递阶图。
[0016]定义4:设泛={?,。,.·.,(:,,}为第i个评价指标G丨的目标范围值集,应用TRIZ最终 理想解思想确定第i个评价指标g的目标范围理想值Cin(l < η < j),根据当前科学技术发 展水平,判断Cin是否符合现有产品的技术系统状态,如不符合,则选择应用技术系统进化法 则中的进化路线,确定第i个评价指标(?在进化路线上的位置及相应的目标范围理想值C in (1 < η < j)。
[0017] 3 ·评价指标信息量计算公式的扩展
[0018] 信息公理认为满足用户目标需求的最大成功概率为最优设计,并用信息量来表 示,信息量^最少的设计为最优设计。在复杂产品的方案中,满足用户目标需求的成功概率 Pi可有满足功能需求的设计范围dri与满足功能需求的候选方案系统范围sri间的交集-- 公共范围cri确定。因此,第i个评价指标(?信息量Ii的计算公式为
[0019] Ii = lb(l/pi) = lb(Asri/Acri)......(1)
[0020] 式中Pi--第i个评价指标Gi的成功概率;
[0021] Asri-一第i个评价指标(?的系统范围面积;
[0022] A〇ri一一第i个评价指标(?的系统范围与设计范围间的交集面积。
[0023] 在复杂产品的方案评价中,公式(1)仅适用于定量或适中指标(中类),对于一些设 计值越大越好(上类)或越小越好(下类)的参数,利用公式(1)计算出信息量的值往往不符 合实际。因此,公式(1)可扩展为
[0024] Ii = lb(EAsri/EAcri)……(2)
[0025] 式中EAsri--第i个评价指标(?扩展系统范围的面积;
[0026] EAcri--第i个评价指标(?扩展系统范围与扩展设计范围间的交集面积。
[0027] 复杂产品所有评价指标总信息量Isys为
[0028] 1=1
[0029]式中一一第i个评价指标(?的信息量。
[0030] 4.评价指标灰色信息量理想解的模型
[0031 ]复杂产品方案的评价中,较多评价指标无法定量描述,常用"高、中、低"、"优、良、 中、差"等定性灰量信息或区间灰数信息来描述。因此,需用白化权函数(上类、中类、下类) 将其标量化。对于第i个评价指标试的白化权函数形状可以表示为
[0032]
[0033]
[0034]
[0035] 式中 f(x) =L(x)--左单调递增,xe (χ1;χ2);
[0036] f (x) =R(x)--右单调递增,xE (X3,X4);
[0037] f (x) =M(x)--中间峰值,xE (x2,X3)〇
[0038] 4.1上类定性指标灰色信息量的计算
[0039] 对于上类定性指标,产品方案目标范围理想值(^为"良",则灰色系统范围Xi包括 "优"、"良,,两部分。第i个上类评价指标句的灰色信息量1^
[0040]
[0041]式中Xi-一第i个上类评价指标铒的灰色系统范围;
[0042] Cin一一第i个上类评价指标试的目标范围理想值;
[0043] I,一一第i个上类评价指标(?的灰色信息量。
[0044] 4.2下类定性指标灰色信息量的计算
[0045] 对于下类定性指标,产品方案目标范围理想值Cin为"较差",则灰色系统范围乂1包 括"差"、"较差"两部分。第i个下类评价指标Gi的灰色信息量IA
[0046]
[0047] 式中X,-一第i个下类评价指标(?的灰色系统范围;
[0048] Cin一一第i个下类评价指标α的目标范围;
[0049] I,一一第i个评价指标^的灰色信息量。
[0050] 4.3中类定性指标灰色信息量的计算
[0051] 对于中类定性指标,产品方案目标范围理想值Cin是介于某两个指标间的范围内。 第i个中类评价指标句的灰色信息量^为
[0052]
[0053] 式中I,一一第i个评价指标的灰色信息量。
[0054] 与现有技术相比,本发明的有益效果体现在:
[0055] 1.本发明给出了一种基于灰色信息量理想解的复杂机电产品评价方法,可以通过 组件-功能矩阵与产品设计目标的映射关系,快速获得符合实际的多层次、多属性评价指标 体系;
[0056] 2.本发明给出了一种基于灰色信息量理想解的复杂机电产品评价方法,可以准确 的描述并评价少数据、不确定性指标,快速、准确评价复杂机电产品方案,并获取符合实际 的产品方案。
[0057] 具体实施方法
[0058] -种基于灰色信息量理想解的复杂机电产品评价方法,是通过确定复杂产品优选 方案集和复杂机电产品的用户目标需求,再根据相关定义确定复杂机电产品的评价指标 集,然后根据相关定义确定某评价指标的目标范围理想值,依据评价指标的性质(定性、定 量),应用灰色等级化(优、良、中、较差、差)描述定性指标,并根据不同性质和类型的指标, 选用相关公式计算某评价指标的灰色信息量,最后应用总信息量计算公式计算产品所有评 价指标总信息量,并应用信息最小化公理优选最佳方案,快速优选出符合实际的复杂机电 广品方案,具体如下:
[0059] 第一步获得某复杂机电产品的优选方案集X = {4,為,為,…}和用户目标需求:高 效地完成预期目标。
[0060] 第二步确定某复杂机电产品的优选方案的组件集f = (? ,馬,K3, z4 ,?,艺6, _ · ·}
[0061] 优选方案的组件作用关系矩阵为
[0062] ? · * * ·
· ^
[0063] 优选方案的功能-组件分析矩阵为
[0064]
[0065] 优选方案的多层次、多属性评价指标体系图。基于指标体系图,选用二级评价指标 作为优选方案的评价指标,即(1 2 = {〇'丨,句,。
[0066] 步骤3第i个评价指标句的目标范围理想值Cin(表1)。
[0067]表1某复杂机电产品的优选方案的评价指标的理想化状态和目标范围理想值
[0068]
[0069] 步骤4某复杂机电产品的优选方案评价指标的灰色信息量(表2)
[0070] 表2某复杂机电产品的优选方案的评价指标的灰色信息量
[0071]
[0072] 步骤5基于表2计算某复杂机电产品各优选方案的总信息量,并根据信息最小化公 理,确定最优方案。
【主权项】
1. 一种基于灰色信息量理想解的复杂机电产品评价方法,其特征在于,所述的基于灰 色信息量理想解的复杂机电产品评价方法是按如下步骤进行: 步骤1:确定复杂广品优选方案集A = (4,為,…和复杂机电广品的用户目标需求; 步骤2:根据定义1、2、3确定复杂机电产品的评价指标集步骤3:根据定义4确定第i个评价指标(?的目标范围理想值Cin; 步骤4:确定评价指标的性质(定性、定量),应用灰色等级化(优、良、中、较差、差)描述 定性指标,并根据不同性质和类型的指标,选用公式(2,7,8,9)计算第i个评价指标(?的灰 色信息量; 步骤5:应用公式(3)计算产品所有评价指标总信息量Isys,并应用信息最小化公理优选 最佳方案。2. 根据权利要求1所述的一种基于灰色信息量理想解的复杂机电产品评价方法,其特 征在于定义1、定义2、定义3、定义4分别为: 定义1:设Z = (Z1,Z2,…,},m= 1,2,…为产品方案的组件集,组件Z1,Z2,…ZmS产品方 案的超系统、系统、子系统组件,称为组件Zm与组件Zn(ISnSm)具有相互作用关系,则组 件作用关系矩阵为; 定义2 :设苞={尽,^,…,4),1 = 1,2,…为规范化描述产品方案组件间功能集,如B1, B2,……表示为支撑,夹持,……,称为组件Zm对组件叾"的功能作用关系,则产品方案的功 能-组件分析矩阵为定义3:设是由满足用户目标需求的综合评价指标,根据定义1、定义2并参照技术性、 经济性、社会性、实用性四个评价指标属性,应用层次分析法对综合评价进行层层分解,环 环相扣,确定产品方案的k级评价指标铒,Gf _4=1,2,~直到每项指标不可再 分,且可度量为止,并形成具有隶属关系的层次递阶图; 定义4:设ξ = Ca,…为第i个评价指标(?的目标范围值集,应用TRIZ最终理想 解思想确定第i个评价指标G的目标范围理想值Cin( I < η < j ),根据当前科学技术发展水 平,判断Cin是否符合现有产品的技术系统状态,如不符合,则选择应用技术系统进化法则中 的进化路线,确定第i个评价指标g在进化路线上的位置及相应的目标范围理想值C in(l < η 仝 j) 〇3.根据权利要求1所述的一种基于灰色信息量理想解的复杂机电产品评价方法,其特 征在于公式2,公式3,公式7,公式8,公式9分别为: 公式2:第i个评价指标句信息量I1的计算公式为 Ii = lb(EAsri/EAcri) 式中EAsr i--第i个评价指标·(?扩展系统范围的面积; EAcri一一第i个评价指标试扩展系统范围与扩展设计范围间的交集面积; 公式3:复杂机电产品所有评价指标总信息量Isys为式中I i--第i个评价指标的信息量。 公式7:第i个上类评价指标贫的灰色信息量1,为式中X1一一第i个上类评价指标(?丨的灰色系统范围; Cin-一第i个上类评价指标(?的目标范围理想值; I1一一第i个上类评价指标句的灰色信息量; 公式8:第i个下类评价指标句的灰色信息量I1S式中X1-一第i个下类评价指标句的灰色系统范围; Cin-一第i个下类评价指标(/'丨的目标范围; I1一一第i个评价指标碑的灰色信息量; 公式9:第i个中类评价指标(?的灰色信息量1,为式中I1一一第i个评价指标的灰色信息量。
【专利摘要】一种基于灰色信息量理想解的复杂机电产品评价方法,是通过确定复杂产品优选方案集和复杂机电产品的用户目标需求,再根据相关定义确定复杂机电产品的评价指标集,然后根据相关定义确定某评价指标的目标范围理想值,依据评价指标的性质,应用灰色等级化描述定性指标,并根据不同性质和类型的指标,选用相关公式计算某评价指标的灰色信息量,最后应用总信息量计算公式计算产品所有评价指标总信息量,并应用信息最小化公理优选最佳方案。本发明可以准确的描述并评价少数据、不确定性指标,快速优选出符合实际的复杂机电产品方案。
【IPC分类】G06Q10/06
【公开号】CN105488626
【申请号】CN201510851319
【发明人】丛东升
【申请人】丛东升
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月26日