網絡化設計評價群決策支持系統研究
2008-12-31 00:00:00吳通周憲余隋懷陸長德
計算機應用研究 2008年7期
摘 要：為了改進產品設計評價的方法，將決策支持系統機制引入產品設計評價領域。改進了部分個體評價及群決策方法，構建了適用產品設計的評價問題生成庫和評價問題解決方法庫。結合產品設計評價的特點，采用群體決策的思想，構建出包括對話、數據、模型三個模塊的群決策支持系統框架。建立基于網絡的產品設計評價群決策支持系統。它將對輔助決策、改進設計質量具有較高的實用價值。
關鍵詞：工業設計； 設計評價； 決策支持系統； 群決策； 模糊評價
中圖分類號：TP311 文獻標志碼：A
文章編號：1001-3695(2008)07-2084-03
Research of networked group decision support system for design evaluation
WU Tong， ZHOU Xian， YU Sui-huai， LU Chang-de
（Key Laboratory of Contemporary Design Integrated Manufacturing Technology， Institute of Industrial Design， Northwestern Polytechnical University， Xi’an 710072， China）
Abstract:In order to improve the product design evaluation methods， the paper introduced decision support system (DSS) into product design evaluation area. After improved some evaluation and group decision methods， build the evaluation problems generating base and the evaluation problems solving base which fitful to product design. Linking with product design evaluation features and using ideological system of group decision， the paper structured the group decision support system (GDSS) frame which included dialog， data， and model three parts. Further， build a networked product design evaluation GDSS. It will bring values into decision assisting methods and the improvement of design level.
Key words：design evaluation; decision support system; group decision; fuzzy evaluation
產品質量首先是設計出來的，然后才是生產制造出來的，為了提高設計的效率和成功率，在產品設計階段，必須對設計方案進行評價和決策，以確定其是否滿足要求。
1 產品設計評價與群決策
工業設計所要解決的是復雜、多解的問題，解決這種多解的問題，通常的邏輯步驟是：分析—設計—評價—決策。
由于設計評價本身的復雜性，除了定量目標需要評價外，人們更期望于對定性的目標也能進行判斷。逐漸出現了以專家系統為核心的模糊評價理論。此外，評價不應僅是為對方案的科學分析和評定，還應針對方案的技術、經濟、美學等方面的弱點提出改進意見。廣義的評價實質上是產品開發設計的優化過程。
工業設計本身具有的多學科交叉性，使得設計評價、決策知識和信息量很大，決策問題錯綜復雜，單個決策者進行決策的情況越來越少，由多個決策者參加決策（即群決策）的情況越來越多。一般認為，由多個決策者針對同一問題進行聯合行動抉擇，然后把不同成員關于方案的偏好按某種規則集結為決策群體的一致或妥協的群體偏好序稱為群決策。
群決策的一般過程為：首先由決策者針對共同的決策問題給出其意見，然后對意見的一致性進行分析，如果滿足某種集結規則，就進入意見的集結與方案的選擇過程，否則就需要協調決策者重新給出決策意見。
2 系統設計
產品設計評價決策支持系統就是在數據模塊、對話模塊、模型模塊的支持下，利用多種有效的評價方法和決策方法對設計方案進行評價和決策，從而實現對復雜的評價決策問題的輔助。群決策支持系統（group decision support system，GDSS）是面向群體活動的，它既繼承了群決策理論最大限度地減少決策中的不確定因素，并且能夠敏銳地發現問題的優點，同時又繼承了決策支持系統理論利用數據和模型輔助進行決策的優點，可為群體活動提供溝通支持、模型支持及數據支持。
2．1 系統框架結構設計
本研究采用決策者面對同一指標體系各自單獨決策，然后綜合其決策結果的群體參與形式，選擇分布式的群體決策支持系統的體系結構?？梢杂行У刂С滞瑫r異地的決策活動，方便地進行新產品方案認定與評價。同時為了使該系統具有可重用性，在設計中引入面向對象的方法。
系統的框架結構采用Sprague提出的決策支持系統三模塊結構，即人機交互系統（對話模塊）、數據庫管理系統（數據模塊）和模型庫管理系統(模型模塊)。
2．2 系統功能設計
2．2．1 管理者功能
管理者功能中除了常規的系統維護、與專家和企業之間的聯系外，其最主要的功能是數據庫管理。具體包含:a)產品設計方案信息管理；b)企業信息管理；c)專家信息管理；d)專家個體評價結果管理；e)指標體系管理（總體指標、企業偏好指標、專家偏好指標的編輯等）；f)模型庫管理；g)知識庫管理；h)知識積累和模式總結。
2．2．2 企業功能
該模塊是為企業通過網絡進行產品設計方案提交而設計的，主要功能包括企業注冊、登錄；企業信息錄入、修改；產品基本信息和模型的錄入、修改；查詢產品設計方案的評價狀態、各專家的評價結果、群體決策結果以及各專家的留言、建議等。
2．2．3 專家功能
該模塊是為專家通過網絡參加對提交的產品進行評價與決策而設計的，具體包括登錄、查詢信息、與其他專家通信、指標打分、權重打分、選擇評價方法、修改評價結果、選擇集結方法、提出建議、退場等。
2．3 系統工作機制
系統運行階段的工作包括：a)評價指標的選擇和指標權重的分配；b)方案的評價和排序；c)決策期間的交流；d)決策結果的顯示；e)知識積累和模式總結。其工作流程如圖2所示。
3 數據模塊的設計和實現
數據模塊主要負責企業、專家以及與產品群評價相關的規程協議、評價指標體系、權重、評價知識介紹等基本信息的組織、管理、添加和刪除等。主要涉及評價問題生成庫和評價問題求解庫兩個數據庫。
3．1 評價問題生成庫
結合產品設計的特點，評價問題生成庫部分構建內容如圖3所示。
在本系統中，該評價問題生成庫只是一個參考性指標。對于不同的產品設計，專家與企業之間可以利用對話模塊完善評價指標。最終由管理員利用知識積累和模式總結方式不斷完善評價問題生成庫。
3．2 評價問題求解庫
評價問題求解庫包括個體評價問題求解庫和群決策集結方法庫。在第3章中，筆者對個體評價和群決策集結方法作了詳盡的解釋。在評價問題求解庫中，系統利用VBScript腳本語言，將其軟件化，并規整為評價方法庫，專家只需根據自己的專業知識和偏好，選擇其中的一種或多種對設計方案進行評價，對提出自己的群決策集結偏好方法，由管理員完成最終的群策集結。
3．3 其他數據庫管理
主要包括專家信息庫、企業信息庫、產品設計方案基本信息庫、群決策知識庫等。
4 模型模塊的設計和實現
4．1 計算模型
計算模型是指群決策方法中涉及的加權平均和DEA等評價模型。群決策過程涉及個體評價和群體決策兩個階段。一般是先由各決策者分別作出自己的判斷即評價，然后再將這些判斷信息按照某種方法集結合成為群體決策結果（即最終的決策）。
4．1．1 個體評價模型
本研究中采用基于評價值的數據包絡分析法（data enve-lopment analysis，DEA），并將其整理作為系統中評價問題解決方法庫的一部分，以供決策者選擇。
DEA法是一種應用數學規劃模型計算具有相同類型的部門的相對有效性的方法，它多應用于經濟領域中多輸入多輸出的復雜系統，本文構建適用于產品設計評價的DEA法，來判斷產品設計方案的經濟技術價值比。設有n款產品設計方案(被評對象)，每款方案有m種類型的資金輸入，p種效益輸出。其中：xij表示第j款方案的第i種資金輸入量；yrj表示第j款方案的第r種效益輸出量；vi表示第i種輸入的權系數；ur表示第r種輸入的權系數。
對應于權系數向量V=(v1，v2，…，vm)T和U=(u1，u2，…，um)T，構造有效率評價指標的最優化模型為
上述線性規劃均有最優解，且最優值VD=Vp≤1。
4．1．2 群決策模型
設n個專家分別給出對方案的評價值vi（i=1，2，…，n），求群評價值v的算法即為評價值的集結法。評價值集結的加權平均最優法則可描述為：如果專家i(i=1，2，…，n)的評價值為vi，vi與真實值v0的差是均值為0且方差為σ2i的獨立隨機變量，則當Wi=M/σ2i 1/M=∑ni=11/σ2i時，最優的群評價值為v=∑mj=1WiVi，此時群評價值最接近真實值，誤差方差最小，為M。利用Langrange法解此最小化問題得Wi=M/σ2iσ-2=M。其中：M定義為1/M=∑ni=11/σ2i。
4．2 產品模型
對于企業提交的二維模型（即平面效果圖），管理員進行三視圖的篩選和展示。
對于三維模型在該系統中的設計與實現，通過網絡虛擬現實的三維模型展示技術，專家可以對產品設計實例的造型、美學、人機、色彩等信息進行非常直觀的觀察，還可以通過拖拽、縮放、移動等方式，了解產品細節及內部結構，使專家對設計實例的評價更具有全面性和確定性。
根據企業用戶上傳的三維模型，管理員使用輸出插件將其輸出到Cult3D設計文件中，通過Cult3D開發軟件——Cult3D Designer動態編輯，為其增加事件、動作、聲音等元素，完成網絡形態展示的功能。同時還編寫了代碼程序以保證產品三維模型在模型模塊的適當位置顯示。
5 結束語
產品設計的評價和決策是提高產品設計質量的一個重要環節。本文依照決策支持系統的三模塊結構，結合工業設計評價和群決策的特點，開發的網絡化產品設計評價群決策支持系統可以充分發揮群體決策是在分布式環境下的優勢，保證DSS系統工作的協同性、適應性和開放性，輔助專家進行決策，提升產品設計的質量。
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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>
