基于層次分析法的電子設備結構方案評價研究

邢焰

摘 要：為了更好地評價電子設備結構設計過程中方案的優劣，文章以某一電子設備需求目標為例，提出了一種電子設備結構方案評價方法的框架，采用層次分析法（AHP）建立一個多層次的結構模型及方案比選指標體系，綜合多方面因素對備選方案進行定量評價。

關鍵詞：層次分析法；層次結構；判斷矩陣；電子設備

電子設備結構設計是一項復雜的綜合多學科的系統工程，范圍涉及力學、機械學、材料學、熱學、化學、人機工程學、電子學、環境科學、美學等多門學科，包含著相當廣泛的技術內容，是多門基礎學科的綜合應用。隨著時代的發展和科學技術的進步，結構設計面臨著越來越多的要求和挑戰，如何得到綜合因素影響下的優化方案，是追求的目標。這里提出運用層次分析法（AHP）對結構設計方案進行評價，尋求將定性問題量化，從而得到更為直觀全面的評價結果。

1 方法基本思路

AHP（The Analytic Hierarchy Process），即層次分析法，是一種系統分析方法。它充分體現定性與定量相結合，把復雜問題分解為若干有序層次，并根據對一定客觀事實的判斷，就每一層次的相對重要性給予定量表示，利用數學方法確定出表達每一層次的全部元素相對重要性次序的數值，并通過各層次的分析導出對整個問題的分析[2]。

用層次分析法作系統分析， 首先要把問題層次化。根據問題的性質及需要達到的總目標， 將問題分解成不同的組成因素， 并按照因素間的相互關聯影響以及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合， 形成一個多層次的分析結構模型。并最終把系統分析歸結為最低層（供選擇的方案）， 相對于最高層（總目標）的相對重要性權值的確定或相對優劣次序的排序問題[1]。

本應用的AHP模型由上至下共分四層次：目標層（A）、準則層（B）、基礎指標層（C）和方案層（D）。

基本思路是：首先根據具體的用戶需求目標，提煉結構方案需要考慮的指標因素，進行兩兩比較評價，得到判斷矩陣A-B、B-C、C-D，并計算出它們的權重，然后根據得出的權重，對結構方案進行打分量化，實現對多個方案量化評價和比較，最終得到滿意的結果。

2 目標分析

某電子設備的用戶需求目標如表1所示。

表1明確了電子設備的基本尺寸和組成，并對環境適應性提出了具體要求。明確的用戶要求與潛在的研制需要，構成了目標層。而滿足目標或需要優化的指標、因素就構成了準則層。

3 層次結構

通過對目標層的分析，提取出包括結構形式、可靠性、工藝性、人機工程以及經濟性等五個主要因素構成準則層，并且針對準則層的每一個特征進一步細化分解，盡量涵蓋影響設計目標的主要因素，并且避免交叉和概念歧義。形成的層次結構見圖1。

4 評價過程和步驟

依照層次分析法，評價過程分為：建立判斷矩陣、計算關鍵特征的權重、檢驗一致性、層次排序等幾個步驟。

4.1 建立判斷矩陣

首先，組織包括設備總師、結構師、工藝師等相關人員， 依據表2的比例標度，對準則層各因素在目標層中的重要性以及指標層各因素在其對應準則層的因素中的重要程度進行兩兩比較打分，從而構建判斷矩陣。

在層次分析法中，定量化是通過Saaty提出的1-9 比例標度法實現的[3]，取1-9 之間的整數以及它們的倒數作為衡量bj對bk的相對重要程度的數值，用這些標度來量化自然語言，各個數值標度的含義如表2 所示。

建立準則層相對于目標層的判斷矩陣，見表3；建立指標層相對于準則層的判斷矩陣，見表4。

4.4 層次排序

經過以上的評價計算過程，并對層次結構進行總排序，可以得到方案評價體系。見表6。

對層次分析法獲得的數據信息進行評價和研究，可獲得以下成果：

（1）通過對權重排序，可找出結構方案中較為重要的設計因素，主要包括：外形要素、散熱性能、PCB安裝方式、加工工藝性、電磁兼容性等；

（2）針對分析出的重要設計因素，著重進行方案設計和計算機仿真分析，可提高方案的整體水平；

（3）針對備選方案的各指標進行評價和打分，分別與權重值相乘并相加獲得綜合得分，通過各方案的分數比較，可直觀地得到較優方案。

5 結束語

在多因素多方面影響的方案篩選中，層次分析法有著較為清晰的方法脈絡，可將復雜問題量化，將意見和建議用數字來表達。特別是對電子設備結構這類涉及學科較廣、需要大量經驗積累的工程實踐活動，可應用層次分析法，采用頭腦風暴法廣納眾人之力，收集相關信息和資料，完善目標相關因素，建立準確的數學模型，并利用科學的計算方法，可獲得較佳的決策。

參考文獻

[1]趙煥臣，許樹柏，和金生，等.層次分析法[M].北京：科學出版社，1986.

[2]劉新憲，朱道立.選擇與判斷-AHP（層次分析法）決策[M].上海：上海科學普及出版社，1990.