基于層次分析法的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)方案評價研究

邢焰

摘 要：為了更好地評價電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中方案的優(yōu)劣，文章以某一電子設(shè)備需求目標(biāo)為例，提出了一種電子設(shè)備結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)模型及方案比選指標(biāo)體系，綜合多方面因素對備選方案進行定量評價。

關(guān)鍵詞：層次分析法；層次結(jié)構(gòu)；判斷矩陣；電子設(shè)備

電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項復(fù)雜的綜合多學(xué)科的系統(tǒng)工程，范圍涉及力學(xué)、機械學(xué)、材料學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)、人機工程學(xué)、電子學(xué)、環(huán)境科學(xué)、美學(xué)等多門學(xué)科，包含著相當(dāng)廣泛的技術(shù)內(nèi)容，是多門基礎(chǔ)學(xué)科的綜合應(yīng)用。隨著時代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨著越來越多的要求和挑戰(zhàn)，如何得到綜合因素影響下的優(yōu)化方案，是追求的目標(biāo)。這里提出運用層次分析法（AHP）對結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)果。

1 方法基本思路

AHP（The Analytic Hierarchy Process），即層次分析法，是一種系統(tǒng)分析方法。它充分體現(xiàn)定性與定量相結(jié)合，把復(fù)雜問題分解為若干有序?qū)哟危⒏鶕?jù)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(shù)學(xué)方法確定出表達(dá)每一層次的全部元素相對重要性次序的數(shù)值，并通過各層次的分析導(dǎo)出對整個問題的分析[2]。

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

本應(yīng)用的AHP模型由上至下共分四層次：目標(biāo)層（A）、準(zhǔn)則層（B）、基礎(chǔ)指標(biāo)層（C）和方案層（D）。

基本思路是：首先根據(jù)具體的用戶需求目標(biāo)，提煉結(jié)構(gòu)方案需要考慮的指標(biāo)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(quán)重，然后根據(jù)得出的權(quán)重，對結(jié)構(gòu)方案進行打分量化，實現(xiàn)對多個方案量化評價和比較，最終得到滿意的結(jié)果。

2 目標(biāo)分析

某電子設(shè)備的用戶需求目標(biāo)如表1所示。

表1明確了電子設(shè)備的基本尺寸和組成，并對環(huán)境適應(yīng)性提出了具體要求。明確的用戶要求與潛在的研制需要，構(gòu)成了目標(biāo)層。而滿足目標(biāo)或需要優(yōu)化的指標(biāo)、因素就構(gòu)成了準(zhǔn)則層。

3 層次結(jié)構(gòu)

通過對目標(biāo)層的分析，提取出包括結(jié)構(gòu)形式、可靠性、工藝性、人機工程以及經(jīng)濟性等五個主要因素構(gòu)成準(zhǔn)則層，并且針對準(zhǔn)則層的每一個特征進一步細(xì)化分解，盡量涵蓋影響設(shè)計目標(biāo)的主要因素，并且避免交叉和概念歧義。形成的層次結(jié)構(gòu)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(guān)鍵特征的權(quán)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(shè)備總師、結(jié)構(gòu)師、工藝師等相關(guān)人員， 依據(jù)表2的比例標(biāo)度，對準(zhǔn)則層各因素在目標(biāo)層中的重要性以及指標(biāo)層各因素在其對應(yīng)準(zhǔn)則層的因素中的重要程度進行兩兩比較打分，從而構(gòu)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(biāo)度法實現(xiàn)的[3]，取1-9 之間的整數(shù)以及它們的倒數(shù)作為衡量bj對bk的相對重要程度的數(shù)值，用這些標(biāo)度來量化自然語言，各個數(shù)值標(biāo)度的含義如表2 所示。

建立準(zhǔn)則層相對于目標(biāo)層的判斷矩陣，見表3；建立指標(biāo)層相對于準(zhǔn)則層的判斷矩陣，見表4。

4.4 層次排序

經(jīng)過以上的評價計算過程，并對層次結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)信息進行評價和研究，可獲得以下成果：

（1）通過對權(quán)重排序，可找出結(jié)構(gòu)方案中較為重要的設(shè)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(shè)計因素，著重進行方案設(shè)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(biāo)進行評價和打分，分別與權(quán)重值相乘并相加獲得綜合得分，通過各方案的分?jǐn)?shù)比較，可直觀地得到較優(yōu)方案。

5 結(jié)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(luò)，可將復(fù)雜問題量化，將意見和建議用數(shù)字來表達(dá)。特別是對電子設(shè)備結(jié)構(gòu)這類涉及學(xué)科較廣、需要大量經(jīng)驗積累的工程實踐活動，可應(yīng)用層次分析法，采用頭腦風(fēng)暴法廣納眾人之力，收集相關(guān)信息和資料，完善目標(biāo)相關(guān)因素，建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，并利用科學(xué)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(xué)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(xué)普及出版社，1990.