決策矩陣在空調產品概念選型階段的應用

□ 莊 薇

特靈科技亞太工程技術中心 上海 200051

1 應用背景

隨著社會經濟的發展,人民的生活水平日益提高,空調行業及其技術得到了長足進步,人們對空調產品的設計提出了更高的要求[1]。對于商用風冷機組而言,由于占地大、部件多,在結構設計方面往往面臨更多的布局選擇。布局設計不但影響機組的長、寬、高尺寸和整機成本,而且在一定程度上影響機組的性能。在概念設計階段,一個好的布局設計不但可以使機組設計更美觀,性能更佳,而且能夠使整個項目在后續產品系列設計開發和功能拓展中更為便利,從而縮短整個產品的開發周期[2-4]。由此可見,布局設計的成功與否對整個新產品的開發起到非常關鍵的作用[5]。

筆者在深入研究現有空調產品結構和選用部件特點的基礎上,結合空調設計研發過程的特點,在機型布局概念設計階段探索和引入一套適用于風冷機組概念選型的決策矩陣,由此提高了設計效率,取得了較好的效果。

2 決策矩陣簡介

決策矩陣又稱普氏構思選擇法,是由蘇格蘭教授Stuart Pugh提出的一種評價算法,是一種重要的權衡分析工具。決策矩陣通過對概念設計方案進行定性決策,可以進一步減少錯誤的概念設計,提高設計成功的可能性[6-7]。

在設計過程中,決策矩陣作為一種有效工具,通常用于進行快速和定性評估,可以幫助整個設計團隊在各種概念的相互比較中進行快速判斷,選擇比較明顯的優勝概念,或從眾多可選擇概念中篩選出一個或少數幾個有希望的概念,以便進一步繼續觀察和比較[8]。決策矩陣模板如圖1所示。

3 決策矩陣應用流程

3.1 建立評價體系指標

影響產品好壞的因素有很多,在概念設計階段,需要充分了解用戶的需求,建立完善的評價指標體系,這是對最終選擇起至關重要作用的決定性因素。評價指標通常用頭腦風暴法得出,對于空調產品而言,尺寸、成本、性能、安裝維修便利性、可擴展性等都需要列入評價指標[9]。

3.2 建立評價準則

評價準則的建立主要分為重要度評價和各指標評價方案設立兩部分。

(1) 重要度評價。由于每個評價指標在整個產品開發和客戶需求中的重要度都是不同的,因此在完成評價體系建立后,需要通過專家判斷法為每個指標的重要度進行評判、投票和討論。重要度打分可以選擇權重打分和按重要度排序打分兩種。權重打分即按照每個指標的重要度將總分10分分配至每個指標。按重要度排序打分即直接按照指標的重要度進行排序和打分,重要度分值設定為1～10分,1分為最不重要,10分為最重要。兩個打分方案對于重要度評價的結果而言是一致的。

(2) 各指標評價方案設立。設立方案有兩種。第一種,為每個評價方案設立分值等級,按照對客戶的影響、對目的的達成、最重要、最容易等期望指標進行具體打分。分值等級中,3分為較差,5分為一般,7分為較好,9分為最好。第二種,建立一個基準,通過與基準的比較進行評分,比基準差為-1,與基準相同為0,比基準好為+1。當然,也可以使用更加細致的標準,如-2、-1、0、1、2五個等級或-3、-2、-1、0、1、2、3七個等級。

▲圖1 決策矩陣模板

3.3 方案打分及總分統計

根據評價指標和準則進行打分后,將每個方案各指標重要度分值與各指標評價分值等級相乘,然后相加,得到每個方案的總分。每個方案還需要統計單個準則最好和最差的數量,供后續方案決策時綜合考量。

3.4 方案決策和優化

得分最高的不一定是必選項,但是得分的相對高低對方案的討論是很有意義的,并且能使最終意見達成一致。一般而言,若分值差距很大,則直接選出分值最高的方案作為最優方案。若分值較為接近,則通過統計單個準則最高分的數量與最低分的數量進行接近方案的優選對比。最高分的數量越多或最低分的數量越少,表明對應方案更優[10]。當然,選定的方案也不代表是完美的,對于選定的方案,可以進行進一步分析,對選定方案的單個最低分選項進行進一步改進優化,從而使產品設計更加完美。

4 應用實例

4.1 構建概念設計評價指標體系

影響產品概念設計方案評價的因素有很多,用戶需求、產品結構、生產條件、生產工藝、環境因素、安全性因素、成本、失效性等方面的每個因素都會對概念設計產生直接或間接的影響。筆者通過長期以來所積累的空調產品的設計經驗,構建對整個產品結構設計成功與否至關重要的六個通用指標體系,包括能效與性能、機組成本、可靠性、外觀尺寸、可制造性、可維修性。當然,對于不同項目的不同產品和市場需求,可以額外增加產品設計評價指標。

4.2 建立評價準則

(1) 評價指標重要度打分。對于空調新產品開發而言,在概念選型階段,通常更希望能有定性方案比較,可以快速做出決策的方向性判斷。因此,相比權重打分,重要度排序打分更為直接和快速,也更為適合。空調產品設計概念選型階段的評審通常邀請專家來參與,通過專家經驗法,對各個指標進行重要度排序打分,具體見表1。在實際打分過程中,由于通用指標均有一定重要性,因此在排序上沒有低于5分的分值。對于認為同等重要的指標,打分可以相同。

(2) 評價方案設立和打分。由于新產品開發的概念選型階段并沒有很明確的參考基準值,因此需要對這一階段的每個評價準則均設立分值等級。對于每個指標的每個分值等級,均通過具體要求明確定義,以減少打分時的主觀性。具體內容見表2。

表1 空調產品概念選型階段通用指標重要度排序打分

表2 空調產品概念選型階段通用指標分值等級

4.3 概念選型方案選擇

在空調產品的概念選型階段,基于蒸發器、壓縮機、油分離器、儲液器等大部件的不同位置,提出四個概念選型方案。方案一為蒸發器居中,儲液器和壓縮機對稱分布。方案二為四通閥和油分離器在中心,壓縮機和蒸發器分別設置在兩側。方案三為以蒸發器為中心,一側設置壓縮機等大部件,另一側為液管區域。方案四與方案一位置類似,但蒸發器接管與壓縮機的出口相反。基于各項指標的分值等級,統計各方案的綜合得分,見表3。

表3顯示,方案一得分323,方案二得分237,方案三得分251,方案四得分337。由于方案一和方案四分數較高,且分值也相對較為接近，因此下一步根據單個準則的最優和最差數量進行評判。根據統計,方案一與方案四均有1個最優準則得分、0個最差準則得分,且方案四總分高于方案一。由此得出方案四為優選設計方案,可以在概念選型階段通過方案四的審查,并進行下一步詳細設計和修改,以增強方案四各方面的可行性,提高空調產品的質量,有效降低成本。

5 實際應用效果

通過上述決策矩陣應用實例,總結優缺點。

5.1 優點

(1) 對設計方案的定量細節要求較少,矩陣應用也比較簡單,可以很快分辨方案的優劣性,能夠清晰精煉方案的細節。

表3 空調產品概念選型方案綜合得分

(2) 可以識別出對方案選擇有重大影響的評價指標,力爭使這些準則都能得到較好的滿足,從而可以明確設計階段的關鍵問題,避免挑選出只滿足部分準則的不合理方案。

5.2 缺點

(1) 由于依舊依靠參與者的打分,因此雖然操作簡單,但是有時仍然帶有較大的主觀性。由此可見,決策成功與否依舊與參與者自身的經驗有很大關聯。

(2) 決策矩陣只是一個概念選型的工具,只能在宏觀方向上給出最適合于整個產品的現有最優方案。對于后續細化實施可能存在的風險,依舊無法實現細致的判別。

6 結束語

對于空調產品概念選型階段而言,決策矩陣的應用理清了結構設計布局需求,避免了可能存在的因前期方向性錯誤而導致的后續設計周期延長,提高了設計效率,取得了較好的宏觀效果。