基于加權(quán)計(jì)分的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)方法

農(nóng)田友，劉玉榮，鐘麗珠，賀敏超

（1.廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530023；2.中國(guó)煤科太原研究院，太原 030000）

0 引言

產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計(jì)過程，方案的評(píng)價(jià)不僅僅要對(duì)產(chǎn)品方案進(jìn)行科學(xué)理性的分析與評(píng)定，還要針對(duì)方案的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性等方面的設(shè)計(jì)要素加以改進(jìn)與完善。可以說，評(píng)價(jià)過程實(shí)質(zhì)上也是產(chǎn)品開發(fā)的優(yōu)化過程。

目前，在我國(guó)的科研院所或者企事業(yè)單位常見的方案評(píng)價(jià)方式是通過召開產(chǎn)品或者項(xiàng)目的評(píng)審會(huì)，對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案進(jìn)行評(píng)價(jià)與評(píng)定。但是，評(píng)審會(huì)的評(píng)定過程往往是定性估計(jì)與簡(jiǎn)單的橫向比較，體現(xiàn)出多為感性且較為隨意的，因此無法科學(xué)準(zhǔn)確地對(duì)產(chǎn)品方案進(jìn)行相對(duì)理性的評(píng)價(jià)，雖說工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程具有一定的模糊性、動(dòng)態(tài)性且需感性與理性并存[1]。但是，對(duì)于產(chǎn)品本身的技術(shù)性、功能性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等主要性能指標(biāo)是需要理性地分析與評(píng)價(jià)。只有科學(xué)理性地對(duì)產(chǎn)品方案主要性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，才能確定價(jià)值優(yōu)化的合理方案，同時(shí)才可以促進(jìn)產(chǎn)品本身更好滿足客戶的需求，在市場(chǎng)有足夠的競(jìng)爭(zhēng)力。

當(dāng)前，在機(jī)械設(shè)計(jì)及工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，關(guān)于產(chǎn)品的評(píng)價(jià)方法很多，如目前較流行的Fuzzy-AHP 模糊層次分析法等。但是諸如此類的產(chǎn)品評(píng)價(jià)方法及其過程多較為復(fù)雜抑或僅為初步探索研究階段。

本文基于以上問題，為了對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行理性、科學(xué)、量化的總體評(píng)價(jià)，獲得相對(duì)綜合性的最佳合理方案且相對(duì)簡(jiǎn)單易懂、便于操作的評(píng)價(jià)方案，有必要研究或探索建立一個(gè)科學(xué)的原理方案評(píng)價(jià)體系。所謂評(píng)價(jià)體系，是通過一定范圍的專家咨詢與市場(chǎng)調(diào)研、社會(huì)調(diào)查等相結(jié)合，確定作為評(píng)價(jià)依據(jù)[2]，同時(shí)具有科學(xué)的數(shù)學(xué)模型、計(jì)算方法、評(píng)測(cè)程序等內(nèi)容的評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)方法。

1 評(píng)價(jià)方法描述

工業(yè)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)內(nèi)容為綜合性的，多方面及多角度的。因此，如要對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，則需要擬定綜合性的評(píng)價(jià)體系。同時(shí)，體系需體現(xiàn)出具有可量化的，即可測(cè)量性與可評(píng)定性[3]。因此本文通過對(duì)加權(quán)計(jì)分原理評(píng)分法的研究，用數(shù)學(xué)語言對(duì)各種評(píng)定的指標(biāo)進(jìn)行描述，通過建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而評(píng)定是對(duì)產(chǎn)品方案價(jià)值描述結(jié)果的權(quán)衡即計(jì)算結(jié)果分析。從而得到可量化評(píng)價(jià)結(jié)果的過程。具體過程簡(jiǎn)述如下，根據(jù)具體產(chǎn)品的功能要求、客戶需求制定出主要的評(píng)價(jià)內(nèi)容，結(jié)合對(duì)專家的咨詢、社會(huì)調(diào)查及市場(chǎng)調(diào)研等手段收集并分析出產(chǎn)品方案細(xì)分的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)。一般產(chǎn)品方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)可以通過定性描述并確定其相應(yīng)得分，比如產(chǎn)品定性評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)擬采用5分制制定，5分制有利于統(tǒng)一打分尺度且簡(jiǎn)單易用，具體制定如表1所示。同時(shí)，在主觀評(píng)分時(shí)，應(yīng)采用集體評(píng)分法，如對(duì)幾個(gè)評(píng)分者所評(píng)的分?jǐn)?shù)取用平均分或者去除最高分與最低分后的平均分作為有效分值，從而減少人為主觀因素對(duì)分值的影響。

表1 產(chǎn)品方案評(píng)價(jià)指標(biāo)定性描述與相對(duì)得分表

但是，一般的產(chǎn)品均為多評(píng)價(jià)目標(biāo)的方案，想求得方案總分時(shí)，利用加權(quán)計(jì)分的數(shù)學(xué)原理，對(duì)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)重要性的不同，設(shè)置不同的加權(quán)系數(shù)。各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性取決于該項(xiàng)性能指標(biāo)所代表內(nèi)容對(duì)整個(gè)產(chǎn)品方案的影響程度，影響大的加權(quán)系數(shù)值就大，反之加權(quán)系數(shù)值就小。每項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)值可以通過實(shí)際的設(shè)計(jì)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定，或者也可以通過判別表法計(jì)算求出[4]。判別表法即將評(píng)價(jià)指標(biāo)按橫縱表格分別列出，根據(jù)指標(biāo)的重要程度一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行比較，如兩指標(biāo)同等重要?jiǎng)t分別各記2分；如一指標(biāo)比另一指標(biāo)重要?jiǎng)t分別記1分和3分；一指標(biāo)比另一指標(biāo)重要很多可分別記4分和0分。

如設(shè)某產(chǎn)品方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)為jn，產(chǎn)品每一項(xiàng)指標(biāo)的全部得分為kn。通過以下某產(chǎn)品指標(biāo)判別表（表2）可以說明其關(guān)系并計(jì)算的出加權(quán)系數(shù)結(jié)果。為了便于計(jì)算，一般情況下制定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)jn＜1，且∑jn=1。

表2 產(chǎn)品方案評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)系數(shù)計(jì)算

通過表2可以列出產(chǎn)品各評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)jn與產(chǎn)品每項(xiàng)指標(biāo)的全部得分kn之間的具體數(shù)學(xué)關(guān)系式，即：

最后，通過以上分析與計(jì)算得出產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)總分計(jì)算關(guān)系，設(shè)：方案總分為N，產(chǎn)品某項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)定性描述分值為Fn，則有：

通過上述方法對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，即可相對(duì)簡(jiǎn)單、直觀、科學(xué)地了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案各項(xiàng)性能指標(biāo)的優(yōu)劣，為項(xiàng)目進(jìn)一步?jīng)Q策、選擇與修改提供較為準(zhǔn)確的依據(jù)。

2 評(píng)價(jià)應(yīng)用過程

2.1 應(yīng)用案例

在現(xiàn)有實(shí)際的項(xiàng)目中，根據(jù)項(xiàng)目需求設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)易節(jié)能洗車裝置原理方案。利用此方案案例來對(duì)上述研究?jī)?nèi)容進(jìn)行實(shí)際分析與應(yīng)用，以論證以上原理方法的準(zhǔn)確性與適用性。該洗車方案的設(shè)計(jì)要求：通過分析與設(shè)計(jì)制造上門簡(jiǎn)易自動(dòng)洗車裝置，達(dá)到減少車主排隊(duì)洗車耗用時(shí)間、便捷高效洗車；并有效節(jié)約洗車用水的水資源保護(hù)。設(shè)計(jì)者根據(jù)要求設(shè)計(jì)出如圖1～2 兩個(gè)簡(jiǎn)易節(jié)能洗車裝置設(shè)計(jì)方案。因此需要通過對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)以選擇出更好的方案以進(jìn)行進(jìn)一步完善。

圖1 洗車裝置設(shè)計(jì)方案1

（1）方案1

圖2 洗車裝置設(shè)計(jì)方案2

啟動(dòng)開關(guān)裝置運(yùn)行，高壓蒸汽機(jī)啟動(dòng)，提供高壓水蒸氣通過管路在噴嘴噴出。同時(shí)裝置頂部電機(jī)連接滾珠絲桿帶動(dòng)洗車棉刷及噴嘴機(jī)構(gòu)在既定程序控制下沿導(dǎo)軌上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，背部電動(dòng)伸縮桿裝置在洗車刷機(jī)構(gòu)下降時(shí)將洗車刷向外推出，洗車刷機(jī)構(gòu)上升時(shí)將洗車刷拉回，以此往復(fù)達(dá)到洗車的功能。洗車裝置可由液壓桿通過腳踏板控制升降一定高度，俯仰關(guān)節(jié)可通過手動(dòng)推拉調(diào)整洗車裝置一定角度的前后俯仰，整個(gè)裝置由平板推車控制調(diào)節(jié)方位。

（2）方案2

啟動(dòng)開關(guān)裝置運(yùn)行，高壓蒸汽機(jī)啟動(dòng)，提供高壓水蒸氣通過管路在噴嘴噴出。各電機(jī)通過程序設(shè)定帶動(dòng)各關(guān)節(jié)桿，在既定范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)洗車滾刷裝置在空間中做規(guī)律上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)滾刷電機(jī)帶動(dòng)洗車滾刷旋轉(zhuǎn)，通過以上一系列運(yùn)動(dòng)過程實(shí)現(xiàn)洗車功能。整個(gè)裝置通過推桿上開關(guān)利用麥克納姆輪控制調(diào)節(jié)其空間位置。

2.2 評(píng)價(jià)過程

結(jié)合以上項(xiàng)目需求，針對(duì)項(xiàng)目產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要素，可從幾個(gè)方面內(nèi)容對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過評(píng)價(jià)內(nèi)容分析制定出方案評(píng)價(jià)指標(biāo)，如圖3 所示。制定出方案評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)各項(xiàng)分值及其對(duì)照完成程度，如圖4所示。

圖3 簡(jiǎn)易節(jié)能洗車裝置方案評(píng)價(jià)內(nèi)容與評(píng)價(jià)指標(biāo)

圖4 簡(jiǎn)易節(jié)能洗車裝置方案評(píng)價(jià)指標(biāo)與定性對(duì)應(yīng)分值

同時(shí)，由評(píng)價(jià)指標(biāo)通過比較法算出相應(yīng)加權(quán)系數(shù)，如表3所示。

表3 簡(jiǎn)易節(jié)能洗車裝置評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)系數(shù)計(jì)算

最后，結(jié)合以上數(shù)據(jù)內(nèi)容，代入方案總分計(jì)算公式：N=∑Fn jn，列出數(shù)據(jù)并計(jì)算可得簡(jiǎn)易節(jié)能洗車裝置設(shè)計(jì)方案1、2評(píng)價(jià)量化總分值，如表4所示。

表4 簡(jiǎn)易節(jié)能洗車裝置設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)量化總分

3 討論與分析

最終，通過以上科學(xué)可量化計(jì)算過程的數(shù)據(jù)對(duì)比，可以直觀地看出兩個(gè)簡(jiǎn)易洗車裝置方案各項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)劣，為項(xiàng)目進(jìn)一步地選擇以及改進(jìn)提供數(shù)據(jù)及理論依據(jù)。明顯項(xiàng)目方案2在方案設(shè)計(jì)過程的研發(fā)與構(gòu)思相比于方案1來說更勝一籌，項(xiàng)目研發(fā)的下一步可以選擇方案2 進(jìn)一步進(jìn)行深入細(xì)化并完善。

4 結(jié)束語

通過以上評(píng)價(jià)方法的研究并進(jìn)行案例分析，本文將加權(quán)計(jì)分評(píng)分法與工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案過程中的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合以達(dá)到對(duì)其方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)的原理與方法做出了歸納，建立了數(shù)學(xué)模型及相應(yīng)計(jì)算公式，通過實(shí)際案例進(jìn)行分析與應(yīng)用舉例過程，得出實(shí)際的可量化的客觀評(píng)價(jià)結(jié)果。過程與結(jié)果顯示，相比較于其他產(chǎn)品方案評(píng)價(jià)方法，本研究與歸納操作更簡(jiǎn)單并易于理解分析，同時(shí)得出的數(shù)據(jù)較為客觀全面地表達(dá)出產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的研究重點(diǎn)。本文為科研設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)過程中，對(duì)產(chǎn)品方案的評(píng)價(jià)提出了相對(duì)簡(jiǎn)單并且具有一定科學(xué)合理性的參考方案。同時(shí)，此類方法還可以延伸應(yīng)用到其他專業(yè)與領(lǐng)域。