运动鞋生物力学性能综合评价中层次分析法的应用

1、运动鞋生物力学性能综合评价中层次分析法的应用霍洪峰，赵焕彬河北师范大学体育学院，石家庄 (050016)E-mail：摘 要：从经验出发，凭感性选择竞技用鞋和日常用鞋的现状已严重影响了我国竞技体育的发展和全民健身需要。本文应用运筹学的层次分析法(AHP)原理建立慢跑运动鞋生物力学性能综合评价的递阶层次结构评价指标体系，确定14项具体的评价指标；根据专家咨询所提供的判断矩阵，求出各层因素的权重，最后得到各项指标重要性的排序。研究结果表明：AHP的应用为运动鞋质量监测与评价提供新思路。关键词：运筹学；层次分析法；运动鞋中图分类号：G8通过性能指标监控反馈的信息来提高运动鞋的科技含量，是通用的、行之

2、有效的设计模式。设计一套科学的性能评价体系在全民健身方面和竞技体育方面都有重大的意义，同时对创立民族品牌，占领运动鞋市场具有重要的现实意义和深远的历史意义，使中国运动鞋业的发展与时俱进。在日常选鞋中发现，有多种影响运动鞋性能优劣的因素是不易确定的，尤其在为高水平运动员这些特殊群体选鞋时，常遇到的是性能的重要程度不易量化，如：防滑、减震、鞋尖翘度、鞋底厚度等性能排序问题。在以往是凭运动员和教练员的经验、个人喜好及简单的知名品牌来确定，准确性较低，直接影响运动员比赛成绩的发挥。运筹学体系中的层次分析法是一种定性分析和定量分析相结合的系统分析方法，量化那些不确切的因素，客观地确定各因素的权值1-3，

3、使得这一问题的分析过程大大简化，所得出的结论可信度高，能够较好地对运动鞋生物力学性能进行综合评价。本文以慢跑运动鞋为例，尝试运用层次分析法量化运动鞋性能的重要程度，尝试建立运动鞋生物力学性能的评价指标体系，为运动鞋质量监测与评价提供新思路。 1 运动鞋生物力学性能的层次结构模型通过中、长跑项目的特征分析，慢跑鞋性能应具有以下要求：耐穿性能、安全保护性能、舒适性能以及特定的运动专项性能4-5。后一种性能是建立在前面性能基础之上的，这种分析研究的方法对专业运动鞋的设计和开发是有重大意义的。针对运动鞋生物力学性能(目标层A) 这一目标，根据大量的资料分析和对32位专家进行两次调查及反复咨询意见的归纳

4、、整理，首先我们在准则层确定了4项指标(准则层B) 即：耐穿性能、安全保护性能、舒适性能以及特定的运动专项性能。在指标层确定了14 项评价指标(指标层C，见图1) ，最后得出完整的慢跑鞋生物力学性能层次分析结构(图1)- 1 -表1 satty(1-9)标度及描述图1 慢跑鞋生物力学性能评价结构模型2 评判因素权重的确定2.1 构造第2层相对于第1层判断矩阵A (矩阵数据由专家调查调查整理所得)AHP对每一层次各因素的相对重要性给出判断，这些判断用数值表述出来，构成判断矩阵。从第二层开始，对上一层某个元素与下一层相关的元素，即层间有连线的元素，进行两两对比，根据级标度，按其重要程度评价等级，对

5、不同情况的比较结果给予数量标度(表1)，得到下一层对上一层的判断矩阵的形式(表2)。标度bij 1 3 5 7 92，4，6，8 倒数- 2 -定义(比较因素Bi与Bj)一样重要重要一点(稍微重要) 重要(明显重要) 重要得多(强烈重要) 极端重要(绝对重要) 两相邻判断的中间值 当比较因素Bj与BI时B1表2 准则层对目标层A的判断矩阵 目标层 A耐穿性 B1安全保护性 B2舒适性 B3运动专项性 B4 B1 B2 B3 B4 归一后W 3 1 9/7 9/5 0.291 7/3 7/9 1 7/5 0.450 5/3 5/9 5/7 1 0.1622.2 计算判断矩阵的最大特征根max11

6、/33/73/50.1250.45030.3751.50019/79/5=i=7/37/917/50.2921.1675/35/95/710.2080.833max=1234(BW)i=+ nWi4W4W4W4Wn=11234n0.4501.5001.1670.833+=3.900 40.12540.37540.29240.2082.3 对判断矩阵进行一致性校验CI=maxnn1=3.9004=0.033 41CI的值越大，判断矩阵的一致性越差。一般只要CI0.1，判断矩阵的一致性就可以接受，否则需要重新进行两两比较的构造判断矩阵。评价因素（指标）越多，即判断矩阵的维数越大，判断矩阵的一致性越

7、差，故应放宽对高维判断矩阵一致性的要求，引入修正值RI（见表3）。表3 (1-9)RI修正值列表矩阵阶数n 1 2 3 4 5 6 7 8 90 0 0.58 0.96 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 RICR=CI0.033=0.037 0.0370.10 一致性检验通过。 0.90RI2.4 构造第3层相对于第2层的判断矩阵构造第3层的各元素相对于第2层各准则的判断矩阵，并进行相应一致性检验矩阵的最大特征根max如下列各表所示。- 3 -表4 指标层对准则层B1的判断矩阵 耐穿性B1耐磨性能C1耐折性能C2剥离强度C3粘合强度C4C1 C2 C3 C4 归一后W 4/3

8、1 2 2 0.364 2/3 1/2 1 1 0.182 2/3 1/2 1 1 0.182 max=4.001，CI=0.0003，CR=0.00040.10；表5 指标层对准则层B2的判断矩阵安全保护性B2 防滑性能C5足部控制C6足底最大压强与体重比C7 归一后W 1 4/5 4/2 0.364 5/4 1 5/2 0.454 2/4 2/5 1 0.182 C5 C6 C7 max=3.0006，CI=0.0003，CR=0.00050.10；表6 指标层对准则层B3的判断矩阵 舒适性B3减震性能C8透气性能C9吸、放湿性能C10鞋底厚度与体重C11 C8 归一后W1 8/5 2 2

9、 0.382 5/8 1 5/4 5/4 0.238 1/2 4/5 1 1 0.190 1/2 4/5 1 1 0.190 C9 C10 C11 max=3.999，CI=0.0003，CR=0.00040.10；表7 指标层对准则层B4的判断矩阵运动专项性B4 耗能性能C12鞋尖翘度C13足底前掌压力所占百分比C14 C12 归一后W 1 5/2 5/3 0.500 2/5 1 2/3 0.200 3/5 3/2 1 0.300 C13 C14max=3，CI=0，CR=0.000.10；2.5 总排序检验CI=WiCIi=W1CI1+W2CI2+W3CI3+W4CI4=0.1250.00

10、03+0.3750.0003+0.2820.0003+0.2080=0.0003RI=WiRIi=W1RI1+W2RI2+W3RI3+W4RI4=0.1250.90+0.3750.90+0.2820.90+0.2080.90=0.90CI0.0003CR=0.00030.10，故最后一致检验通过 0.90RI- 4 -2.6 层次单排序和层次总排序表8 运动鞋生物力学性能评价选优各层次指标权重的排序一览表A耐磨性能C11耐折性能C12剥离强度C13耐磨性能C14防滑性能C21足部控制C22足底最大压强与体重比C23减震性能C31透气性能C32吸、放湿性能C33鞋底厚度与体重C34耗能性能C41

11、鞋尖翘度C42足底前掌压力 所占百分比C43 合成权总排序名B2 B1 B3 B4 (0.097)(0.291)(0.450)(0.162)重 次 0.272 0.026384 12 0.364 0.035308 10 0.182 0.017654 13 0.182 0.017654 13 0.364 0.105924 4 (*) 0.454 0.132114 2 (*) 0.182 0.052962 8 0.382 0.1719 1 (*) 0.238 0.1071 3 (*) 0.190 0.0855 5 0.190 0.0855 5 0.500 0.081 7 0.200 0.0324

12、11 0.300 0.0486 9 注：1、表中C11耐磨性能B1为0.2720.097=0.02638（合成权重），余类推。 2、总排序名次中（*）者为重点因素（权重超过0.10以上，其余均在0.10以下）。3 分析与讨论随着时代的发展，物质生活的丰富，人们对足部保健日趋重视，越加强调鞋的功能性，能够符合个人足型的鞋子越来越受到人们的青睐。从研究结果(表8) 可看出，我们在准则层所确定的4项指标中，其权值由大到小的排序依次为：运动鞋的舒适性（0.450）、安全保护性（0.291）、运动专项性（0.162）、耐穿性（0.097）。其中运动鞋的舒适性的权值明显高于其他3项，其次是安全保护性、运动

13、专项性和耐穿性。由此可以看出，在评价或日常挑选慢跑鞋时，运动鞋的舒适性是最为关注的，应是研发的重点；再就是慢跑鞋的安全保护性、运动专项性，这些性能也很重要，是决定慢跑鞋性能好坏的重要指标，同时耐穿性也是必须要进行考察的。指标虽有轻重，但都是构成慢跑鞋必不可少的决定性指标，它们都有着很直接的连带关系。它们相互依存，互相作用，鞋舒适性的研究是现代社会消费和发展现状的需求，运动专项性是竞技运动鞋的追求。安全保护性的提高将促进鞋的舒适性和专项性；而耐穿性是一切鞋所应具有的基础性能，安全保护性能、舒适性能以及运动专项性能都是在耐穿性能基础上人们需求的更高的性能。但是在实际选择慢跑鞋中单就这4项指标而言，

14、是较为抽象的，不具体的，难以实现，为此我们确定了下层子指标。由图1中可知：慢跑鞋舒适性能的是有下列关键子指标构成的即：慢跑鞋的减震性能、透气性能、吸、放湿性能、鞋底厚度与体重比等。这其中减震性能和透气性能权值最高,是考评的首选指标；构成慢跑鞋安全保护性能的主要指标根据其重要程度依次为：足部控制、防滑性能、足底最大压强与体重比；构成慢跑鞋运动专项性能的主要指标根据其重要程度依次为：耗能性能、鞋尖翘度、足底前掌压力所占百分比；构成慢跑鞋耐穿性能的主要指标根 - 5 -据其重要程度依次为：耐折性能、耐磨性能、剥离强度、耐磨性能。这些子指标是具体的,通过一些手段可以量化的,是可以直接进行评定的。从排序

15、结果可以看出： 其中减震性能、足部控制、透气性能、防滑性能权值均超过0.10，它们占有0.517即（0.1719+0.1321+0.1071+0.1059）的权重，也就是说在评定慢跑鞋性能时,首先要考虑的应是其减震性能、足部控制、透气性能、防滑性能。当然在研发慢跑鞋时也应从提高慢跑鞋的减震性能、足部控制、透气性能、防滑性能为重点来安排相应的方法和手段。但在此同时也须兼顾到其余各项。4 结论与建议4.1结论4.1.1 根据研究需要,在国内、外文献资料的基础上,结合制鞋业专家和生物力学专家的建议, 确定了3项指标组成了慢跑运动鞋生物力学性能评价的指标体系。4.1.2 在利用多个指标对慢跑运动鞋性能

16、进行综合评价时, 采用了加权的评价方法。在指标的权重的确定上, 采用了系统的分析方法层次分析法, 这种方法的特点在于对一个复杂的问题先把目标、准则、方案措施层划分出来, 再把方案两两比较, 进行评分, 排出优劣顺序。从而确保了所建立的体能评价模型的相对科学性。4.2建议4.2.1 无论是国内还是国外对鞋的测试主要是针对鞋耐穿性能，未能对运动鞋性能水平做出全面客观的评价。建议国家检测标准不断完善标准检测项目,并逐步提高指标的评价标准，制定完整的运动鞋性能指标监测系统，来满足人民生活水平提高的需求，鞋文化发展的需求，人类社会进步的需求。4.2.2 建议选鞋者或运动鞋研发人员利用本文所建立的评价指标

17、及其权重。对研发的鞋要注意其应具有的性能。研究者可以在本文的基础上,不断完善指标体系的构成, 尽量把脚型以及运动习惯方面的指标考虑进去, 建立更加完善的评价体系, 为运动鞋的研制提供依据，不断提高运动鞋的科技含量。4.2.3 研究所选的评价内容和指标、综合评价的方法可以在一定范围内推广运用, 特别是本文在确定指标权重时采用的系统的分析方法层次分析法, 其原理和操作步骤相对比较科学。建议在评价其他专项运动鞋性能时以作为参考。参考文献1 胡运权. 运筹学教程M. 北京: 清华大学出版社, 1998(6) , 389-393.2 黄明教, 陈志强, 丁红翎,等. 体育实验设计与科学量化方法M. 北京

18、: 高等教育出版社, 2003(10),345-352.3 秦寿康, 陈 湛, 傅荣林,等. 综合评价原理与应用M. 北京: 电子工业出版社, 2003.4 霍洪峰, 赵焕彬, 王海涛,等. 运动鞋性能指标及测试方法的研究J. 天津体育学院学报, 2007, 22(1):9-11.5 霍洪峰, 赵焕彬, 陈志国,等. 运动鞋生物力学性能评价体系的构建J. 中国体育科技,2007, 43(5): 108-113.- 6 -The Application of the Analytic Hierarchy Process ofOrganization for Evaluation Biomecha

19、nics Capability ofSport ShoesHuo Hongfeng，Zhao HuanbinCollege of Physical Education，Hebei Normal University，Shijiazhuang （050016）AbstractFrom the experience, the feeling way of athletics shoes and common shoess selection influenced the development of the spots and civilian strengthen. So this article use Analytic Hierarchy P