模糊评价法在工程设计中的应用

模糊评价法在工程设计中的应用

设计具有三个特点：多样性、多样性和相对性。多解性和相对性要求最终从众多满足要求的方案中选出技术系统整体最优的方案来。而选择与决策的依据是对设计方案的正确评价。用科学的方法按评价准则对多种设计方案的技术、经济和社会等方面进行评价和比较,使设计人员从产品规划、功能原理方案、结构设计方案、总体设计、施工设计及试制生产等一系列设计活动中,清醒地认识到:产品就是商品,一种产品若在市场竞争中取胜,不仅要考虑到社会需求,还要考虑经济效益;不仅功能原理新颖,技术先进,而且还要考虑工艺性、使用可靠性、易维修性以及顾客的心理状态等多种因素。对设计方案评价不仅把产品的缺点和弊端清除在萌芽状态,而且针对方案中的弱点加以改进和调整,防止粗制滥造,产销不对路等不良现象的发生,对提高设计人员素质,改善产品质量,减少设计失误,加快产品开发进程具有重要意义,是现代设计中必不可少的环节。对设计方案的评价方法主要有简单评价法、评分法、技术经济评价法、模糊评价法等。除模糊评价法外,其余评价法属传统的方法。本文主要介绍现代设计中采用的模糊法。1模糊综合评判模糊评价法是用模糊数学的理论方法,将评价中的模糊信息数值化,再进行定量评价的方法。①建立评价目标集U={U1‚U2‚⋯‚Un}②建立评价方案集V={V1‚V2‚⋯‚Vn}③确定评价因素的权重,建立权重集A∼={a1‚a2‚⋯‚an}权重应满足条件:非负性条件ai≥0,i=1,2,…,n。归一化条件n∑i=1ai=1④建立各方案对n个评价目标的模糊评价矩阵R∼=|R∼1R∼2⋯R∼n|=|r11r12⋯r1j⋯r1mr21r22⋯r2j⋯r2m⋯rn1rn2⋯rnj⋯rnm|⑤矩阵合成,求各方案模糊综合评价矩阵B∼=A∼ΟR∼=(a1‚a2‚⋯‚ai‚⋯an)|r11r12⋯r1n⋯rn1rn2⋯rnm|=(b1‚b2‚⋯‚bj‚⋯‚bm)式中:bj=(a1r1j)(a2r2j)+…+(anrnj)bj是模糊综合评价集中的第j个隶属度,可采用模糊矩阵合成的多种数学模型来计算bj的值。方案评价中常用的计算模型有以下2种:模型1:最大-最小原则M(∧,∨)按先取小后取大进行合成计算bj=n∨i=1(ai∧rij)(j=1,2,⋯‚m)本模型又称主因素突出型bj的值仅由ai、rij中的某一个值确定,仅突出了主要因素的影响,故运算简单、明确,其缺点是评价中会丢失很多信息,使评价有失全面、充分。本算法适用于模糊矩阵中数据相差很悬殊的情形。模型2:加权平均型M(·,+)按先乘后加进行矩阵合成bj=n∨i=1airij(j=1‚2‚⋯‚m)评价结果bj综合考虑了相乘的两个因素ai、rij的影响,保留了评价中的全部评价信息,因而评价效果好。适用评价因素集很多的情形或主因素评价失效时。例:行星齿轮变速箱传动方案的评价:现用1级模糊评判法对2自由度行星齿轮变速箱的传动设计方案进行评价。表1为5个方案的性能指标。经分析,2自由度行星变速箱传动方案的评价指标可定为6个:①与a有关的尺寸参数:|a-2.7|②工艺参数:T=amin/amax③平均效率:ˉη=(η1+η2+η3+η-1)/4④运动参数:N=nmax/n0⑤转矩参数:Mγ=|Mmax/M0|⑥摩擦力参数:Mp=|Mm/M0|可用逻辑推理的方法分析确定各评价指标的隶属函数,据此求出它们对应于5种传动方案中的隶属度值(计算从略)。表2为6个评价因素在设计方案中的权重系数及隶属度。评价因素的权数组成向量A∼A∼=(0.20‚0.20‚0.20‚0.15‚0.15‚0.10)隶属度组成模糊评价矩阵R∼矩阵合成求综合评价结果B∼B∼=A∼ΟR∼按M(·,+)模型进行合成,得向量B∼B∼=(0.6792‚0.6561‚0.6236‚0.6739‚0.6423)评价结论:若按最大隶属度原则比较设计方案的优劣,则5种方案由好到差的次序是:方案1,方案4,方案2,方案5,方案3。评价结果与实际相符。2各因素分层综合评判在复杂的问题和系统中,需要考虑的因素往往很多,而且这些因素多属不同类别和层次。进行综合评判时,为了区分各因素在总的评价中的地位和作用,较全面充分地考虑各评价因素的影响,把评价因素按特点分类分层,先在每一层内进行第一级综合评价,再对评价结果进行高一层次的综合评判,最后再在类型之间进行综合评判。3模糊评价法对设计方案进行评价,使多方案得到全面充分