繼電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的多層次模糊綜合評價(jià)方法

設(shè)計(jì)—評價(jià)—再設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程，因此對設(shè)計(jì)方案的評價(jià)方法進(jìn)行研究是十分必要的。本文在確定繼電器產(chǎn)品評價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，應(yīng)用模糊理論，建立了產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的多目標(biāo)多層次綜合評價(jià)模型。該模型可對評價(jià)指標(biāo)體系的各級子目標(biāo)和總目標(biāo)予以評價(jià)，從而使設(shè)計(jì)人員能夠針對設(shè)計(jì)方案的不足之處進(jìn)行修改，也可為用戶從多個設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行選擇提供決策支持。
關(guān)鍵詞：繼電器產(chǎn)品；設(shè)計(jì)方案；模糊理論；綜合評價(jià)

Study on the multi-level fuzzy comprehensive evaluating method of the design scheme of relay

LI Ling-ling, LI Zhi-gang, MENG Yue-jin, MENG Qing-long

(Hebei University of Technology, Institute of Electrical Apparatus, Tianjin 300130, China)

Abstract: Design—evaluation—design again is the complete course of products design. So it is very necessary to study on the method of evaluating a design scheme. On the basis of determining the evaluated index system of relay, a comprehensive evaluating model with multi-objective and multi-level is set up by applying fuzzy theory in this paper. This model is able to evaluate every sub-objective and the root objective of the evaluated index system comprehensively and to supply users with decision support for selecting the best one from several design schemes, as well as give directions for revising the original design.
Key words: relay； design scheme； fuzzy theory；comprehensive evaluation

0 引言
專家系統(tǒng)技術(shù)和智能CAD技術(shù)的發(fā)展，顯著提高了設(shè)計(jì)工作的自動化水平，使得在計(jì)算機(jī)上完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程成為現(xiàn)實(shí)。就電器領(lǐng)域而言，已有許多文獻(xiàn)[1-3]對產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、圖形處理、性能分析等方面進(jìn)行了研究，但對設(shè)計(jì)方案的綜合評價(jià)則較少涉及。然而產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的實(shí)質(zhì)是設(shè)計(jì)—評價(jià)—再設(shè)計(jì)，因此，對電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的評價(jià)方法進(jìn)行研究是十分必要的。

1 繼電器產(chǎn)品的多層次綜合評價(jià)指標(biāo)體系
產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的評價(jià)指標(biāo)很多。不同的評價(jià)專家根據(jù)自己的偏好和習(xí)慣從不同的角度對之進(jìn)行評價(jià)，往往導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果的差異。本文旨在建立一個適用于繼電器產(chǎn)品的 多目標(biāo)綜合評價(jià)模型，并論述對各級子目標(biāo)進(jìn)行評價(jià)的一般方法。為此，在廣泛征求電器設(shè)計(jì)人員和用戶的意見后，確立了一個具有多層次結(jié)構(gòu)的綜合評價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。圖中，總評價(jià)目標(biāo)(O)由3個一級子目標(biāo)：性能(O1)、成本(O2)、工藝(O3)組成；性能子目標(biāo)(O1)又由繼電器產(chǎn)品的動態(tài)特性(O11)、靜態(tài)特性(O12)等5個二級子目標(biāo)組成；而O11又由如下6個三級子目標(biāo)組成：①動態(tài)過程中的峰值電流ip與穩(wěn)態(tài)電流IS的比值(即ip/IS)；②吸動時間td；③吸動電壓Ud與額定電壓US的比值(即td/US)；④銜鐵的反彈量△f與觸頭超程歸算量△c的比值(即△f/△c)；⑤觸頭回跳持續(xù)時間tb；⑥接觸電阻Rn。這6個三級子目標(biāo)分別被記為O111-O116。

圖2為繼電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的評價(jià)指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)示意圖。

2 多層次模糊綜合評價(jià)模型的建立
2.1 各級評價(jià)指標(biāo)集的確定

2.2 各級權(quán)重集的建立及權(quán)系數(shù)的賦值方法


在本文中，各權(quán)重集的權(quán)系數(shù)均滿足非負(fù)性及歸一性約束，即：a>0并且∑a=1。
權(quán)系數(shù)的賦值方法很多，包括直接給出法（DDM）、比較矩陣法（CMM）、層次分析法（AHP）、環(huán)比評分法（CCM）、模糊區(qū)間法（FIM）、重要性排序法（IOM）、二型模糊子集法（TFM）等。賦值方法應(yīng)根據(jù)評價(jià)指標(biāo)的特點(diǎn)而定。對于各項(xiàng)具體指標(biāo)來說，能直接確定權(quán)系數(shù)的，用DDM；能兩兩比較的，用CMM、APH、CCM；能給出模糊區(qū)間的，用FIM；能對其重要性排序的，用IOM；上述方法均不奏效的，可考慮用TFM[5]。
2.3 模糊評語集的確定及模糊評語的量化
總目標(biāo)及各級子目標(biāo)的模糊評語均設(shè)四檔，分別為優(yōu)、良、中、差，模糊評語集記為：

2.4 評價(jià)模型的選擇和各級子目標(biāo)的綜評
擁有多層次指標(biāo)體系的模糊綜評過程是由低層向高層漸次進(jìn)行的。第k級評判指標(biāo)向量即為第k-1級評判指標(biāo)的隸屬度，如此逐級進(jìn)行評價(jià)，最后得到總評結(jié)果。

式中，表示評價(jià)目標(biāo)Oij對評語“Y”的隸屬度，余類推。稱為評價(jià)矩陣，用于表示指標(biāo)論域與評語論域{Y，L，Z，C}之間的模糊關(guān)系，例如：rij1表示Oij1對于評語“Y”（優(yōu)）的隸屬度?！??！笔怯糜趯δ：线M(jìn)行合成運(yùn)算的合成算子。
關(guān)于模糊集合的合成算法，現(xiàn)已被提出的有9種[6]；以之為基礎(chǔ)建立的模糊綜評合成運(yùn)算模型，常用的有5種[5]。本文采用“乘積、有界和”模型，即M(.,)，以便盡可能地將所有評價(jià)指標(biāo)的影響考慮在內(nèi)，避免丟失信息。M(.,)中的廣義模糊“與”運(yùn)算“.”實(shí)際上就是普通的乘法運(yùn)算；廣義模糊“或”運(yùn)算“”為“有上界1求和”運(yùn)算[5]，例如：αβ=min(1,α+β)。由于本文中的各權(quán)重集均滿足歸一性約束，故該模型中的“”運(yùn)算就成為普通的加法運(yùn)算，式(6)中的右側(cè)項(xiàng)就成為普通的矩陣乘法。


2.5 綜評結(jié)果對模糊評語論域的映射
總目標(biāo)和各級子目標(biāo)的綜評結(jié)果是一個向量。以總目標(biāo)O為例，假設(shè)某設(shè)計(jì)方案的綜評結(jié)果=[0.45 0.30 0.20 0.05]，說明該設(shè)計(jì)方案O對于評語“優(yōu)、良、中、差”的隸屬度分別為0.45、0.30、0.20、0.05，則O的量化分值為：

對照模糊評語量化集0.45}各元素的值，可知該設(shè)計(jì)方案的模糊評語為“良”略偏“優(yōu)”。

3 應(yīng)用實(shí)例
限于篇幅，本文僅對某繼電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的二級子目標(biāo)O11進(jìn)行綜評。通過ICAD系統(tǒng)的分析計(jì)算，首先得到評價(jià)指標(biāo)O111-O116的特征值；然后按正態(tài)型隸屬函數(shù)計(jì)算，得到各特征值相對于模糊評語“優(yōu)、良、中、差”的隸屬度(上述過程從略)，并將之以向量形式表示，其結(jié)果為：

根據(jù)式(6)，得到關(guān)于動態(tài)特性O(shè)11的綜合評價(jià)：

該設(shè)計(jì)方案的動態(tài)特性子目標(biāo)的模糊評語為“良”略偏“中”。

4 結(jié)語
本文基于模糊理論，提出了用于對繼電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合評價(jià)的多層次指標(biāo)體系多目標(biāo)、多層次綜評方法。綜評過程從低層到高層漸次進(jìn)行，可對各級子目標(biāo)和總目標(biāo)予以評價(jià)，并量化打分，使設(shè)計(jì)人員能夠在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段即察覺到設(shè)計(jì)方案的不足之處，從而有針對性地修改原設(shè)計(jì)。該模型可應(yīng)用于繼電器的ICAD系統(tǒng)或設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)中，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和用戶對某個設(shè)計(jì)方案的取舍或者從多個設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行優(yōu)選提供決策支持。
本文提出的綜評方法也適用于對已經(jīng)投產(chǎn)的繼電器產(chǎn)品進(jìn)行評價(jià)。