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

設(shè)計(jì)—評(píng)價(jià)—再設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程，因此對(duì)設(shè)計(jì)方案的評(píng)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(píng)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(píng)價(jià)模型。該模型可對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的各級(jí)子目標(biāo)和總目標(biāo)予以評(píng)價(jià)，從而使設(shè)計(jì)人員能夠針對(duì)設(shè)計(jì)方案的不足之處進(jìn)行修改，也可為用戶從多個(gè)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(píng)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(dòng)化水平，使得在計(jì)算機(jī)上完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)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(duì)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(duì)設(shè)計(jì)方案的綜合評(píng)價(jià)則較少涉及。然而產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是設(shè)計(jì)—評(píng)價(jià)—再設(shè)計(jì)，因此，對(duì)電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的評(píng)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系
??? 產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)很多。不同的評(píng)價(jià)專家根據(jù)自己的偏好和習(xí)慣從不同的角度對(duì)之進(jìn)行評(píng)價(jià)，往往導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的差異。本文旨在建立一個(gè)適用于繼電器產(chǎn)品的 多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)模型，并論述對(duì)各級(jí)子目標(biāo)進(jìn)行評(píng)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(jiàn)后，確立了一個(gè)具有多層次結(jié)構(gòu)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。圖中，總評(píng)價(jià)目標(biāo)(O)由3個(gè)一級(jí)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(dòng)態(tài)特性(O₁₁)、靜態(tài)特性(O₁₂)等5個(gè)二級(jí)子目標(biāo)組成；而O₁₁又由如下6個(gè)三級(jí)子目標(biāo)組成：①動(dòng)態(tài)過(guò)程中的峰值電流i_p與穩(wěn)態(tài)電流I_S的比值(即i_p/I_S)；②吸動(dòng)時(shí)間t_d；③吸動(dòng)電壓U_d與額定電壓U_S的比值(即t_d/U_S)；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(shí)間t_b；⑥接觸電阻R_n。這6個(gè)三級(jí)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(píng)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(píng)價(jià)模型的建立
2.1 各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)集的確定

2.2 各級(jí)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(píng)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(píng)價(jià)指標(biāo)的特點(diǎn)而定。對(duì)于各項(xiàng)具體指標(biāo)來(lái)說(shuō)，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(duì)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(píng)語(yǔ)集的確定及模糊評(píng)語(yǔ)的量化
??? 總目標(biāo)及各級(jí)子目標(biāo)的模糊評(píng)語(yǔ)均設(shè)四檔，分別為優(yōu)、良、中、差，模糊評(píng)語(yǔ)集記為：

2.4 評(píng)價(jià)模型的選擇和各級(jí)子目標(biāo)的綜評(píng)
??? 擁有多層次指標(biāo)體系的模糊綜評(píng)過(guò)程是由低層向高層漸次進(jìn)行的。第k級(jí)評(píng)判指標(biāo)向量即為第k-1級(jí)評(píng)判指標(biāo)的隸屬度，如此逐級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后得到總評(píng)結(jié)果。

式中，表示評(píng)價(jià)目標(biāo)O_ij對(duì)評(píng)語(yǔ)“Y”的隸屬度，余類推。稱為評(píng)價(jià)矩陣，用于表示指標(biāo)論域與評(píng)語(yǔ)論域{Y，L，Z，C}之間的模糊關(guān)系，例如：r_ij1表示O_ij1對(duì)于評(píng)語(yǔ)“Y”（優(yōu)）的隸屬度?！??！笔怯糜趯?duì)模糊集合進(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(píng)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(píng)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(píng)結(jié)果對(duì)模糊評(píng)語(yǔ)論域的映射
??? 總目標(biāo)和各級(jí)子目標(biāo)的綜評(píng)結(jié)果是一個(gè)向量。以總目標(biāo)O為例，假設(shè)某設(shè)計(jì)方案的綜評(píng)結(jié)果=[0.45 0.30 0.20 0.05]，說(shuō)明該設(shè)計(jì)方案O對(duì)于評(píng)語(yǔ)“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(duì)照模糊評(píng)語(yǔ)量化集0.45}各元素的值，可知該設(shè)計(jì)方案的模糊評(píng)語(yǔ)為“良”略偏“優(yōu)”。

3? 應(yīng)用實(shí)例
??? 限于篇幅，本文僅對(duì)某繼電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的二級(jí)子目標(biāo)O₁₁進(jìn)行綜評(píng)。通過(guò)ICAD系統(tǒng)的分析計(jì)算，首先得到評(píng)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(duì)于模糊評(píng)語(yǔ)“優(yōu)、良、中、差”的隸屬度(上述過(guò)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(dòng)態(tài)特性O(shè)11的綜合評(píng)價(jià)：

??? 該設(shè)計(jì)方案的動(dòng)態(tài)特性子目標(biāo)的模糊評(píng)語(yǔ)為“良”略偏“中”。

4 結(jié)語(yǔ)
??? 本文基于模糊理論，提出了用于對(duì)繼電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的多層次指標(biāo)體系多目標(biāo)、多層次綜評(píng)方法。綜評(píng)過(guò)程從低層到高層漸次進(jìn)行，可對(duì)各級(jí)子目標(biāo)和總目標(biāo)予以評(píng)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(jué)到設(shè)計(jì)方案的不足之處，從而有針對(duì)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(duì)某個(gè)設(shè)計(jì)方案的取舍或者從多個(gè)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(píng)方法也適用于對(duì)已經(jīng)投產(chǎn)的繼電器產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)。

[1]Li Zhigang, Li Lingling, Zhou Chunlai, Gao Zhaohui. Study on Technology of realizing Intelligent Design System for Relay Products[A]. Proc. of the 51th Relay Conference. Lake Buena Vista, Florida, USA. pp18-1-18-5, .April, 2003
[2]Li Zhigang, Li Lingling, Jiang Dong, Cui Ruihua. Study on Electrical Apparatus Design Expert System[A]. Proc. of the 50th Relay Conference. Newport Beach, California, USA.pp6-1-6-5. April, 2002
[3]張敬菽. 電磁繼電器CAD專家系統(tǒng)[D]. 天津: 河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2001
[4]韓立巖,汪培莊. 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)[M]. 北京: 經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)出版社[M], 1998
[5]劉增良. 模糊技術(shù)與應(yīng)用選編(1)[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 1997
[6]謝季堅(jiān),劉承平. 模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用[M]. 武昌:華中理工大學(xué)出版社, 2000