現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 課件 第5、6章 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)理論及方法；變型設(shè)計(jì)理論及方法

第五章設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)理論及方法？問(wèn)題思考1.工程設(shè)計(jì)中為什么要進(jìn)行評(píng)價(jià)？2.闡述工程設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的過(guò)程？3.評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)要考慮哪些內(nèi)容？4.評(píng)價(jià)的基本方法有哪些？5.為什么在綜合評(píng)價(jià)中要使用加權(quán)系數(shù)？6.技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法的概念及其特點(diǎn)？7.模糊綜合評(píng)價(jià)法解決設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)哪些方面的問(wèn)題？8.TOPSIS法的全稱及評(píng)價(jià)原理是什么？一、評(píng)價(jià)的概念及意義“評(píng)價(jià)”是指根據(jù)確定的目的來(lái)測(cè)定對(duì)象系統(tǒng)的屬性，并將這種屬性變?yōu)榭陀^定量的計(jì)值或者主觀效用的行為。工程設(shè)計(jì)是一個(gè)發(fā)散—收斂，搜索—篩選多次反復(fù)發(fā)展的過(guò)程。在解決具體問(wèn)題過(guò)程中,工程設(shè)計(jì)人員自覺(jué)或不自覺(jué)地對(duì)系統(tǒng)的工作原理、運(yùn)動(dòng)方案、結(jié)構(gòu)方案、使用材料以及整個(gè)設(shè)想方案做出的比較和分析，都屬于評(píng)價(jià)和決策，整個(gè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程也只有借助逐段評(píng)價(jià)才能用較經(jīng)濟(jì)的手段獲得最佳的設(shè)計(jì)效果。評(píng)價(jià)活動(dòng)還應(yīng)包括在對(duì)方案全面認(rèn)知基礎(chǔ)上，從結(jié)構(gòu)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面對(duì)其展開(kāi)的改進(jìn)和完善。第一節(jié)

概

述評(píng)價(jià)是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中決策的基礎(chǔ)和依據(jù)，評(píng)價(jià)活動(dòng)的“質(zhì)量”影響著決策的“質(zhì)量”以及企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力；通過(guò)評(píng)價(jià)活動(dòng)，工程設(shè)計(jì)人員可以更好的認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)方案在工作原理、運(yùn)動(dòng)方案、材料使用、成本等方面所達(dá)到的程度，也能據(jù)此發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并找到改進(jìn)和優(yōu)化的方向；工程設(shè)計(jì)人員通過(guò)完整的評(píng)價(jià)活動(dòng)，可以更好的理解和掌握設(shè)計(jì)階段之外產(chǎn)品在生產(chǎn)加工、運(yùn)輸、維修等過(guò)程中，所涉及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理等方面的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，完善了原有知識(shí)結(jié)構(gòu)，也利于后期更好的開(kāi)展設(shè)計(jì)活動(dòng)二、工程設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的一般過(guò)程1.方案的整理

設(shè)計(jì)中會(huì)構(gòu)想盡可能多的方案，評(píng)價(jià)活動(dòng)中應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行整理，以節(jié)省人力、物力，降低產(chǎn)品成本，縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期

。方案的整理工作大致從以下幾個(gè)方面展開(kāi):⑴

將構(gòu)思相同或相近的方案歸納到同一類別；⑵

將抽象的或含糊的方案明確化；⑶

分析表面上離題太遠(yuǎn)的方案，看其有無(wú)合理的地方,若無(wú)，則剔除；⑷

不同的構(gòu)思方案如果能進(jìn)行組合則盡量組合，這樣既減少了評(píng)價(jià)對(duì)象，節(jié)省了評(píng)價(jià)時(shí)間，又能使方案更趨完善，也有助于最終獲得價(jià)值更高的方案。2.方案的粗選

方案的粗選即對(duì)方案進(jìn)行概略評(píng)價(jià)，即通過(guò)將新方案與原方案從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等角度進(jìn)行對(duì)比來(lái)完成。從技術(shù)角度看新方案實(shí)現(xiàn)功能的可能性如何；從經(jīng)濟(jì)角度看新方案在成本方面與原有產(chǎn)品相比，降低幅度多大；從社會(huì)角度看新方案是否能有效地利用資源，是否有嚴(yán)重的污染或噪聲，或有無(wú)違反國(guó)家某些政策法規(guī)的地方。在經(jīng)過(guò)這幾方面的比較和分析后，將得到一定數(shù)量經(jīng)過(guò)粗選后的方案，用于后續(xù)評(píng)價(jià)工作。3.方案的具體化

在對(duì)備選方案進(jìn)行詳細(xì)評(píng)價(jià)前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行具體化處理。方案具體化處理的內(nèi)容一般包括以下幾個(gè)方面：各組成部分的具體結(jié)構(gòu)和零件的設(shè)計(jì)；選用的材料和外購(gòu)配套件；加工方法；工藝裝配方法；檢驗(yàn)方法和運(yùn)輸庫(kù)存方法等。對(duì)方案中擬采用的新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，還要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，看其是否滿足要求。

如果發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題或?qū)崿F(xiàn)功能有問(wèn)題，應(yīng)對(duì)原方案相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行修正。4.方案的詳細(xì)評(píng)價(jià)詳細(xì)評(píng)價(jià)的內(nèi)容主要涉及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)三個(gè)方面。⑴

技術(shù)評(píng)價(jià)的內(nèi)容①

必要功能能否實(shí)現(xiàn)以及實(shí)現(xiàn)程度；②

方案各項(xiàng)參數(shù)能否達(dá)到；③

方案在技術(shù)上實(shí)施的可能性。⑶

社會(huì)評(píng)價(jià)的內(nèi)容①

方案需要的條件與國(guó)家有關(guān)技術(shù)政策、科技發(fā)展規(guī)劃是否一致；②

企業(yè)所取得的效益與社會(huì)效益是否協(xié)調(diào)-致；③

方案實(shí)施與環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡是否協(xié)調(diào)。在技術(shù)評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、社會(huì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，還需對(duì)方案進(jìn)行總體綜合評(píng)價(jià)?？傮w綜合評(píng)價(jià)不僅包括技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)方面的因素，而且還涉及市場(chǎng)、原材料來(lái)源、能源、勞動(dòng)力資源，科技發(fā)展情況等許多方面的因素。⑵

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的內(nèi)容①

成本與成本節(jié)約額；②

利潤(rùn)與利潤(rùn)增加額；③

方案實(shí)施的費(fèi)用損失；④

方案壽命周期及投資回收期等。5.決策

在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上確定最終的實(shí)施方案。第二節(jié)綜合評(píng)價(jià)基本內(nèi)容一、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的設(shè)立及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)造1.評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的設(shè)立

具體操作時(shí)，評(píng)價(jià)準(zhǔn)則會(huì)根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求和約束條件的不同而有所區(qū)別。對(duì)工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的設(shè)立一般要考慮以下三方面的內(nèi)容：①

技術(shù)評(píng)價(jià)目標(biāo)，如工作性能指標(biāo)、加工裝配工藝性、使用維護(hù)等；②

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)目標(biāo)，如成本、利潤(rùn)、實(shí)施方案的費(fèi)用、投資回收期等；③

社會(huì)評(píng)價(jià)目標(biāo)，即方案實(shí)施對(duì)社會(huì)的影響。如是否符合國(guó)家科技發(fā)展政策；是否有利于資源利用和能源的節(jié)約；對(duì)環(huán)境污染、噪聲影響等。設(shè)立的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則應(yīng)滿足如下基本要求：①

評(píng)價(jià)所依據(jù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和約束條件應(yīng)盡可能全面。所建立的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，應(yīng)盡可能地反映被評(píng)價(jià)問(wèn)題的各個(gè)方面，不僅要考慮對(duì)產(chǎn)品性能有決定性影響的主要設(shè)計(jì)要求，還應(yīng)考慮對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果有影響的一般性條件。②

評(píng)價(jià)準(zhǔn)則應(yīng)具有獨(dú)立性。各項(xiàng)用來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)的目標(biāo)(評(píng)價(jià)準(zhǔn)則)彼此間應(yīng)該無(wú)關(guān)，即提高某項(xiàng)指標(biāo)價(jià)值的措施不會(huì)對(duì)另一項(xiàng)指標(biāo)的價(jià)值產(chǎn)生影響。③

評(píng)價(jià)所采用的信息應(yīng)盡可能豐富、定量化、具體化。所有評(píng)價(jià)系統(tǒng)都應(yīng)盡可能多取一些信息，這些信息也應(yīng)該是易于收集并且可以在不同方案間進(jìn)行比較的；對(duì)于一些難以定量表達(dá)的問(wèn)題，實(shí)踐中可以用定性描述的，且盡可能用具體化表達(dá)的信息加以補(bǔ)充。2．評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)造綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)包含具體評(píng)價(jià)指標(biāo)及其關(guān)系結(jié)構(gòu)的信息系統(tǒng)，評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)建包括系統(tǒng)元素的構(gòu)造和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造兩部分。

系統(tǒng)元素的構(gòu)造，即明確該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是由哪些指標(biāo)組成的，且各指標(biāo)的概念、計(jì)算范圍、計(jì)算方法、計(jì)量單位分別是什么。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)造，即明確該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中所有指標(biāo)之間的相互關(guān)系如何，層次結(jié)構(gòu)怎樣。

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可以最簡(jiǎn)單的雙層結(jié)構(gòu)的形式出現(xiàn)：第一層為總目標(biāo)層，第二層為指標(biāo)層。復(fù)雜一些的指標(biāo)體系則在將總目標(biāo)分解的基礎(chǔ)上采用三層結(jié)構(gòu)，即總目標(biāo)、子目標(biāo)層、指標(biāo)層。

多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中，對(duì)于定量表達(dá)的指標(biāo)，可以根據(jù)指標(biāo)屬性及評(píng)價(jià)表達(dá)形式之間的關(guān)系得到其評(píng)價(jià)價(jià)值。對(duì)于一些很難量化表達(dá)或者無(wú)法直接量化表達(dá)的指標(biāo)，在評(píng)價(jià)過(guò)程中，根據(jù)量化時(shí)具體對(duì)象的不同，可采用“直接量化法”或“間接量化法”。二、評(píng)價(jià)目標(biāo)樹(shù)

目標(biāo)樹(shù)方法是分析評(píng)價(jià)目標(biāo)的一種手段。目標(biāo)樹(shù)的建立是用系統(tǒng)分析的方法對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行分解，并用樹(shù)形結(jié)構(gòu)圖這種可視化的分支層次來(lái)表示項(xiàng)目之間的邏輯關(guān)聯(lián)，這種方法可以將總目標(biāo)具體化為便于定性或定量評(píng)價(jià)的基本目標(biāo)。三、指標(biāo)的同度量化處理不同的定量指標(biāo)有著不同的量綱和數(shù)據(jù)范圍，這些數(shù)據(jù)與綜合評(píng)價(jià)結(jié)論之間沒(méi)有對(duì)應(yīng)性，也無(wú)法直接將其合成得到評(píng)價(jià)結(jié)果;定性和定量指標(biāo)之間也可能存在量化表達(dá)形式上的差別，因此，需要對(duì)綜合評(píng)價(jià)中的定量和定性指標(biāo)進(jìn)行同度量化處理，消除不同指標(biāo)數(shù)據(jù)的量綱和數(shù)據(jù)方向，使其與綜合評(píng)價(jià)結(jié)論具有直接相關(guān)性。常見(jiàn)的定量指標(biāo)的同度量化處理方法有:廣義指數(shù)法、廣義線性功效系數(shù)法、非線性函數(shù)法以及分段函數(shù)法四種，其中前兩種是實(shí)踐中應(yīng)用最廣泛的無(wú)量綱化方法。廣義指數(shù)法是通過(guò)計(jì)算相對(duì)指標(biāo)來(lái)完成同度量化處理的所有方法的統(tǒng)稱，它是單項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比的結(jié)果，表現(xiàn)形式為一條經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線。

采用該方法的關(guān)鍵是選擇比較基數(shù)，廣義指數(shù)法寫(xiě)成一般公式為：其中Xi為第i指標(biāo)的實(shí)際值，XiB為標(biāo)準(zhǔn)值。廣義線性功效系數(shù)法是在廣義指數(shù)法基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)置兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)確定最終評(píng)價(jià)值的方法，標(biāo)準(zhǔn)值一般取不容許值和滿意值，與廣義指數(shù)法相同，廣義功效系數(shù)法也是一條有截距的直線。廣義線性功效系數(shù)法一般公式：其中，Xi為第i指標(biāo)的實(shí)際值，Xi0與Xi1分別為第i個(gè)指標(biāo)的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，一般Xi0為“不容許值”,Xi1為“滿意值”四、加權(quán)系數(shù)

權(quán)數(shù)體現(xiàn)了評(píng)價(jià)者對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)重要性程度的認(rèn)識(shí)，也體現(xiàn)了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)評(píng)價(jià)能力的大小，即區(qū)分度的大小。一般取各評(píng)價(jià)目標(biāo)的加權(quán)系數(shù)：gi<1，且Σgi=1，其中g(shù)i為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)值。式中：

為各評(píng)價(jià)目標(biāo)的計(jì)分綜合；n為評(píng)價(jià)目標(biāo)的數(shù)量。

加權(quán)系數(shù)值可由經(jīng)驗(yàn)確定或用判別表法計(jì)算。

經(jīng)驗(yàn)確定法是由定權(quán)者根據(jù)直覺(jué)或者經(jīng)驗(yàn)，直接分配給每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)以重要性程度量值的一種方法。

開(kāi)始分配權(quán)重時(shí)，通常采用比例的方式，然后計(jì)算比例相對(duì)數(shù)，即為比重權(quán)數(shù)。經(jīng)驗(yàn)確定法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是隨意性太大，僅適用于加權(quán)對(duì)象個(gè)數(shù)很少的情形。

判別表法是根據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)的重要程度對(duì)其兩兩進(jìn)行比較，在根據(jù)重要程度不同進(jìn)行賦值的基礎(chǔ)上，計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)數(shù)。

在賦值過(guò)程中，如果兩目標(biāo)同等重要，則各給2分；若某一項(xiàng)比另一項(xiàng)重要?jiǎng)t分別給3分和1分；若某一項(xiàng)比另一項(xiàng)重要得多，則分別給4分和0分。例如：在對(duì)某自行車設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，針對(duì)選定的5個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)：價(jià)格、舒適性、壽命、維修性、外觀，利用判別表法計(jì)算其加權(quán)系數(shù)。解：由某位專家對(duì)自行車設(shè)計(jì)方案5個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)的重要性程度進(jìn)行賦分，具體分值見(jiàn)表5-1。

通過(guò)計(jì)算，可以判定價(jià)格、舒適性、壽命、維修性和外觀5個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)的加權(quán)系數(shù)分別為0.35,0.25，0.25，0.125和0.025。第三節(jié)簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)法簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)法即只對(duì)相關(guān)方案作定性的評(píng)價(jià)或優(yōu)劣排序，不反映評(píng)價(jià)目標(biāo)的重要程度和方案的理想程度。常見(jiàn)的簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)法有點(diǎn)評(píng)法和名次計(jì)分法等。一、點(diǎn)評(píng)法

點(diǎn)評(píng)法是由專家或決策者對(duì)各備選方案按評(píng)價(jià)目標(biāo)逐項(xiàng)作粗略評(píng)價(jià)，如果該方案能滿足某評(píng)價(jià)目標(biāo)，則用“+”表示，不能滿足用“-”表示，如果用于評(píng)估的信息不足，則用“？”表示。

由表中評(píng)價(jià)信息可知，方案A利用點(diǎn)評(píng)法得分為：3項(xiàng)+，2項(xiàng)-，合計(jì)結(jié)果為+；方案B得分為：3項(xiàng)+，1項(xiàng)-，1項(xiàng)？，合計(jì)結(jié)果為？++；方案C得分為：5項(xiàng)+。綜合比較可知方案C為其中最佳方案。二、名次計(jì)分法

名次計(jì)分法是在對(duì)n個(gè)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，由一組m位專家按方案優(yōu)劣程度對(duì)其進(jìn)行排序，并給名次最高者n分，名次最低者1分，以此類推，得到m位專家對(duì)每個(gè)方案的評(píng)分，最后對(duì)每個(gè)方案得到的分求和，總分最高者為佳。

多位專家評(píng)分意見(jiàn)的一致性程度可用一致性系數(shù)C表達(dá)，此系數(shù)在0與1之間，越接近1表示專家評(píng)分意見(jiàn)越一致，一般要求一致性系數(shù)大于0.7。

一致性系數(shù)C的計(jì)算公式如下：m為參與評(píng)價(jià)的專家數(shù)量；n為待評(píng)價(jià)的方案數(shù)量；S為各方案總分的差分和。各方案總分差分和的計(jì)算公式為：xi為第i個(gè)方案n位專家評(píng)分的總分

根據(jù)表5-3中的數(shù)據(jù)求和計(jì)算可知，5款備選方案6位專家得分總分分別為：29、24、15、14、8。5款方案得分總和：Σxi=90，專家數(shù)m=6，方案數(shù)n=5。根據(jù)公式5.5計(jì)算可以得到各方案總分差分和為：再由公式5.4計(jì)算得到該5款方案6位專家排序結(jié)果的一致性系數(shù)：排序依次為：01方案—02方案—03方案—04方案—05方案第四節(jié)評(píng)分法

評(píng)分法，也稱點(diǎn)數(shù)法，是用分值作為衡量方案優(yōu)劣的尺度，對(duì)方案進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。如有多個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)則先分別對(duì)各基礎(chǔ)目標(biāo)評(píng)分，再經(jīng)處理求得方案的總分。一、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)分曲線1.評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分法設(shè)立的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)通常采用10分制或5分制。10分制分值012345678910狀態(tài)不能用缺陷多較差勉強(qiáng)可用可用基本滿意良好很好超目標(biāo)理想5分制分值012345狀態(tài)不能用勉強(qiáng)可用可用良好很好理想表5-410分制和5分制下各狀態(tài)對(duì)應(yīng)分值2.評(píng)分曲線評(píng)分曲線是反映評(píng)價(jià)目標(biāo)值與分值間關(guān)系的曲線，即評(píng)分函數(shù)。評(píng)分曲線繪制時(shí)通常取三個(gè)位置對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)值，即評(píng)價(jià)目標(biāo)極限值(或允許值)0分所在坐標(biāo)點(diǎn)，要求值8分(或4分)所在坐標(biāo)點(diǎn)，以及理想值10分(或5分)所在坐標(biāo)點(diǎn)。圖5-3評(píng)分曲線圖二、總分計(jì)分方法

對(duì)于由多個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)構(gòu)成的方案，其總分可采用各指標(biāo)分值相加法、分值連乘法、均值法、相對(duì)值法或有效值法(加權(quán)計(jì)分法)等方法計(jì)算獲得，具體計(jì)算公式和各自特點(diǎn)見(jiàn)表5-5。有效值法，應(yīng)用最多。三、有效值法具體評(píng)價(jià)過(guò)程1.確定評(píng)價(jià)目標(biāo)：

3.確定評(píng)分制式（10分制或5分制）,列出評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)或求出有關(guān)評(píng)分曲線4.用線性差分，獲取評(píng)分值；對(duì)各評(píng)價(jià)目標(biāo)評(píng)分,若有n個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)，m個(gè)方案，得到評(píng)分矩陣：5.計(jì)算各方案有效值m個(gè)方案的有效值矩陣其中，第j個(gè)方案有效值為：6.比較各方案的有效值，大者為佳，選出最佳方案。舉例：有A,B,C三款電池，其主要性能及成本參數(shù)見(jiàn)表5-6，在評(píng)價(jià)過(guò)程中，希望電池壽命較高，試根據(jù)這一原則選出較適合的電池。表5-6三款電池的性能、成本值參數(shù)解：（1）分析評(píng)價(jià)目標(biāo)及加權(quán)系數(shù)，用目標(biāo)樹(shù)表達(dá)，具體目標(biāo)樹(shù)見(jiàn)圖5-4。評(píng)價(jià)目標(biāo)成本（元）電壓（V）壽命（h）理想值1.69.1120要求值2.08.9100極限值4.08.580實(shí)際值A(chǔ)2.59.0104B2.28.6110C1.68.990加權(quán)系數(shù)0.20.30.5(2)評(píng)分。按10分制對(duì)各電池評(píng)分。由各評(píng)價(jià)目標(biāo)的理想值、要求值和極限值繪出評(píng)分曲線，具體曲線見(jiàn)圖5-5。圖a)、b)、c)分別為電池評(píng)價(jià)中成本、電壓、壽命評(píng)分曲線圖。在評(píng)分曲線基礎(chǔ)上求出各方案相應(yīng)的分值，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5-7。圖5-5成本、電壓、壽命評(píng)分曲線圖（3）計(jì)分。對(duì)各方案分別用分值相加法、分值連乘法及有效值法進(jìn)行總分計(jì)分。有效值計(jì)算如下:評(píng)價(jià)目標(biāo)：u=[成本電壓壽命]加權(quán)系數(shù)矩陣G=[0.20.30.5]有效值矩陣結(jié)論。分析比較三種總分計(jì)分方法計(jì)算得到的結(jié)果，方案A總分及有效值都最高（8.15），為三款電池中的最佳方案，但其成本較高，不夠理想，因此后期應(yīng)設(shè)法降低其成本。第五節(jié)技術(shù)—經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)偏重于對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的定量化計(jì)算分析，最終綜合評(píng)價(jià)比較各項(xiàng)目方案效益的高低，具有決策預(yù)測(cè)性、系統(tǒng)性、綜合性、實(shí)踐性、選擇性等特點(diǎn)。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法是將評(píng)價(jià)對(duì)象（設(shè)計(jì)方案）分為兩個(gè)評(píng)價(jià)因素（評(píng)價(jià)目標(biāo)或評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)）：技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素，分別求出技術(shù)價(jià)和經(jīng)濟(jì)價(jià)，然后按一定方式進(jìn)行綜合，求出總價(jià)值，方案中總價(jià)值最高者優(yōu)勝。技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)的依據(jù)是相對(duì)價(jià)，即相對(duì)于理想狀態(tài)的相對(duì)值。技術(shù)-經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法被定為德國(guó)工程師協(xié)會(huì)規(guī)范VDI2225。一、技術(shù)評(píng)價(jià)

技術(shù)評(píng)價(jià)是圍繞著“功能”所進(jìn)行的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容是以用戶要求的必要功能為依據(jù)，一般以實(shí)現(xiàn)功能的條件為評(píng)價(jià)目標(biāo)，如功能的實(shí)現(xiàn)程度（性能、質(zhì)量、壽命等）、可靠性、維修性、安全性、操作性、整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、與環(huán)境條件的協(xié)調(diào)等。技術(shù)價(jià)值是新產(chǎn)品的功能評(píng)價(jià)相對(duì)于理想產(chǎn)品能達(dá)到的程度。技術(shù)價(jià)的關(guān)系式為：pi為各技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分值；gi為各技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)，取Pmax為最高分值(10分制取10分，5分制取5分)

由上述公式可知，技術(shù)價(jià)評(píng)分值Wt≤1,數(shù)值越大表示方案的技術(shù)性能越好。理想方案的技術(shù)價(jià)為1。一般來(lái)說(shuō)，W,＜0.6表示方案在技術(shù)上不合格，必須改進(jìn)。二、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)時(shí)，“經(jīng)濟(jì)”觀念只局限在產(chǎn)品生產(chǎn)成本上，經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)通過(guò)求方案的經(jīng)濟(jì)價(jià)Ww進(jìn)行。經(jīng)濟(jì)價(jià)是理想生產(chǎn)成本與實(shí)際生產(chǎn)成本的比值。H為實(shí)際生產(chǎn)成本；HI為理想生產(chǎn)成本，一般情況下，HI≈0.7H2，H2為允許生產(chǎn)成本。經(jīng)濟(jì)價(jià)Ww的值越大，經(jīng)濟(jì)效果越好。Ww=1為理想狀態(tài)，表示實(shí)際生產(chǎn)成本等于理想成本；Ww≤0.7意味著實(shí)際生產(chǎn)成本高于允許生產(chǎn)成本，在經(jīng)濟(jì)上不合格。三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)過(guò)程中，常在利用計(jì)算法（求相對(duì)價(jià)）或作圖法（優(yōu)度圖）求得技術(shù)價(jià)和經(jīng)濟(jì)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)-經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)。1.相對(duì)價(jià)相對(duì)價(jià)的計(jì)算一般可以采用均值法或雙曲線法。采用均值法計(jì)算相對(duì)價(jià)的公式為：采用雙曲線法計(jì)算相對(duì)價(jià)的公式為：相對(duì)價(jià)W值大，方案的技術(shù)-經(jīng)濟(jì)綜合性能則好，一般應(yīng)取W≥0.65。具體操作過(guò)程中，當(dāng)Wt、Ww中有一項(xiàng)數(shù)值較小時(shí)，采用雙曲線法能使W明顯出現(xiàn)小值，更便于方案的評(píng)價(jià)與決策。2.優(yōu)度圖

優(yōu)度圖也稱S圖,在技術(shù)價(jià)Wt與經(jīng)濟(jì)價(jià)Ww構(gòu)成的平面坐標(biāo)系中,每個(gè)方案的技術(shù)價(jià)Wti與經(jīng)濟(jì)價(jià)Wwi值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)Si的位置反映了該方案的優(yōu)良程度,即優(yōu)度，優(yōu)度表達(dá)如圖5-6所示。在坐標(biāo)系中Wt=1、Ww=1的點(diǎn)S*為理想優(yōu)度，是技術(shù)—經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)的理想值。0—S*連線稱為“開(kāi)發(fā)線”，線上各點(diǎn)Wt=Ww。Si點(diǎn)離開(kāi)發(fā)線的距離，反映了技術(shù)價(jià)或經(jīng)濟(jì)價(jià)的高低程度，用優(yōu)度圖可形象地看出方案的技術(shù)-經(jīng)濟(jì)綜合性能，且便于提出改進(jìn)方向。圖5-6優(yōu)度圖舉例：某產(chǎn)品有三款方案，進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)的技術(shù)價(jià)分別為Wt1=0.5,Wt2=0.36,Wt3=0.77。進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)價(jià)分別為Ww1=0.75，Ww2=0.8，Ww3=0.46。試進(jìn)行技術(shù)-經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)。解：采用雙曲線法計(jì)算三款方案的相對(duì)價(jià)W；相對(duì)價(jià)W值一般應(yīng)取W≥0.65，本例中三款方案的相對(duì)價(jià)均小于0.65。根據(jù)三款方案技術(shù)價(jià)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值在優(yōu)度圖中繪出它們所在位置。結(jié)論：由于三款方案的相對(duì)價(jià)均小于0.65,因此它們都未滿足要求。從優(yōu)度圖中三款方案的分布位置可以看出，方案1、2技術(shù)價(jià)較低，應(yīng)提高性能指標(biāo)，而方案3經(jīng)濟(jì)價(jià)較低，需進(jìn)一步降低成本。

對(duì)于相對(duì)評(píng)價(jià)值相差不多而又都比較好的方案，可以利用圖5-8所示的價(jià)值剖面圖的圖解方法，通過(guò)尋找設(shè)計(jì)方案的薄弱環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行比較并指明改進(jìn)設(shè)計(jì)的方向。圖5-8價(jià)值剖面圖橫坐標(biāo)代表各項(xiàng)性能參量的評(píng)價(jià)值，縱坐標(biāo)代表各項(xiàng)評(píng)價(jià)目標(biāo)的重要度系數(shù)(即加權(quán)系數(shù))，每個(gè)方塊的面積就對(duì)應(yīng)一項(xiàng)性能參量的加權(quán)評(píng)價(jià)值，畫(huà)上陰影的整個(gè)面積就是該方案的總加權(quán)評(píng)價(jià)值。

好的方案不僅要求總評(píng)價(jià)值大，而且在技術(shù)上應(yīng)力求均衡，不應(yīng)有較顯著的薄弱環(huán)節(jié)。反映在價(jià)值剖面圖中就要求每個(gè)方塊，特別是寬度較大的方塊的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能接近平均值。第六節(jié)模糊綜合評(píng)價(jià)法一、模糊評(píng)價(jià)的概念借助模糊數(shù)學(xué)的一些概念，將模糊信息數(shù)值化，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合評(píng)價(jià)模糊問(wèn)題方便進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的方法。模糊評(píng)價(jià)就是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，將一些邊界不清、不易定量的目標(biāo)定量化，從多個(gè)目標(biāo)對(duì)被評(píng)價(jià)事物隸屬等級(jí)狀況進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)的一種方法。

基本原理：先確定被評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)目標(biāo)集和評(píng)語(yǔ)(等級(jí))集，再分別確定各個(gè)目標(biāo)的權(quán)重及它們的隸屬度向量，獲得模糊評(píng)判矩陣，最后把模糊評(píng)判矩陣與目標(biāo)權(quán)向量進(jìn)行模糊運(yùn)算并進(jìn)行歸一化，得到模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

特點(diǎn)：評(píng)判逐一進(jìn)行,對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象有唯一的評(píng)價(jià)值，不受被評(píng)價(jià)對(duì)象所處對(duì)象集合的影響，且評(píng)價(jià)結(jié)果不是絕對(duì)地肯定或否定，而是以一個(gè)模糊集合來(lái)表示。二、隸屬度在模糊數(shù)學(xué)中，把隸屬于或者從屬于某個(gè)事物的程度叫隸屬度。對(duì)某些評(píng)價(jià)概念(如優(yōu)、良、差)隸屬的高低稱為隸屬度。用0~l之間的一個(gè)實(shí)數(shù)I來(lái)度量。不同條件下隸屬度的變化規(guī)律可用函數(shù)來(lái)表示，稱為隸屬函數(shù)。因此，隸屬度可采用統(tǒng)計(jì)法或通過(guò)已知隸屬函數(shù)求得。1.統(tǒng)計(jì)法求隸屬度

通過(guò)對(duì)一定數(shù)量的對(duì)象進(jìn)行調(diào)查并基于統(tǒng)計(jì)結(jié)果獲得隸屬度。

如評(píng)價(jià)某款自行車的外觀，可通過(guò)對(duì)一定數(shù)量用戶進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果若30%認(rèn)為“很好”，55%認(rèn)為“好”，13%認(rèn)為“不太好”，2%認(rèn)為“不好”，由此得到該自行車外觀四種評(píng)價(jià)概念的隸屬度分別為0.30、0.55、0.13和0.02。2.由隸屬函數(shù)求隸屬度

各種評(píng)價(jià)目標(biāo)都可經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到相應(yīng)的隸屬函數(shù)，模糊數(shù)學(xué)的有關(guān)資料中總結(jié)出十幾種典型的隸屬函數(shù)，可根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象選擇合適的隸屬函數(shù)，從中得到特定條件下的隸屬度。例：對(duì)四種帶傳動(dòng)方案以壽命為評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，壽命評(píng)價(jià)值采用直線形隸屬函數(shù),具體函數(shù)圖如圖5-9所示。其中方案A-05的壽命為6564.50小時(shí)，方案A-13壽命為11460.82小時(shí)，方案A-17壽命為8200.93小時(shí)，方案B-07壽命為15709.22小時(shí)。圖5-9直線形隸屬函數(shù)圖5-9的壽命評(píng)價(jià)隸屬函數(shù)表達(dá)式為：

將各方案壽命值帶入以上隸屬度函數(shù)，可計(jì)算得到各方案隸屬度值，具體數(shù)值見(jiàn)表5-8。表5-8帶傳動(dòng)四種方案的壽命隸屬度方案壽命（h）優(yōu)良差A(yù)-056564.500.1410.8590A-1311460.82100A-178200.930.550.450B-0715709.22100三、模糊綜合評(píng)價(jià)模型和步驟模糊評(píng)價(jià)主要有以下幾個(gè)步驟：U={u1,u2,...,um}有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，表明我們對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象從哪些方面來(lái)進(jìn)行評(píng)判描述。2.確定評(píng)語(yǔ)集1.確定評(píng)價(jià)對(duì)象的目標(biāo)集評(píng)語(yǔ)集是評(píng)價(jià)者對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象可能做出的各種總的評(píng)價(jià)結(jié)果組成的集合,用V表示:V={v1,v2,...,vn}

實(shí)際上評(píng)語(yǔ)集就是對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象變化區(qū)間的一個(gè)劃分。其中vi代表第i個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果,n為總的評(píng)價(jià)結(jié)果數(shù)。確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域主要解決的是劃分多少個(gè)等級(jí)以及如何設(shè)置這些等級(jí)的問(wèn)題。3.進(jìn)行單目標(biāo)因素評(píng)價(jià)，建立模糊關(guān)系矩陣R單獨(dú)從一個(gè)目標(biāo)出發(fā)進(jìn)行評(píng)價(jià),以確定評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)評(píng)價(jià)集合V的隸屬程度，稱為單目標(biāo)模糊評(píng)價(jià)。在構(gòu)造了等級(jí)模糊子集后，要逐個(gè)對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象從每個(gè)目標(biāo)ui(i=1,2,....m)上進(jìn)行量化，也就是確定從單目標(biāo)來(lái)看被評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)各等級(jí)模糊子集的隸屬度，進(jìn)而得到模糊關(guān)系矩陣:一個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象在某個(gè)目標(biāo)方面的表現(xiàn)是通過(guò)模糊向量ri=(ri1,ri2,..rin)來(lái)刻畫(huà)的，稱為單目標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣，它是目標(biāo)集U和評(píng)價(jià)集V之間的一種模糊關(guān)系，即影響目標(biāo)與評(píng)價(jià)對(duì)象之間的“合理關(guān)系”。rij(i=1,2..,m;j=1,2...n)表示某個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象從目標(biāo)來(lái)看對(duì)ui、vj等級(jí)模糊子集的隸屬度。

在確定隸屬關(guān)系時(shí)，通常是由專家或與評(píng)價(jià)問(wèn)題相關(guān)的專業(yè)人員依據(jù)評(píng)判等級(jí)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行打分，然后統(tǒng)計(jì)打分結(jié)果，再根據(jù)絕對(duì)值減數(shù)法求得，即：其中,c可以適當(dāng)選取，使得

4.確定評(píng)價(jià)目標(biāo)的模糊權(quán)向量為了反映各目標(biāo)的重要程度,對(duì)各目標(biāo)U應(yīng)分配一個(gè)相應(yīng)的權(quán)數(shù)ai(i=1,2,..,m)，通常要求滿足ai>0,Σai=1。ai表示第i個(gè)目標(biāo)的權(quán)重，再由各權(quán)重組成的一個(gè)模糊集合A就是權(quán)重集。

在進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)時(shí),權(quán)重對(duì)最終的評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大的影響，不同的權(quán)重有時(shí)會(huì)得到完全不同的評(píng)價(jià)結(jié)論。權(quán)重選擇的合適與否直接關(guān)系到模型的成敗。確定權(quán)重的方法有層次分析法、Delphi法、加權(quán)平均法、專家估計(jì)法等。5.多目標(biāo)模糊評(píng)價(jià)

利用合適的合成算子將A與模糊關(guān)系矩陣R合成得到各被評(píng)價(jià)對(duì)象的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量B。R中不同的行反映了某個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象從不同的單目標(biāo)來(lái)看對(duì)各等級(jí)模糊子集的隸屬程度。用模糊權(quán)向量A將不同的行進(jìn)行綜合就可以得到該被評(píng)價(jià)對(duì)象從總體上來(lái)看對(duì)各等級(jí)模糊子集的隸屬程度，即模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量B。模糊綜合評(píng)價(jià)的模型為：

其中

是由A與R的第j列運(yùn)算得到的，表示被評(píng)對(duì)象從整體上看對(duì)（j=1,2,....n)等級(jí)模糊集的隸屬程度。常用的模糊合成算子有四種：M(∧,∨)算子

（3）M(∧,⊕)算子

四、模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分析

模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果是被評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)各等級(jí)模糊子集的隸屬度,它一般是一個(gè)模糊向量，而不是一個(gè)點(diǎn)值，因而他能提供的信息比其他方法更豐富。

對(duì)多個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象比較并排序，就需要進(jìn)一步處理，即計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合分值，按大小排序，按序擇優(yōu)。將綜合評(píng)價(jià)結(jié)果B轉(zhuǎn)換為綜合分值，即可依其大小進(jìn)行排序，從而挑選出最優(yōu)者。處理模糊綜合評(píng)價(jià)向量常用以下兩種方法:最大隸屬度原則

若模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量

中的

，則被評(píng)價(jià)對(duì)象總體上來(lái)講隸屬于第r等級(jí)，即為最大隸屬度原則。2.排序原則方案優(yōu)劣排隊(duì)時(shí)，同級(jí)中隸屬度高者為先。模糊綜合評(píng)價(jià)法的優(yōu)點(diǎn)：一

模糊評(píng)價(jià)通過(guò)精確的數(shù)字手段處理模糊的評(píng)價(jià)對(duì)象，能對(duì)蘊(yùn)藏信息呈現(xiàn)模糊性的資料做出比較科學(xué)、合理、貼近實(shí)際的量化評(píng)價(jià)；二

評(píng)價(jià)結(jié)果是一個(gè)向量，而不是點(diǎn)值，包含的信息比較豐富，既可以比較準(zhǔn)確的刻畫(huà)被評(píng)價(jià)對(duì)象，又可進(jìn)一步加工，得到參考信息。模糊綜合評(píng)價(jià)法的缺點(diǎn)：一

計(jì)算復(fù)雜，對(duì)指標(biāo)權(quán)重向量的確定主觀性較強(qiáng)；二

當(dāng)指標(biāo)集U較大，即指標(biāo)集個(gè)數(shù)較大時(shí)，在權(quán)向量和為1的條件約束下，相對(duì)隸屬度權(quán)系數(shù)往往偏小，權(quán)向量與模糊矩陣R不匹配，結(jié)果會(huì)出現(xiàn)超模糊現(xiàn)象，分辨率很差，無(wú)法區(qū)分誰(shuí)的隸屬度更高，甚至造成評(píng)判失敗，此時(shí)可用分層模糊評(píng)估法加以改進(jìn)。五、評(píng)價(jià)舉例多評(píng)價(jià)目標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)在普通V型帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)多方案設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)活動(dòng)中，具體評(píng)價(jià)目標(biāo)、方案各評(píng)價(jià)指標(biāo)的值及加權(quán)系數(shù)見(jiàn)表5-10，試通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)各方案進(jìn)行優(yōu)、良、差等級(jí)的分類評(píng)價(jià)。表5-10普通v型帶傳動(dòng)評(píng)價(jià)目標(biāo)值及加權(quán)系數(shù)

壽命（h）小帶輪包角功率過(guò)剩率帶根數(shù)壓軸力A-056564.50157.380.07941084.94A-1311460.82151.550.1673898.499A-178200.93151.550.1152729.026B-0715709.22160.830.1771581.717qi0.3750.250.1250.1250.125分析：要利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)這5款方案進(jìn)行分類評(píng)價(jià)，其中，評(píng)價(jià)目標(biāo)集:Y=[壽命、小帶輪包角、功率過(guò)剩率、帶根數(shù)、壓軸力]評(píng)價(jià)集:X=[優(yōu)、良、差]加權(quán)系數(shù):Q=[0.375、0.25、0.125、0.125、0.125]現(xiàn)采用直線形隸屬函數(shù)，如圖5-10所示四個(gè)方案的模糊評(píng)價(jià)矩陣為：考慮加權(quán)系數(shù)的綜合模糊評(píng)價(jià)，B=Q*R=[b1b2b3]采用模糊矩陣合成中常用的取小取大運(yùn)算和乘加運(yùn)算對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5-11。由表可知：若采用取小(∧)取大(V)運(yùn)算，五款方案的排序?yàn)椋築-07>A-13>A-17>A-05。采用乘加(，+)運(yùn)算，排序?yàn)椋築-07>A-13>A-05>A-17。

采用取小（∧）取大（∨）運(yùn)算采用乘加（·，+）運(yùn)算A-05A-13A-17B-07A-05A-13A-17B-07優(yōu)0.25（0.40）0.375（0.60）0.375（0.50）0.375（0.60）0.4840.6040.4790.750良0.375（0.60）0.25（0.40）0.375（0.50）0.125（0.20）0.5160.3960.5210.187差0.0000.0000.0000.125（0.20）0.0000.0000.0000.063

在上述四種帶傳動(dòng)方案中，有些評(píng)價(jià)目標(biāo)量綱不一致，不能用定量方法直接比較，可將其轉(zhuǎn)換成優(yōu)劣程度進(jìn)行比較（如表5-12所示）,即進(jìn)行無(wú)量綱化處理后進(jìn)行比較。

通過(guò)對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)中采用取大取小算法、乘加算法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果，以及先進(jìn)行無(wú)量綱化處理再合成得到的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，方案A-07均是最優(yōu)方案，則可認(rèn)為在這4款方案中，方案A-07是該V型帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的最優(yōu)解。

通過(guò)上式計(jì)算可得各方案模糊綜合評(píng)價(jià)量化值，具體量值及優(yōu)劣名次見(jiàn)表5-13。這樣4款方案基于模糊綜合評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)結(jié)果為方案B-07最優(yōu)，其次分別為A-05,A-13,A-17。第七節(jié)其他綜合評(píng)價(jià)方法一、TOPSIS法（TechniqueforOrderPreferencebySimilaritytoIdealSolution）

即逼近理想解技術(shù)，它是基于歸一化后的原始數(shù)據(jù)矩陣，找出有限方案中的最優(yōu)方案和最劣方案（分別用最優(yōu)向量和最劣向量表示），然后分別計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案和最劣方案的距離，獲得各評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案的相對(duì)接近程度，以此作為評(píng)價(jià)優(yōu)劣的依據(jù)。

二、灰色評(píng)價(jià)方法

灰色系統(tǒng)理論是鄧聚龍教授1982提出的一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問(wèn)題的新方法。該理論主要通過(guò)對(duì)“部分”已知信息的挖掘，提取有價(jià)值的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行行為、演化規(guī)律的正確描述和有效監(jiān)控。

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)矩陣或灰數(shù)的白化權(quán)函數(shù)將一些觀測(cè)指標(biāo)或觀測(cè)對(duì)象聚集成若干個(gè)可以定義類別的方法。按聚類對(duì)象劃分，可以分為灰色關(guān)聯(lián)聚類（同類因素的歸并）和灰色白化權(quán)函數(shù)聚類（檢測(cè)觀測(cè)對(duì)象屬于何類）。

2.灰色聚類評(píng)價(jià)模型灰色關(guān)聯(lián)聚類的基本思路有以下步驟：一是采用灰色關(guān)聯(lián)度抽象分析對(duì)象（指標(biāo)、因素、概念等）間的相關(guān)性；二是構(gòu)造關(guān)聯(lián)度矩陣；三是選擇適當(dāng)?shù)拈撝祫澐殖橄髮?duì)象類別。

灰色關(guān)聯(lián)聚類

灰色聚類評(píng)價(jià)方法對(duì)樣本量的多少和樣本有無(wú)規(guī)律均適用，計(jì)算量小，其量化結(jié)果不會(huì)違背定性分析的結(jié)論，適用于評(píng)價(jià)信息不確切不完全，具有典型灰色特征的系統(tǒng)。三、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（BackPropagationNetwork）又稱反向傳播網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)。該方法通過(guò)樣本數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，不斷修正網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值使誤差函數(shù)沿負(fù)梯度方向下降，逼近期望輸出。BP網(wǎng)絡(luò)由輸入層、隱層和輸出層組成，隱層可以有一層或者多層。BP網(wǎng)絡(luò)模型學(xué)習(xí)過(guò)程由信號(hào)正向傳播與誤差逆向傳播兩個(gè)過(guò)程組成。

正向傳播時(shí)，輸入樣本作用于輸入層，經(jīng)各隱層逐層處理后，傳入輸出層。若輸出層的實(shí)際輸出與期望的輸出不符，則轉(zhuǎn)入誤差的逆向傳播階段，將輸出誤差按某種子形式，通過(guò)隱層向輸入層逐層返回，并“分?jǐn)偂苯o各層的所有神經(jīng)元，從而獲得各層神經(jīng)元的參考誤差或稱誤差信號(hào)，以作為修改各單元權(quán)值的依據(jù)。權(quán)值不斷修改的過(guò)程，也就是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的過(guò)程，此過(guò)程一直進(jìn)行到網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差逐漸減少到可接受的程度，或達(dá)到設(shè)定的學(xué)習(xí)次數(shù)為止。四、組合評(píng)價(jià)方法

在不同評(píng)價(jià)方法間無(wú)法判定某一種方法是最優(yōu)的，也無(wú)法判定某一位評(píng)價(jià)者是最優(yōu)的評(píng)價(jià)人選，更多的只能假定被評(píng)價(jià)對(duì)象的真實(shí)水平或真序被包含在這些不同的評(píng)價(jià)方法以及更多的評(píng)價(jià)者的評(píng)價(jià)結(jié)果之中。

組合評(píng)價(jià)既包括統(tǒng)一評(píng)價(jià)范圍（指標(biāo)體系或子體系）不同方法之間的“平行組合”，也包括不同層次或不同子系統(tǒng)采用不同的評(píng)價(jià)方法的“銜接組合”，甚至可以將不同評(píng)價(jià)思想混合而成為新的評(píng)價(jià)方法的綜合?！緦W(xué)習(xí)延讀】

設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)是人們認(rèn)識(shí)事物、理解事物并影響事物的重要手段之一。在工程設(shè)計(jì)中，科學(xué)合理的評(píng)價(jià)不僅可以找出合理的設(shè)計(jì)方案，而且能幫助設(shè)計(jì)者更好的認(rèn)識(shí)各個(gè)設(shè)計(jì)方案，并為后續(xù)的方案優(yōu)化和創(chuàng)新提供方向。

新一代的機(jī)械人在新的歷史使命和發(fā)展機(jī)遇面前，應(yīng)在認(rèn)清我國(guó)制造行業(yè)形勢(shì)、變化和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，努力提升自己工程基礎(chǔ)、業(yè)務(wù)實(shí)踐、計(jì)算機(jī)編程、項(xiàng)目管理、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面的綜合能力，并保持終身學(xué)習(xí)和不斷創(chuàng)新開(kāi)拓的精神，在“中國(guó)創(chuàng)造”發(fā)展道路上實(shí)現(xiàn)自己的職業(yè)價(jià)值。第六章變型設(shè)計(jì)理論及方法？問(wèn)題思考1.什么是變型產(chǎn)品設(shè)計(jì)？2.變型產(chǎn)品的特點(diǎn)和類型是什么？3.什么是相似系列產(chǎn)品？4.相似系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是什么？5.什么是模塊化設(shè)計(jì)？6.模塊化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是什么？第一節(jié)

概

述

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇、買方市場(chǎng)的形成和產(chǎn)品更新速度的加快是當(dāng)今制造業(yè)的顯著特點(diǎn)。由于市場(chǎng)的復(fù)雜多變和不可預(yù)期，要求企業(yè)具有快速響應(yīng)市場(chǎng)的能力，面對(duì)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)環(huán)境，要求企業(yè)能抓住稍縱即逝的機(jī)遇，迅速開(kāi)發(fā)出滿足市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。

變型設(shè)計(jì)是在基本功能、基本原理和基本結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案都沒(méi)有改變的前提下，對(duì)產(chǎn)品的某些局部功能和結(jié)構(gòu)的調(diào)整、變更以適應(yīng)新的要求，或是通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式和尺寸的調(diào)整、變更以滿足不同工作性能的要求。一、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與變型產(chǎn)品

市場(chǎng)機(jī)制對(duì)變型產(chǎn)品影響很大。為滿足不同用戶的需要，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，同類產(chǎn)品應(yīng)該具有大小不同的尺寸和性能參數(shù)，各種產(chǎn)品通過(guò)部分結(jié)構(gòu)的改變可以增加功能、提高性能或降低成本，由此引出一系列的變型產(chǎn)品。

變型產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：1）靈活善變。也就是能根據(jù)市場(chǎng)需要，靈活地推出多種相應(yīng)的產(chǎn)品，且善于變化。2）迅速。為適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)實(shí)，推出的產(chǎn)品要快。3）低廉。推出的產(chǎn)品在保證功能和質(zhì)量的前提下，成本要低。二、變型產(chǎn)品與“三化”

適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件下的變型產(chǎn)品需要具有變的條件。在變型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，“零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列化”是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、得到多品種多規(guī)格產(chǎn)品的重要途徑之一。

標(biāo)準(zhǔn)化是指使用要求相同的零件、產(chǎn)品或工程，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和投產(chǎn)。零部件標(biāo)準(zhǔn)化指要通過(guò)對(duì)零件的結(jié)構(gòu)要素、尺寸、材料性能、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)化水平是衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)管理水平的尺度，也是現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。

零部件通用化指盡量使同類產(chǎn)品不同規(guī)格，或者不同類產(chǎn)品的用途相同、結(jié)構(gòu)相近似的零部件經(jīng)過(guò)統(tǒng)一后，可以互換替代，提高部分零件或部件彼此相互通用的程度，進(jìn)而節(jié)約了相似零部件的設(shè)計(jì)與制造的工作量，在縮短設(shè)計(jì)周期的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了零部件的管理。

產(chǎn)品系列化是指通過(guò)對(duì)同一類產(chǎn)品發(fā)展規(guī)律的分析研究，根據(jù)生產(chǎn)和使用的技術(shù)要求，經(jīng)過(guò)全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，適當(dāng)?shù)丶右詺w并和簡(jiǎn)化，將產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等作出合理的安排與計(jì)劃，并按一定的規(guī)律進(jìn)行分檔，以協(xié)調(diào)同類產(chǎn)品和配套產(chǎn)品之間的關(guān)系，合理地安排產(chǎn)品的品種規(guī)格以形成系列。三、變型產(chǎn)品的系列類型

在基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行變型產(chǎn)品的擴(kuò)展，可以形成各種系列產(chǎn)品。變型產(chǎn)品系列一般分為縱系列、橫系列和跨系列三類。

1）縱系列產(chǎn)品

縱系列產(chǎn)品是一組功能相同、解法原理相同，結(jié)構(gòu)相同或相近，而尺寸、性能參數(shù)由小到大按一定比例變化的相似系列產(chǎn)品。

縱系列產(chǎn)品一般綜合考慮使用要求及技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則，合理確定產(chǎn)品由小到大的尺寸及由低到高的性能參數(shù)。2）橫系列產(chǎn)品

橫系列產(chǎn)品是在基型產(chǎn)品基礎(chǔ)上通過(guò)更換某些部件模塊以擴(kuò)展同類產(chǎn)品功能的同類型變型產(chǎn)品。

橫系列產(chǎn)品的基型產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮增加和更換各種部件所需在結(jié)構(gòu)上采取的一些措施，如留出足夠位置，設(shè)計(jì)合理接口，預(yù)先加工出聯(lián)接的定位面、定位孔等。3）跨系列產(chǎn)品

跨系列產(chǎn)品是具有相近動(dòng)力參數(shù)的不同類型產(chǎn)品，它們采用相同的主要基礎(chǔ)件或通用部件。

跨系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)各類產(chǎn)品作細(xì)致分析，確保全系列組合產(chǎn)品保證功能且經(jīng)濟(jì)效益比單機(jī)設(shè)計(jì)明顯有利，才能體現(xiàn)出系列產(chǎn)品的優(yōu)越性。另外，注意在設(shè)計(jì)通用部件或基礎(chǔ)件時(shí)要兼顧到不同類型產(chǎn)品的需要。四、優(yōu)先數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)公比

優(yōu)先數(shù)是一種無(wú)量綱的分級(jí)數(shù)系，適用于各種量值的分級(jí)，同時(shí)又是十進(jìn)制幾何級(jí)數(shù)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象的簡(jiǎn)化和協(xié)調(diào)起著重要作用，是工程設(shè)計(jì)及參數(shù)分級(jí)時(shí)應(yīng)該優(yōu)先采用的等比級(jí)數(shù)。

優(yōu)先數(shù)是由公比為101/5(≈1.6）、101/10（≈1.25）、101/20（≈1.12）與101/40（≈1.06）導(dǎo)出的一組近似等比的數(shù)列，各數(shù)列分別用R5、R10、R20、R40表示，為基本系列。優(yōu)先數(shù)系具有“擴(kuò)播性”，其派生系列是從基本系列中每隔P項(xiàng)值導(dǎo)出的系列。優(yōu)先數(shù)系具有以下兩個(gè)主要特點(diǎn)：一是優(yōu)先數(shù)系是十進(jìn)制等比數(shù)列。二是優(yōu)先數(shù)系具有相關(guān)性。優(yōu)先數(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：1）按等比級(jí)數(shù)制定，提供了一種“相對(duì)差”，不變的尺寸及參數(shù)數(shù)值分級(jí)制度，在一定數(shù)值范圍內(nèi)能以較少的品種規(guī)格經(jīng)濟(jì)合理地滿足用戶的全部需要。2）國(guó)際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有利于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化和參數(shù)統(tǒng)一協(xié)調(diào)。3）優(yōu)先數(shù)系有較廣泛的適應(yīng)性。4）在設(shè)計(jì)系列產(chǎn)品時(shí)利用標(biāo)準(zhǔn)公比和優(yōu)先數(shù)，將使設(shè)計(jì)更合理和簡(jiǎn)便。因?yàn)閮?yōu)先數(shù)是等比級(jí)數(shù)，其積或商仍是優(yōu)先數(shù)，而其對(duì)數(shù)則是等差級(jí)數(shù)。選用優(yōu)先數(shù)系參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的要素：

1）應(yīng)使在經(jīng)濟(jì)性或配套互換上有重要影響的主參數(shù)采用優(yōu)先數(shù)。當(dāng)產(chǎn)品尺寸參數(shù)和性能參數(shù)有矛盾時(shí)，通常首先選尺寸參數(shù)為優(yōu)先數(shù)。

2）當(dāng)產(chǎn)品的裝配尺寸和零件尺寸不能同時(shí)為優(yōu)先數(shù)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使零件尺寸采用優(yōu)先數(shù)。一個(gè)零件的各種尺寸中，互換性尺寸或重要的聯(lián)接尺寸應(yīng)先考慮選用優(yōu)先數(shù)。

3）應(yīng)遵循“先疏后密”的原則，盡可能首先選用基本系列。一般機(jī)械的主參數(shù)可選R5～R10，專用工具的主要尺寸可選R10，通用型材、零件和工具尺寸、鑄件壁厚等可取R20～R40。

4）當(dāng)基本系列的公比不能滿足分級(jí)要求，可選用派生系列，應(yīng)優(yōu)先選用公比較大和延伸項(xiàng)中含有項(xiàng)值1的派生系列。

5）當(dāng)整個(gè)系列范圍很大，不同區(qū)間內(nèi)需要量和功能價(jià)值相差懸殊時(shí)，允許分段選用最適宜的基本系列或派生系列，構(gòu)成復(fù)合系列。第二節(jié)

相似系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)一、相似系列產(chǎn)品

所謂相似系列產(chǎn)品是指系統(tǒng)相似、尺寸與性能參數(shù)皆成一定比例關(guān)系的縱系列產(chǎn)品。相似系列產(chǎn)品不是按單個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，而是在基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上通過(guò)相似理論利用量綱齊次原理和相似比關(guān)系計(jì)算出全系列產(chǎn)品的尺寸和參數(shù)，可節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間并降低設(shè)計(jì)成本。

基型產(chǎn)品是發(fā)展系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)遵循科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，并注意其擴(kuò)展的可能性和方便性，注意提高其標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度，并盡可能提高其設(shè)計(jì)質(zhì)量。

相似系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）系列產(chǎn)品的不同規(guī)格僅僅是基于一種規(guī)格變化而形成的，這就大大節(jié)省了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和成本，提高了產(chǎn)品的性能和可靠性；

2）系列產(chǎn)品在滿足用戶需求的前提下，遵循適當(dāng)?shù)膮?shù)變化規(guī)律可以提高不同規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)批量，從而使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、成本下降，這對(duì)企業(yè)和用戶都有利；

3）對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，系列產(chǎn)品便于庫(kù)存管理，同時(shí)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，系列產(chǎn)品使用規(guī)定和方法相同，方便了使用。二、基本相似理論

相似理論（Thesimilaritytheory）是一種研究試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃驼鎸?shí)模型之間相似關(guān)系的方法。該理論能將單一的試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用到具有相似試驗(yàn)現(xiàn)象群中，且這種方法求解簡(jiǎn)單，只需運(yùn)用有限個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及用微分方程和單值性條件描述的現(xiàn)象，得到相似準(zhǔn)則方程，就能確定結(jié)果的應(yīng)用范圍。解決相似問(wèn)題的關(guān)鍵是找出相似系統(tǒng)各尺寸及參數(shù)的相似比。1.相似概念

所謂相似是指一組物理現(xiàn)象在物理過(guò)程中，在對(duì)應(yīng)點(diǎn)上基本參數(shù)之間成固定的數(shù)量比例關(guān)系，則把這一組物理現(xiàn)象稱為相似。其固定比例關(guān)系稱為相似比。

一般來(lái)說(shuō)，相似關(guān)系只存在于同類現(xiàn)象，且必須能用同樣的物理關(guān)系式或函數(shù)關(guān)系來(lái)描述。

常見(jiàn)的物理現(xiàn)象有幾何相似、動(dòng)力學(xué)相似和運(yùn)動(dòng)學(xué)相似。幾何相似是指兩個(gè)幾何相似的圖形或物體，其對(duì)應(yīng)部分的比值等于同一個(gè)常數(shù)，即系統(tǒng)中各對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度成比例，各對(duì)應(yīng)角相等；動(dòng)力學(xué)相似是指在幾何相似的力場(chǎng)中，力相似或連同轉(zhuǎn)矩相似；運(yùn)動(dòng)學(xué)相似是指運(yùn)動(dòng)路線幾何相似，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度(加速度)方向相同，而大小相應(yīng)成比例。2.相似準(zhǔn)則

將物理現(xiàn)象作用的物理規(guī)律所涉及的一些物理量，規(guī)定表達(dá)為一無(wú)量綱綜合數(shù)群。在一個(gè)現(xiàn)象中的不同點(diǎn)上和不同時(shí)刻，此數(shù)群的數(shù)值不同。當(dāng)一個(gè)現(xiàn)象在對(duì)應(yīng)時(shí)刻、對(duì)應(yīng)點(diǎn)上此綜合數(shù)群的值兩兩相等時(shí)，此二現(xiàn)象為相似，此無(wú)量綱綜合數(shù)群稱為相似準(zhǔn)則。

相似準(zhǔn)則不是一個(gè)物理量，而是多個(gè)物理量的組合，它表達(dá)的是一個(gè)系統(tǒng)物理特征的無(wú)量綱綜合數(shù)群。相似準(zhǔn)則是不變量，而非“常量”。

慣性力的無(wú)量綱綜合數(shù)群：相似準(zhǔn)則的性質(zhì)如下：

1）任何相似準(zhǔn)則都是無(wú)量綱的數(shù)，相似準(zhǔn)則的數(shù)值與測(cè)量單位無(wú)關(guān)。2）微分方程直接推導(dǎo)出的相似準(zhǔn)則都具有明確的物理意義。

3）組成相似準(zhǔn)則的各個(gè)物理量均隨空間位置而變化，所以相似準(zhǔn)則的數(shù)值一般也隨空間位置變化。但是，在相似系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)上，相似準(zhǔn)則的數(shù)值始終是相等的。

4）任何兩個(gè)相似準(zhǔn)則相乘或相除，其積或商仍是相似準(zhǔn)則。

5）對(duì)于非穩(wěn)態(tài)過(guò)程，不僅在不同點(diǎn)上相似準(zhǔn)則具有不同的數(shù)值，且在同一點(diǎn)上的不同瞬間，其相似準(zhǔn)則的數(shù)值也不想等。但是，當(dāng)從一個(gè)現(xiàn)象轉(zhuǎn)變到與它相似的另一現(xiàn)象時(shí)，在對(duì)應(yīng)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)瞬間，相似準(zhǔn)則的數(shù)值相等。

6）相似準(zhǔn)則數(shù)值的大小，反映了流體或固體在流動(dòng)或換熱過(guò)程中質(zhì)的變化。

在工程設(shè)計(jì)中具體應(yīng)用的相似設(shè)計(jì)和模型試驗(yàn)，涉及尋找模型設(shè)計(jì)條件和模型響應(yīng)關(guān)系，而這兩個(gè)概念都和相似準(zhǔn)則有關(guān)。

常用的相似準(zhǔn)則推導(dǎo)方法主要有量綱分析法和方程分析法兩種。

1）量綱分析法

量綱分析可以將物理量間的復(fù)雜依賴關(guān)系簡(jiǎn)化至最簡(jiǎn)形式，對(duì)于研究確切方程和邊界條件尚未完全已知的現(xiàn)象尤其有用。

2）方程分析法

方程分析法是使用已知的理論或物理方程來(lái)推導(dǎo)相似準(zhǔn)則的方法。3.相似指標(biāo)

所謂相似指標(biāo)是指由相似準(zhǔn)則中與各參數(shù)對(duì)應(yīng)的參數(shù)相似比按同樣關(guān)系構(gòu)成的無(wú)量綱數(shù)群。如與牛頓準(zhǔn)則相應(yīng)的相似指標(biāo)Π為：

相似指標(biāo)是由相似常數(shù)組成的數(shù)群。若兩物理量現(xiàn)象相似，其相似指標(biāo)的值必為1，這是相似現(xiàn)象對(duì)參數(shù)相似比數(shù)值間的約束關(guān)系。因此，相似指標(biāo)與相似常數(shù)和相似準(zhǔn)則之間存在著意義上的差別。

相似指標(biāo)具有以下性質(zhì)：1）相似指標(biāo)是相似現(xiàn)象諸物理量的各相似常數(shù)所組成的數(shù)群，它是無(wú)量綱的。2）對(duì)于相似現(xiàn)象，其相似指標(biāo)等于1。3）相似指標(biāo)給出了諸相似常數(shù)之間的約束關(guān)系。4）相似指標(biāo)是由描述該相似現(xiàn)象的控制方程組推導(dǎo)出來(lái)的。

5）相似指標(biāo)大小等于1，對(duì)于相似現(xiàn)象只有在對(duì)應(yīng)時(shí)刻和對(duì)應(yīng)空間點(diǎn)同時(shí)滿足的情況下成立。4.相似三定理1）相似第一定理（相似正定理）

對(duì)于相似現(xiàn)象，其相似指標(biāo)等于1，或其對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同名相似準(zhǔn)則數(shù)值相等。

相似正定理顯示了相似現(xiàn)象物理過(guò)程的內(nèi)在聯(lián)系，其各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的物理量的比值即相似準(zhǔn)則具有同一數(shù)值，各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的相似常數(shù)之比即相似指標(biāo)等于1。

用第一定理來(lái)指導(dǎo)模型實(shí)驗(yàn)或進(jìn)行相似設(shè)計(jì)，首先要導(dǎo)出相似準(zhǔn)則，然后在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量或計(jì)算相似準(zhǔn)則包含的一切物理量。2）相似第二定理（Π定理）

當(dāng)描述一個(gè)現(xiàn)象的函數(shù)關(guān)系式包含n個(gè)物理量，在這些物理量中含有m個(gè)基本量綱，則該現(xiàn)象具有（n-m）個(gè)相似準(zhǔn)則，且描述該現(xiàn)象的函數(shù)關(guān)系式可以表達(dá)成這（n-m）個(gè)相似準(zhǔn)則間的函數(shù)關(guān)系式。

相似第二定理告訴我們，判斷當(dāng)兩個(gè)現(xiàn)象相似時(shí)其具有的相似準(zhǔn)則個(gè)數(shù)的方法，即（n-m）個(gè)獨(dú)立的相似準(zhǔn)則。同時(shí)，指出可以將描述一個(gè)物理現(xiàn)象的物理參數(shù)方程轉(zhuǎn)換成無(wú)因次的準(zhǔn)則方程。也就是利用一個(gè)現(xiàn)象的全部獨(dú)立的相似準(zhǔn)則的集合來(lái)表達(dá)該現(xiàn)象的各物理量間的函數(shù)關(guān)系。3）相似第三定理（相似逆定理）

對(duì)于同一類物理現(xiàn)象，如果單值條件相似，且由單值條件的物理量所組成的相似準(zhǔn)則在數(shù)值上相等，則現(xiàn)象相似。

單值條件，是指能把服從于同一方程組的無(wú)數(shù)現(xiàn)象單一地劃分出某一具體現(xiàn)象的條件，也就是將現(xiàn)象的通解轉(zhuǎn)變?yōu)樘亟獾臈l件。所有存在于單值條件中的物理量都稱為單值量。單值條件確定了現(xiàn)象的幾何特征、物理參數(shù)的數(shù)值、介質(zhì)條件、邊界條件和起始條件。

相似第三定理是構(gòu)成現(xiàn)象相似的充分必要條件。它指出若兩現(xiàn)象相似，除其對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的物理量組成的相似準(zhǔn)則的數(shù)值相同外，還必須具備初始狀態(tài)相同的條件。5.相似比方程1）方程分析法

當(dāng)二現(xiàn)象相似時(shí)，其表達(dá)方程式的形式應(yīng)完全相同且方程中任意對(duì)應(yīng)二項(xiàng)的比值相等。即對(duì)某系統(tǒng)有：則與此相似的現(xiàn)象當(dāng)有：且將比例式予以轉(zhuǎn)換，有：

用方程分析法求解時(shí)，首先列出所需物理或幾何關(guān)系方程式，用方程式中的任一項(xiàng)去除其他各項(xiàng)，并將所有微分運(yùn)算符號(hào)刪去，用相應(yīng)量的比值代替；然后將各項(xiàng)比值中的相應(yīng)參數(shù)用相應(yīng)的相似比代替，并令其等于1，所得各關(guān)系式即為二相似現(xiàn)象間的各相似指標(biāo)。例6-1：確定小變形時(shí)梁的彎曲變形相似指標(biāo)。解：在此情況下描述梁的彎曲變形的方程為：變換上式，可得：用M除以各項(xiàng)可得：刪去微分運(yùn)算符號(hào)，可得：分別將式中有關(guān)參數(shù)用相應(yīng)的相似比代替若二梁截面形狀亦相似，有：則：2）由相似第一定理求相似比方程

通過(guò)前述的簡(jiǎn)支梁來(lái)予以說(shuō)明。若兩簡(jiǎn)支梁系統(tǒng)剛度相似，則根據(jù)梁的彎曲變形微分方程：量綱等效：則得相似準(zhǔn)則：由相似第一定理，兩系統(tǒng)相似，相似準(zhǔn)則相同：相似指標(biāo)為1：3）用量綱分析法求相似比方程

對(duì)于關(guān)系式未知的物理系統(tǒng)，可用量綱分析法，先求出物理關(guān)系式中各參數(shù)的指數(shù)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上再求相似比方程。一般表達(dá)式為：將各物理量的量綱均用基本量綱[J]表達(dá)：根據(jù)方程等號(hào)兩邊量綱齊次，有：此方程組有n個(gè)未知數(shù)，但只有k個(gè)方程，故須對(duì)(n-k)個(gè)未知數(shù)給定(n-k)組不同的數(shù)值，可以求得(n-k)組獨(dú)立解，從而得到(n-k)個(gè)相似準(zhǔn)則。例6-4：分析機(jī)床床身強(qiáng)迫振動(dòng)的相似比關(guān)系式。解：機(jī)床強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率f(s-1)與長(zhǎng)度l(mm)、材料密度(g/mm3)及彈性模量

E[N/mm2→(kgm/s2)/mm2]有關(guān)。設(shè)

列量綱方程式：根據(jù)方程兩端量綱齊次，可得：床身強(qiáng)迫振動(dòng)頻率關(guān)系式為：若兩系統(tǒng)相似，其相似比方程為：三、模型設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

在工程設(shè)計(jì)中常常需要進(jìn)行模型設(shè)計(jì)與試驗(yàn)，以便較好的確定相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)。工程設(shè)計(jì)中所用到的模型與實(shí)際系統(tǒng)之間是一個(gè)相似關(guān)系。

基于模型設(shè)計(jì)能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初期評(píng)估和驗(yàn)證產(chǎn)品的性能，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在的缺陷并進(jìn)行更正，有效地避免了如傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在產(chǎn)品成形的后期實(shí)驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題而產(chǎn)生的巨大損失。此外，基于模型設(shè)計(jì)方法可以擺脫對(duì)物理樣機(jī)的依賴，大大降低了研發(fā)成本，縮短了研發(fā)周期。模型設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循以下基本原則：

1）模型與原型(基型)應(yīng)當(dāng)幾何相似。

2）模型與原型用同樣物理關(guān)系式或微分方程描述。

3）模型與原型的初始條件、邊界條件相似。

4）模型與原型的同類物理參數(shù)對(duì)應(yīng)成比例（載荷、速度、溫度、預(yù)應(yīng)力等），而且比值為常數(shù)。模型設(shè)計(jì)的主要步驟如下：

1）導(dǎo)出相似指標(biāo)與準(zhǔn)則。用同樣的物理方程式描述原型與模型，應(yīng)用相似三定理導(dǎo)出相似指標(biāo)和相似準(zhǔn)則。

2）選材料。模型材料不一定與原型材料相同。

3）定尺寸。模型各部分尺寸將由幾何常數(shù)確定。

4）確定結(jié)構(gòu)。模型結(jié)構(gòu)不必與原型結(jié)構(gòu)完全相同，模型可適當(dāng)簡(jiǎn)化，但要注意簡(jiǎn)化后的模型要保持主要結(jié)構(gòu)性能與原型一致。基于模型設(shè)計(jì)的軟件開(kāi)發(fā)：

1）圖形化、模型化的設(shè)計(jì)方法將使開(kāi)發(fā)者更加容易開(kāi)始工作。

2）通過(guò)模型仿真驗(yàn)證在開(kāi)發(fā)初期就發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并更正，避免前期的錯(cuò)誤而在后期造成更大的損失。

3）自動(dòng)代碼生成技術(shù)通過(guò)設(shè)計(jì)可以生成符合多平臺(tái)的硬件語(yǔ)言。

4）實(shí)現(xiàn)技術(shù)文件的快速創(chuàng)建，方便工程師整理與發(fā)布，形成技術(shù)規(guī)范，幫助項(xiàng)目管理過(guò)程。四、相似系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)要點(diǎn)

相似系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)的原理是在基型產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)相似原理求出系列中其它產(chǎn)品的參數(shù)和尺寸。系列設(shè)計(jì)比單件產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率大為提高，而相對(duì)設(shè)計(jì)成本降低。設(shè)計(jì)的主要步驟如下：1）基型產(chǎn)品設(shè)計(jì)

基型產(chǎn)品一般選在系列的中檔，為使用較多的型號(hào)。運(yùn)用科學(xué)設(shè)計(jì)方法對(duì)基型產(chǎn)品進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，尋求最佳原理方案及結(jié)構(gòu)方案，確定材料及優(yōu)化可靠的參數(shù)、尺寸。尺寸應(yīng)盡量采用優(yōu)先數(shù)系中的優(yōu)先數(shù)。2）確定相似系列

產(chǎn)品系列一般分為幾何相似產(chǎn)品系列與半相似產(chǎn)品系列。幾何相似產(chǎn)品系列中各產(chǎn)品的相應(yīng)的幾何尺寸都固定成比例，相似比為定值。

半相似產(chǎn)品系列是不完全符合幾何相似的產(chǎn)品系列，各參數(shù)和尺寸根據(jù)使用或工藝要求可能有不同的比例關(guān)系。

需要特別注意的是，對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，發(fā)展系列產(chǎn)品不僅是幾何尺寸上的放大與縮小，它還要求采用相同的材料，相同的工藝，特別希望達(dá)到相同的材料利用率，亦即希望所產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)當(dāng)相同。因而在設(shè)計(jì)中要保持幾何相似、動(dòng)力相似，且主要考慮彈性力與慣性力，并希望材料不變，應(yīng)力相同時(shí)，有關(guān)參量的相似比均可表達(dá)為幾何尺寸相似比的一定關(guān)系。

此外，即使是幾何相似的系列產(chǎn)品，某些結(jié)構(gòu)尺寸也不可能成比例。如鑄造壁厚、零件公差等。3）級(jí)差公比的選擇和計(jì)算

級(jí)差是指的系列產(chǎn)品中相鄰產(chǎn)品尺寸或參數(shù)之間的公比。級(jí)差公比的選擇原則是：在一定的范圍內(nèi)，使用者希望級(jí)差公比小些，增加系列產(chǎn)品的種類，便于選用；而生產(chǎn)者則希望級(jí)差公比大些，減少系列產(chǎn)品種類，以降低加工成本。

系列中某些基本尺寸或參數(shù)往往是級(jí)差相等的等比級(jí)數(shù)，可按幾何等比數(shù)列的規(guī)律求其級(jí)差公比

。式中：T1—數(shù)列首項(xiàng)，Tn—數(shù)列末項(xiàng)，n—項(xiàng)數(shù)4）求擴(kuò)展型產(chǎn)品的參數(shù)及尺寸

已知基型產(chǎn)品的參數(shù)、尺寸及有關(guān)級(jí)差公比，經(jīng)過(guò)計(jì)算或作圖，可求得系列中其它擴(kuò)展型產(chǎn)品的參數(shù)和尺寸，一般用數(shù)據(jù)表或線圖表示

計(jì)算法可以用公式

表示。式中：k—擴(kuò)展型參數(shù)；k0—基型參數(shù)（下標(biāo)為0）；

—參數(shù)級(jí)差；p—擴(kuò)展型距基型的級(jí)數(shù)。當(dāng)P>0時(shí)，求得的是增大的擴(kuò)展型參數(shù)；當(dāng)P<0時(shí)，求得的是縮小的擴(kuò)展型參數(shù)。

若基型參數(shù)與尺寸選用優(yōu)先數(shù)，級(jí)差又是標(biāo)準(zhǔn)公比，則可用優(yōu)先數(shù)曲線方法作圖，求系列擴(kuò)展型的各參數(shù)、尺寸。圖6-4優(yōu)先數(shù)對(duì)數(shù)坐標(biāo)中之優(yōu)先數(shù)曲線例6-6：設(shè)計(jì)圓柱銷系列中各圓柱銷的尺寸、面積、體積。要求銷長(zhǎng)范圍為10~125mm，12種規(guī)格，長(zhǎng)徑比l/d=5。解：(1)長(zhǎng)度級(jí)差(2)基型圓柱銷設(shè)計(jì)

在系列中部選基型銷，尺寸取優(yōu)先數(shù)。(3）由方程分析法求其他尺寸與參數(shù)級(jí)差：5）確定全系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)

根據(jù)作圖法或計(jì)算出的參數(shù)、尺寸等進(jìn)行必要的圓整和標(biāo)準(zhǔn)化處理，以便于加工、裝配和維修。在系列各型產(chǎn)品中盡量考慮某些零部件的通用化，這樣可以降低成本，縮短加工周期，且便于管理。在基型優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從全系列優(yōu)化的角度對(duì)有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)進(jìn)行修正，使之性能好、成本低，完成全系列的設(shè)計(jì)。第三節(jié)

模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)

模塊化產(chǎn)品是由一組特定的模塊，在一定范圍內(nèi)組成的多種不同功能或相同功能不同性能的系列產(chǎn)品。在這類變型產(chǎn)品系列中模塊是通用件，是具有一定功能的零件、組件或部件，模塊上具有特定的結(jié)合表面和結(jié)合要素，以保證組合的互換性和精確度。模塊化產(chǎn)品是用少量品種成批生產(chǎn)的模塊組成多品種變型產(chǎn)品，它在縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高質(zhì)量，降低成本及加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力方面的綜合經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。一、模塊的概念

模塊是構(gòu)成系統(tǒng)的、具有特定功能、可兼容、互換的獨(dú)立單元，是模塊化的基礎(chǔ)。

模塊系統(tǒng)的概念始于兒童積木，用一定量不同形狀、大小、顏色的積木塊可以組合出房子、汽車、家具等多種結(jié)構(gòu)。在這里積木塊就是基本模塊，用積木塊組成多種結(jié)構(gòu)的方法和原理就是最簡(jiǎn)單的模塊化原理。

模塊具有能實(shí)現(xiàn)某種特定的功能、模具有一定的獨(dú)立性和互換性、能通過(guò)接口組成更加復(fù)雜的系統(tǒng)等特點(diǎn)。

工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用的模塊是不能完全等同于積木塊的。因?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品中的模塊是需要具有一定功能和結(jié)合要素的。結(jié)合要素是指模塊間聯(lián)結(jié)部位的形狀、尺寸、聯(lián)接件間的配合或嚙合參數(shù)等，以滿足模塊相互組合的互換性和精確度的要求。各模塊雖性能和結(jié)構(gòu)不同，卻能因結(jié)合要素的存在而能互換。此外，模塊結(jié)構(gòu)與外形設(shè)計(jì)時(shí)要考慮不同模塊組合時(shí)的協(xié)調(diào)性。

在生產(chǎn)中應(yīng)用模塊系統(tǒng)主要有以下優(yōu)勢(shì)：

1）便于產(chǎn)品更新?lián)Q代發(fā)展變型產(chǎn)品。

2）縮短設(shè)計(jì)和供貨周期。

3）提高質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。

4）便于維修。二、模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)的核心思想是根據(jù)功能將系統(tǒng)分解為若干模塊，通過(guò)模塊的不同組合，可以得到不同品種，不同規(guī)格的產(chǎn)品。是將產(chǎn)品上同一功能的單元設(shè)計(jì)成具有不同性能，可以互換的模塊，選用不同模塊，即可組成不同類型，不同規(guī)格的產(chǎn)品。產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)是以有限種類的標(biāo)準(zhǔn)化零部件實(shí)現(xiàn)盡可能多樣化的產(chǎn)品，利用模塊的標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速組合，并利用模塊的組合效應(yīng)滿足客戶的個(gè)性化需求。1.模塊化設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：

1)是針對(duì)某一類具備相同或相似功能的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是針對(duì)某一個(gè)特定的產(chǎn)品進(jìn)行。

2)依據(jù)產(chǎn)品架構(gòu)組合模塊實(shí)現(xiàn)從上到下的研發(fā)方式。

3)利用通用模塊的組合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化。

4)利用模塊的組合進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮模塊之間的連接與互換。2.設(shè)計(jì)的原則

模塊化設(shè)計(jì)的原則是力求以少數(shù)模塊組成盡可能多的產(chǎn)品，并在滿足用戶要求的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。3.合理確定產(chǎn)品的系列型譜和參數(shù)

對(duì)于縱系列產(chǎn)品，主要考慮隨參數(shù)變化對(duì)系列產(chǎn)品劃分合理區(qū)段，同一區(qū)段內(nèi)模塊通用。

對(duì)于橫系列產(chǎn)品，主要考慮如何添加或更換功能模塊，以得到擴(kuò)展功能的同類型產(chǎn)品，即在不改變產(chǎn)品主參數(shù)條件下，利用模塊發(fā)展變型產(chǎn)品。

對(duì)于跨系列產(chǎn)品，由于包含了具有相近動(dòng)力參數(shù)的不同類型產(chǎn)品，因此，存在兩種模塊化方式，一是在相同基礎(chǔ)件結(jié)構(gòu)上選用不同模塊組成跨系列產(chǎn)品，二是基礎(chǔ)件不同的跨系列產(chǎn)品中具有同一功能的零部件選用相同功能模塊。4.產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程

模塊化產(chǎn)品平臺(tái)構(gòu)建通過(guò)產(chǎn)品模塊劃分及模塊建模兩部分工作實(shí)現(xiàn)，完成產(chǎn)品模塊化分解過(guò)程；模塊化產(chǎn)品平臺(tái)維護(hù)則是向平臺(tái)不斷補(bǔ)充產(chǎn)品模塊化實(shí)例，更新平臺(tái)相關(guān)內(nèi)容；定制化產(chǎn)品模塊設(shè)計(jì)過(guò)程則是基于產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)和模塊變型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),將模塊按照產(chǎn)品組成原理進(jìn)行組合，交付滿足客戶定制化需求的產(chǎn)品。圖6-5產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程5.模塊的劃分及組合

如何合理地劃分模塊是模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。模塊種類少，則通用化程度高，加工批量大，有利于降低成本；模塊種類多，則柔性大，易于滿足產(chǎn)品的各種功能和性能。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須從產(chǎn)品系統(tǒng)的整體出發(fā)，對(duì)功能、性能和成本等諸多方面進(jìn)行全面分析，這樣才能合理確定模塊的種類和數(shù)量。1）模塊的分類

模塊一般分為兩類，一類是功能模塊，承載著產(chǎn)品所需的功能；另一類是生產(chǎn)模塊，也稱基本模塊，是產(chǎn)品生產(chǎn)中的加工單元，是實(shí)際使用時(shí)拼裝組合的模塊。它可以是部件、組件或零件，一般以部件作為基本模塊應(yīng)用較多。組件模塊可使部件有不同的功能和性能，有時(shí)比更換部件更靈活，而零件作為生產(chǎn)模塊靈活性更大。2）模塊的劃分

劃分模塊的出發(fā)點(diǎn)是功能分析。目前模塊的實(shí)際劃分主要按部件進(jìn)行，以保證模塊有較高的獨(dú)立性和完整性，便于結(jié)合與分離，容易保證裝配質(zhì)量，生產(chǎn)管理變動(dòng)較小。劃分模塊時(shí)，對(duì)模塊按不同的級(jí)別的進(jìn)行分級(jí)，低一級(jí)模塊組合便成為高一級(jí)模塊。圖6-6復(fù)合產(chǎn)品系統(tǒng)的功能模塊的劃分

功能模塊一般劃分為四大類，基本模塊具有最基本的功能，常常為反復(fù)使用的基礎(chǔ)模塊；輔助模塊是協(xié)助基本模塊完成工作的模塊；特種模塊完成某種特定的功能；附加模塊是由具體要求完成的附加功能。圖6-8車床的功能模塊圖圖6-7車床的功能結(jié)構(gòu)圖

在進(jìn)行模塊劃分時(shí)需注意以下幾個(gè)方面：

一是注意模塊在整個(gè)系統(tǒng)中的作用及其更換的可能性和必要性；

二是注意保持模塊在功能及結(jié)構(gòu)方面的一定獨(dú)立性與完整性；

三是模塊間的結(jié)合要素要便于聯(lián)接及分離；

四是模塊的劃分不能影響系統(tǒng)的主要功能。3）模塊的組合

產(chǎn)品模塊化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要考慮模塊如何組合、組合產(chǎn)品的種類等，以求用較少類模塊組合成更多不同功能和性能的變型產(chǎn)品。

模塊系統(tǒng)的組合方式一般有兩種。一種是由模塊可以得到無(wú)限多組合的開(kāi)式模塊系統(tǒng)。對(duì)于開(kāi)式模塊系統(tǒng)，可按其自己的特點(diǎn)進(jìn)行模塊組合，沒(méi)有必要計(jì)算總組合數(shù)。

另一種是由一定種類模塊組成有限數(shù)組合的閉式模塊系統(tǒng)