CN111008440A - 一种基于理想解法的五性与性能综合权衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于五性设计技术领域，涉及一种基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，本发明基于理想解法，从几何角度出发，通过借鉴多目标决策问题中的理想解和负理想解的思想，首次提出了直升机型号五性与性能综合权衡方法，使各类五性参数以及功能特性可在相同的尺度下参与决策。选择出与理想方案的差距最小并且与负理想方案差距最大的方案为最优方案，通过本发明方法，可实现功能与五性的多人多专业群体决策；通过本发明的方法，实现了新型装备综合设计过程中五性与性能的综合权衡，解决了目前依靠经验的决策机制，保证研制过程的不断优化，为直升机关键***、设备的多方案优选提供一种既符合工程实际又效果良好的方法。

Description

一种基于理想解法的五性与性能综合权衡方法

技术领域

本发明属于五性设计技术领域，涉及一种基于理想解法的五性与性能综合权衡方法。

背景技术

新型装备的性能与五性(可靠性、安全性、维修性、测试性，保障性)要求多，设计参数多，耦合关系复杂，而且性能与五性特性实现存在耦合和冲突，在新型装备五性与性能要求的实现过程中，需针对研制过程中产生的多技术方案(包括原方案和改进方案)进行权衡比较和择优，最终保证整个研制过程按优化方向发展。虽然装备研制中五性与性能多要素综合权衡的需求旺盛，但其数据来源和形式多样，且由于预测方法的局限性导致参数的评估具有一定的不确定性，导致指标“偏软”，难以有效影响综合权衡，造成目前的决策过多地依赖于以往型号的经验，没有真正地做到权衡决策的科学性。

在型号的综合设计过程中，对存在的多个设计方案，基于其对五性与性能要求的满足程度，对其进行定量的评价一直是综合权衡过程的重难点。

发明内容

本发明的目的是：提出一种基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，以解决目前多个设计方案中根据经验决策的技术问题，提高权衡决策的科学性。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，所述的五性与性能综合权衡方法包含以下步骤：

步骤一、选择装备的关键决策属性；

步骤二、对各设计方案的关键决策属性进行量化评价，建立各设计方案的关键决策属性指标构成的决策矩阵；

步骤三、将各关键决策属性指标分为正向指标和逆向指标，并对决策矩阵进行规范化处理使正向指标和逆向指标在同一评价尺度上。

步骤四、基于已规范化的决策矩阵和关键决策属性权重集，求加权决策矩阵；

步骤五、基于加权决策矩阵确定关键决策属性的正理想方案和负理想方案；

步骤六、分别计算各设计方案到正理想方案和负理想方案的Hamming距离；

步骤七、基于正理想方案或负理想方案计算各设计方案的相对贴近度；

步骤八、根据各设计方案的相对贴近度，选取最优的设计方案；

步骤一所述的关键决策属性从五性和性能中选取；

步骤二中所述量化评价通过专家评分；

步骤三中所述正向指标是指效益型指标，其值越大越好；所述逆向指标是指成本型指标，其值越小越好。正向指标和逆向指标在同一评价尺度上，如将逆向指标反向运算，使其数值越大越好。

步骤三中所述正向指标规范化处理公式如下：

r_ij为决策方案x_i对属性aj的评价值；

步骤三中所述逆向指标规范化处理公式如下：

r_ij为决策方案x_i对属性aj的评价值；

步骤四中所述关键决策属性权重集通过专家给出；

步骤四中所述加权决策矩阵具体计算步骤如下：

首先将关键决策属性权重集归一化处理；其中，第i个属性权重归一化公式如下：

为第i个属性归一化之前的权重，n为属性数量；

将归一化后的关键决策属性权重集代入规范化的决策矩阵中得到加权决策矩阵。

步骤八中最优的设计方案选取方式如下：

若相对贴近度基于正理想方案计算，则各设计方案中相对贴近度最小的设计方案为最优方案；

若相对贴近度基于负理想方案计算，则各设计方案中相对贴近度最大的设计方案为最优方案。

本发明的有益效果是：本发明运用基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，减少了工作量，操作性强，而且充分考虑到多种决策属性对设计要求的影响，并赋予相应的权重，真正达到综合设计过程的高效、快速、经济。

解决了多方案决策中关键决策属性的归一化处理问题，充分考虑了各属性间的重要度排序，达到符合工程实际的目的。

理想解法通过构建正理想方案与负理想方案，得到了评判各设计方案的基准，利用贴近度函数计算各方案到负理想方案的距离与其到正、负理想方案的距离之和的商，得到一个比重值，用以比较各个方案的优劣。

通过本发明提出的方法，实现了新型装备综合设计过程中五性与性能的综合权衡，解决了目前依靠经验的决策机制，保证研制过程的不断优化，为直升机关键***、设备的多方案优选提供一种既符合工程实际又效果良好的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于理想解法的五性与性能综合权衡方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。

在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

下面以某型直升机的鱼叉液压***的设计为例，结合附图详细描述本发明的基于理想解法的五性与性能综合权衡方法。

当前鱼叉液压***存在：附件拆装不便、维护性较差、可靠性低、重量大等问题，因此需对鱼叉液压***进行改进优化设计。为了解决这些问题，提出了三种改进方案：方案一、鱼叉组合阀组件；方案二、左油箱与辅助控制阀集成；方案三、应急油箱与应急阀集成；

基于本发明的基于理想解法的五性与性能综合权衡方法具体步骤如下：

步骤一、根据专家评价，选取鱼叉液压***的关键决策属性：

决策矩阵如下所示，因此确定完设计方案后，还需确定关键决策属性。

式中，X＝{x₁,x₂,…,x_m}——方案集；

A＝{a₁,a₂,…,a_n}——衡量各决策方案的关键决策属性集；

r_ij——决策方案x_i对属性a_j的评价值。

通过梳理鱼叉液压***研制过程中出现的问题及使用需求，在多种集成化设计方案的基础上，综合考虑用户需求、技术要求、可靠性要求、经济性因素等因素，确定关键决策属性为8种：减轻的重量、可靠性、强度、安装空间、加工工艺、技术成熟度、进度以及成本；

综合考虑设计方案以及各方面专家的意见，得到上述三种方案的指标评分值。各集成方案的专家评分如表1所示。

表1

注：各指标的评分范围为1-10

由表1中的专家评分可知，决策矩阵为：

第2步：对决策矩阵进行规范化处理：

度量设计方案的各个性能与RMS属性评价指标均为确定型的点值指标，总的来说，可以分为成本型属性指标和效益型属性指标，其规范化方法如下：

1)效益型属性指标，即正向指标(越大越好)

2)成本型属性指标，即逆向指标(越小越好)

归一化决策矩阵B：

B＝[b_ij],i＝1,2,…,m,j＝1,2,…,n

按照上述方法得到的归一化决策矩阵如下

第3步：结合已规范化的决策矩阵和方案的性能与五性属性指标权重集求加权决策矩阵：

首先，结合方案和专家意见，得到各决策属性指标权重集，

先归一化权值：

形成ω＝(ω₁,ω₂,…,ω_n)，

求加权决策矩阵：

考虑各方面专家的意见，得到8种指标的权重因子如表2所示。

表2

指标	减轻的重量	可靠性	强度	安装空间	加工工艺	技术成熟度	进度	成本
									权重	5	4	4	4	3	4	3	2

因此，方案的性能与RMS属性指标权重集

归一化权值，得ω＝(0.172 0.138 0.138 0.138 0.103 0.138 0.103 0.069)

求得加权决策矩阵：

第4步：确定性能与五性综合决策的正理想方案和负理想方案：

令：

(取第j列的最大值)

(取第j列的最小值)

则正理想方案X⁺为：

(取每一列的最大值)

负理想方案X^-为：

(取每一列的最小值)

由加权决策矩阵得正理想方案

X⁺＝{0.125 0.089 0.092 0.095 0.067 0.1160.068 0.044}

负理想方案

X^-＝{0.069 0.056 0.0660.032 0.0400.039 0.038 0.031}

第5步：分别计算每个参与决策的方案到正理想方案和负理想方案的Hamming距离：

Hamming距离为：

其中，

经计算得，

同理，

第6步：计算每个参与决策的方案到负理想方案的相对贴近度：

相对贴近度计算公式为：

经计算，d₁＝0.607，d₂＝0.567，d₃＝0.423。

第7步：将相对贴近度值按从大到小对每个参与决策的方案进行排序，相对贴近度最大的决策方案最优：

方案排序结果为d₁>d₂>d₃，即方案一优于方案二，方案二优于方案三。

基于理想解法的五性与性能综合权衡方法效果检验

对鱼叉组合阀组件方案进行仿真分析，结论如下：

原设计方案中的鱼叉附件板组件的总重为11.604Kg，而新方案鱼叉组合阀组件的总重为7.78Kg，可知新方案达到总体减重3Kg的设计要求。此外，新的设计方案引入后，鱼叉组合阀组件的设计没有降低鱼叉液压***的整体性能，并且新设计的方案也满足了***对可靠性的要求。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，其特征在于：所述的五性与性能综合权衡方法包含以下步骤：

步骤一、选择装备的关键决策属性；

步骤二、对各设计方案的关键决策属性进行量化评价，建立各设计方案的关键决策属性指标构成的决策矩阵；

步骤三、将各关键决策属性指标分为正向指标和逆向指标，并对决策矩阵进行规范化处理使正向指标和逆向指标在同一评价尺度上；

步骤四、基于已规范化的决策矩阵和关键决策属性权重集，求加权决策矩阵；

步骤五、基于加权决策矩阵确定关键决策属性的正理想方案和负理想方案；

步骤六、分别计算各设计方案到正理想方案和负理想方案的Hamming距离；

步骤七、基于正理想方案或负理想方案计算各设计方案的相对贴近度；

步骤八、根据各设计方案的相对贴近度，选取最优的设计方案。

2.根据权利要求1所述的基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，其特征在于：步骤一所述的关键决策属性从五性和性能中选取。

3.根据权利要求1所述的基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，其特征在于：步骤二中所述量化评价通过专家评分。

4.根据权利要求1所述的基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，其特征在于：步骤三中所述正向指标是指效益型指标，其值越大越好；所述逆向指标是指成本型指标，其值越小越好。

5.根据权利要求1所述的基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，其特征在于：步骤三中所述正向指标规范化处理公式如下：

r_ij为决策方案x_i对属性a_j的评价值。

6.根据权利要求1所述的基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，其特征在于：步骤三中所述逆向指标规范化处理公式如下：

r_ij为决策方案x_i对属性a_j的评价值。

7.根据权利要求1所述的基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，其特征在于：步骤四中所述关键决策属性权重集通过专家给出。

8.根据权利要求1所述的基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，其特征在于：步骤四中加权决策矩阵具体计算步骤如下：

首先将关键决策属性权重集归一化处理；其中，第i个属性权重归一化公式如下：

为第i个属性归一化之前的权重，n为属性数量；

将归一化后的关键决策属性权重集代入规范化的决策矩阵中得到加权决策矩阵。

9.根据权利要求1所述的基于理想解法的五性与性能综合权衡方法，其特征在于：所述步骤八中最优的设计方案选取方式如下：

若相对贴近度基于正理想方案计算，则各设计方案中相对贴近度最小的设计方案为最优方案；

若相对贴近度基于负理想方案计算，则各设计方案中相对贴近度最大的设计方案为最优方案。

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