第 1 章 緒論

1.1 研究背景及意義 
產(chǎn)品設(shè)計方案產(chǎn)生于產(chǎn)品概念設(shè)計階段，是產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)研發(fā)和生產(chǎn)的基礎(chǔ)性文件，決定著 60%-70%的產(chǎn)品生產(chǎn)成本，在整個產(chǎn)品生命周期中占有重要地位。而隨著知識經(jīng)濟(jì)時代的到來，能夠以知識為核心驅(qū)動，高效利用設(shè)計知識為產(chǎn)品設(shè)計服務(wù)，從而提高知識重用率，縮短設(shè)計周期的產(chǎn)品智能設(shè)計系統(tǒng)成為學(xué)界和企業(yè)界共同關(guān)注的焦點。 產(chǎn)品智能設(shè)計系統(tǒng)以相關(guān)智能設(shè)計理論為基礎(chǔ)，針對特定應(yīng)用領(lǐng)域，構(gòu)建設(shè)計知識的表達(dá)與推理機(jī)制，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計方案的自動化與智能化生成。以槍械智能設(shè)計系統(tǒng)為例，其運行機(jī)制即可概括為：首先由槍械設(shè)計人員為槍械智能設(shè)計系統(tǒng)輸入既定的技戰(zhàn)術(shù)需求，然后設(shè)計系統(tǒng)經(jīng)由其推理機(jī)制自動而智能地輸出多項槍械備選方案以供選擇，最后設(shè)計系統(tǒng)通過其決策機(jī)制對這些備選方案進(jìn)行評價，從中選出最優(yōu)秀的方案作為系統(tǒng)的輸出結(jié)果用于后續(xù)的仿真分析與實際生產(chǎn)。從此運行機(jī)制可以看出，方案的評價與決策機(jī)制作為產(chǎn)品智能設(shè)計系統(tǒng)的終端環(huán)節(jié)，直接決定著系統(tǒng)輸出結(jié)果的質(zhì)量。因此，作為決策機(jī)制理論基礎(chǔ)的方案評價方法就理所當(dāng)然的成為了產(chǎn)品智能設(shè)計系統(tǒng)相關(guān)研究中的重要組成部分[1]。 這里，需要說明的是，能夠用到方案評價方法的評價活動一定屬于多目標(biāo)決策類型，即存在多項評價指標(biāo)，而非單目標(biāo)決策。這是因為，在單目標(biāo)決策類型的評價活動中，每個備選方案只有一個評價值，只需要對該評價值進(jìn)行簡單的數(shù)值大小排序就可以得到最優(yōu)方案，并不需要專門的方案評價方法來對評價數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。而之所以在產(chǎn)品設(shè)計方案的評價活動中考慮多項評價指標(biāo)，則是因為多項評價指標(biāo)的參與能夠讓產(chǎn)品設(shè)計人員從多個角度綜合考量各備選方案的優(yōu)劣程度，避免單項評價指標(biāo)的過分側(cè)重而影響評價結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。因此，考慮多項評價指標(biāo)已經(jīng)成為產(chǎn)品設(shè)計方案評價活動中約定俗稱的評價規(guī)范。例如，在槍械設(shè)計方案評價中，就需要綜合考慮“全槍質(zhì)量”、“100m 單發(fā)精度”、“故障率”、“結(jié)構(gòu)簡單性”、“可維修性”、“安全性”以及“經(jīng)濟(jì)成本”等多項評價指標(biāo)。 
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1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 
為了更加深入的了解和掌握當(dāng)前學(xué)術(shù)領(lǐng)域?qū)τ诜桨冈u價與隱性知識的研究現(xiàn)狀，從而避免重復(fù)性研究，提出更加具有創(chuàng)新性的研究點，本節(jié)對方案評價領(lǐng)域和隱性知識領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述。目前國內(nèi)外學(xué)者對于方案評價的研究，大體可以分為如下三個方面：方案評價方法的改進(jìn)研究、方案評價方法的應(yīng)用研究和方案評價指標(biāo)研究。 其中，方案評價方法的改進(jìn)研究是指對方案評價方法的優(yōu)缺點進(jìn)行分析，并對缺點進(jìn)行改進(jìn)以提出更加客觀有效的方案評價方法。方案評價方法的應(yīng)用研究則是指針對某個特定的應(yīng)用領(lǐng)域，采用合適的方案評價方法去解決實際的方案評價問題。原本這兩類文章在研究的側(cè)重點方面并不一致，但是由于大多數(shù)方法改進(jìn)類文章的出發(fā)點都是針對特定應(yīng)用領(lǐng)域才對某種方案評價方法進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，仍然可以算作方法應(yīng)用研究一類，因此，本文并沒有對方法改進(jìn)研究的文章和方法應(yīng)用研究的文章進(jìn)行具體切分，而是統(tǒng)一從不同方案評價方法的角度對這兩類文章進(jìn)行綜述。 目前在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，常用的方案評價方法有：層次分析法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法等。 層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱 AHP）是由美國運籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂于 20 世紀(jì) 70 年代初，在為美國國防部研究“根據(jù)各個工業(yè)部門對國家福利的貢獻(xiàn)大小而進(jìn)行電力分配”課題時，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)綜合評價方法，提出的一種層次權(quán)重決策分析方法[2]。它將決策問題按總目標(biāo)、各層子目標(biāo)、評價準(zhǔn)則和具體備選方案的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，然后利用求解判斷矩陣特征向量的方法，求得每一層各元素對上一層某元素的優(yōu)先權(quán)重，最后再用加權(quán)和的方法求得各備選方案對總目標(biāo)的最終權(quán)重，最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案。由于層次分析法可以將定性方法與定量方法有機(jī)結(jié)合，且能把多目標(biāo)、多準(zhǔn)則又難以全部量化處理的決策問題轉(zhuǎn)化為多層次單目標(biāo)問題，因此得到了廣泛的應(yīng)用。例如，Chan 等學(xué)者將層次分析法應(yīng)用于全球供應(yīng)商的選擇[3]，而 Muhammad 等學(xué)者則利用層次分析法進(jìn)行光伏技術(shù)方案的選擇[4]。 
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第 2 章 指標(biāo)影響關(guān)系問題闡述與方法選擇

為了解決指標(biāo)影響關(guān)系問題，本文將隱性知識的相關(guān)理論和建模方法引入到方案評價領(lǐng)域。為了更加深入對這一想法進(jìn)行探討，本章首先對指標(biāo)影響關(guān)系問題進(jìn)行分析闡述，然后從定義和特征兩個方面闡述指標(biāo)影響關(guān)系就是一種隱性知識，進(jìn)而對隱性知識的建模方法進(jìn)行選擇以適用于方案評價領(lǐng)域，最后構(gòu)建本文研究的整體思路。

2.1 指標(biāo)影響關(guān)系問題闡述 
實際上，從更加寬廣的視角來看，無論是產(chǎn)品設(shè)計方案的評價，還是其他領(lǐng)域的方案評價，概括起來都有兩個核心的要素，即方案評價指標(biāo)體系和方案評價算法。 所謂方案評價指標(biāo)體系，通常是由領(lǐng)域?qū)＜裔槍Υu價的備選方案所屬領(lǐng)域的實際情況而科學(xué)地挑選出的一組方案評價指標(biāo)。這組評價指標(biāo)就是專家在對備選方案進(jìn)行評價時的多個角度，它幫助方案評價人員多維度、全面、綜合性地衡量各項備選方案的優(yōu)劣程度。同時，雖然評價角度可以有多個以體現(xiàn)考慮全面，但并不意味著所有評價指標(biāo)在專家心目中具有相同的重要程度。事實上，專家在制定方案評價指標(biāo)體系時，肯定會因為各種實際情況的考量而希望對某些評價指標(biāo)予以側(cè)重。因此，為了體現(xiàn)評價指標(biāo)之間重要程度的區(qū)別，各個評價指標(biāo)就會被賦予不同的權(quán)重，這些權(quán)重稱之為“指標(biāo)權(quán)重”。指標(biāo)權(quán)重可以由專家人為的設(shè)定，也可以由方案評價算法給出。 所謂方案評價算法，就是對評價數(shù)據(jù)的處理過程。方案評價人員根據(jù)方案評價指標(biāo)體系，對各項備選方案進(jìn)行評價，會得到一個評價數(shù)據(jù)的矩陣。但評價的最終目的是要得到一個最優(yōu)的方案，即需要將單項備選方案在多個評價指標(biāo)下的一組評價數(shù)據(jù)處理為一個值，這個值可以綜合的體現(xiàn)該項備選方案的優(yōu)劣程度，從而才能根據(jù)此綜合評價的得分值的高低從多項備選方案中評選出綜合最優(yōu)的方案。而如何合理地對評價數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且兼顧指標(biāo)權(quán)重的影響，就需要由科學(xué)的方案評價算法來完成。
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2.2 隱性知識的引入 
通過第 2.1 節(jié)對于指標(biāo)影響關(guān)系問題的闡述可以發(fā)現(xiàn)，如何表達(dá)評價指標(biāo)之間的綜合影響關(guān)系是問題的關(guān)鍵所在。為此，本文引入隱性知識的建模方法來對這一問題進(jìn)行解決。 之所以考慮在方案評價領(lǐng)域引入隱性知識的建模方法，是因為指標(biāo)影響關(guān)系實際上就是一種專家的隱性知識。為了更明晰的闡述這一觀點，本文進(jìn)行如下論述。 首先，通過對相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀，可以發(fā)現(xiàn)，雖然目前在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，對于“什么是隱性知識”這個問題尚沒有統(tǒng)一而標(biāo)準(zhǔn)的答案，但大體可以將隱性知識定義為：“存在于員工個體和企業(yè)內(nèi)各級組織（團(tuán)隊、部門、企業(yè)層次等）中難以規(guī)范化、難以言明和模仿、不易交流與共享、也不易被復(fù)制或竊取、尚未編碼和顯性化的各種內(nèi)隱性知識，同時還包括通過流動與共享等方式從企業(yè)外部有效獲取的隱性知識”。隱性知識的特征主要有：難于理解，難以用數(shù)字、公式和科學(xué)法則等來表達(dá)，也很難用文字、語言來精確表述，交流與轉(zhuǎn)化速度相對較慢，成本較高，在一定程度上具有獨占性和排他性等。 而將這些關(guān)于隱性知識的定義和特征與指標(biāo)影響關(guān)系進(jìn)行對比，就會發(fā)現(xiàn)，兩者與許多共同之處。從定義的角度看，指標(biāo)影響關(guān)系其實就是一種領(lǐng)域?qū)＜一蛟u價人員關(guān)于方案評價指標(biāo)之間相互影響的經(jīng)驗知識。從特征的角度看，它難于理解，因為它是由領(lǐng)域?qū)＜覒{借其頭腦中的知識來進(jìn)行判定的，若專家不給出解釋，其他人難于理解評價指標(biāo)之間的復(fù)雜影響關(guān)系；它難以用數(shù)字、公式和科學(xué)法則等來表達(dá)，因為它并不是簡單的線性關(guān)系，很難形成公式化的表達(dá)，但同時，定量化的表達(dá)與推理的確是追求的目標(biāo)；它很難用文字、語言來精確表述，因為它雖然可以用文字和語言來形容，但通常只能簡單的對影響關(guān)系進(jìn)行文字描述，這種文字描述因為缺乏數(shù)值型的信息，因此并不精確.
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第 3 章 基于模糊認(rèn)知圖的指標(biāo)影響關(guān)系建模研究 ..... 25 
3.1 模糊認(rèn)知圖介紹 ....... 25 
3.1.1 模糊認(rèn)知圖概念及特性 ...... 25 
3.1.2 模糊認(rèn)知圖的形式化描述 .... 26 
3.1.3 模糊認(rèn)知圖的推理 .... 27 
3.2 基于模糊認(rèn)知圖的指標(biāo)影響關(guān)系建模 ....... 29 
3.3 槍械設(shè)計方案評價指標(biāo)影響關(guān)系建模實例 ......... 33 
3.4 本章小結(jié) ....... 37 
第 4 章 基于 FDM-GRA 的方案評價方法研究 ..... 39 
4.1 模糊決策機(jī)制的構(gòu)建研究 ..... 39 
4.2 灰色關(guān)聯(lián)分析介紹 ..... 43 
4.3 基于 FDM-GRA 的方案評價方法構(gòu)建 ......... 46
4.4 實例驗證 ....... 51 
4.5 驗證結(jié)果討論 ......... 57 
4.6 本章小結(jié) ....... 61 
第 5 章 基于歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的方案評價方法研究 ....... 63 
5.1 引言 ..... 63 
5.2 RCGA 學(xué)習(xí)算法介紹 .... 64 
5.3 基于歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的方案評價方法構(gòu)建 ..... 68
5.4 本章小結(jié) ....... 77 

第 5 章 基于歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的方案評價方法研究 

5.1 引言 

本文在第 2 章從定義和特征兩個方面論證了指標(biāo)影響關(guān)系就是一種隱性知識，可以采用隱性知識的相關(guān)模型與方法對其進(jìn)行表達(dá)；在此基礎(chǔ)上，第 3 章采用模糊認(rèn)知圖這一隱性知識的建模手段，構(gòu)建了基于模糊認(rèn)知圖的指標(biāo)影響關(guān)系建模方法，用于從專家處獲取關(guān)于指標(biāo)影響關(guān)系的隱性知識，實現(xiàn)了指標(biāo)影響關(guān)系的顯性化；從而，在第 4 章，通過構(gòu)建模糊決策機(jī)制，將所獲得的模糊認(rèn)知圖表達(dá)下的指標(biāo)影響關(guān)系與既有的方案評價方法（選取灰色關(guān)聯(lián)分析作為方案評價主體方法）相結(jié)合，建立了基于 FDM-GRA 的方案評價方法，解決了既有方案評價方法無法考量指標(biāo)影響關(guān)系的問題，構(gòu)建了更加客觀有效的方案評價方法。該方法不僅可以為槍械設(shè)計方案的評價提供方法支撐，同時也可作為通用性的方案評價方法為其他諸多領(lǐng)域的方案評價問題提供技術(shù)支持。 雖然到目前為止，本文的確已經(jīng)提出了一套完整的可以解決指標(biāo)影響關(guān)系問題的方案評價方法，但從企業(yè)實際應(yīng)用情況的角度來看，，該方法仍然存在著一些問題，主要體現(xiàn)在如下兩個方面： （1）不同專家對同一設(shè)計問題進(jìn)行評價時，必然會因為各自知識體系的不同而給出不同的影響矩陣，從而導(dǎo)致指標(biāo)權(quán)重的賦值不同； （2）當(dāng)對同一設(shè)計問題的評價數(shù)據(jù)不斷累積，形成一定數(shù)量的歷史數(shù)據(jù)后，如何處理和利用這些歷史數(shù)據(jù)繼續(xù)為評價活動服務(wù)就會成為新的問題。 以上兩個問題的存在將是制約本文所提出的方案評價方法能否被得到真正應(yīng)用的關(guān)鍵。因此，本章的核心內(nèi)容就是要解決上述兩個問題。 

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總結(jié) 

一個科學(xué)的方案評價方法是產(chǎn)品智能設(shè)計系統(tǒng)中設(shè)計方案評價機(jī)制所必須的理論基礎(chǔ)。由于設(shè)計方案的評價需要考慮多個評價指標(biāo)，若不考慮評價指標(biāo)之間的影響關(guān)系，而簡單地假設(shè)指標(biāo)之間相互獨立，勢必會影響評價結(jié)果的客觀與準(zhǔn)確。但是既有的方案評價方法卻并沒有考慮指標(biāo)影響關(guān)系的問題。其原因是一方面并沒有好的建模手段來表達(dá)指標(biāo)之間的綜合影響關(guān)系，另一方面是沒有形成指標(biāo)影響關(guān)系與既有方案評價方法的融合機(jī)制以致無法構(gòu)建完整的方案評價方法。 因此，為了解決指標(biāo)影響關(guān)系問題，本文將隱性知識的建模方法引入方案評價領(lǐng)域，開展了基于隱性知識的方案評價方法研究。主要完成工作如下：
（1）將隱性知識的理論引入了方案評價領(lǐng)域，通過定義及特點的對比分析，論證了指標(biāo)影響關(guān)系即為一種隱性知識，可以利用隱性知識的相關(guān)模型方法來對其進(jìn)行獲取與表達(dá)。 
（2）提出了基于模糊認(rèn)知圖的指標(biāo)影響關(guān)系建模方法，該方法以模糊認(rèn)知圖作為主體模型，根據(jù)方案評價這一具體的領(lǐng)域問題，從領(lǐng)域變量和因果結(jié)構(gòu)兩個方面對專家頭腦中關(guān)于指標(biāo)影響關(guān)系的隱性知識進(jìn)行了獲取和表達(dá)。 
（3）構(gòu)建了模糊決策機(jī)制，該機(jī)制可以對模糊認(rèn)知圖進(jìn)行處理，將指標(biāo)影響關(guān)系轉(zhuǎn)化為指標(biāo)權(quán)重，使之能夠與既有的方案評價方法相結(jié)合。 
（4）提出了基于 FDM-GRA 的方案評價方法，該方法以模糊決策機(jī)制表達(dá)指標(biāo)綜合影響關(guān)系，以灰色關(guān)聯(lián)分析作為評價主體方法，從而形成一套具有完整架構(gòu)并能考量指標(biāo)綜合影響關(guān)系的方案評價方法。通過槍械設(shè)計方案評價的實例驗證，證明了該方法的可行性與有效性。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號：133323