现代设计方法(李思益)章 (13)

第13章 设计评价与决策方法
13.1.3 评价目标树 目标树是分析评价的一种手段。目标树是由系统分析的方 法对评价目标系统进行分解并图示而形成的。将总的评价目标 具体化，即把总目标细化为一些子目标，并用系统分析图的形 式表示出来就形成了某个设计评价的目标树，如图13－6所示。 图13－6中的Z表示总目标，Z1、Z2为一级子目标，Z11、Z12为二 级子目标，Z111、Z112为三级子目标，最后一级子目标为目标的 具体评价标准。图13－6中的gi表示各目标的重要性系数（加
ki
i 1
2
4
式中，ki——各评价目标的总分； n——评价目标数。
第13章 设计评价与决策方法
例如评价某型号的自行车时，评价指标取为价格、维修性、 舒适性、寿命和外观。
第一步，根据各个指标的重要性进行打分，并记入判别计 算表中，见表13－1。
第二步，计算加权系数。 第三步，综合判定价格、维修性、舒适性、寿命和外观的 加权系数分别为0.35、0.125、0.25、0.25、0.025。
第13章 设计评价与决策方法
（2）指标体系的简约化。为了体现全面和客观，总希望 指标多，指标体系尽量完善，以免遗漏重要信息而使评价失真。 但指标数量过多，就难以突出主要因素，反而不易分清主次。 同时还会增加评价者的心理负担。所以在满足评价要求的前提 下，指标体系应简约化，并分清主次。例如评价机器的设计方 案时，若把外形尺寸和重量作为评价的两个指标，那么，在所 用的材料相同时，外廓尺寸增大，重量也随之增加，二者的相 关性系数较大。若所用的材料不同，则外廓尺寸大的，重量不 见得大，说明二者的相关系数不大。所以，根据评价的要求， 对其指标体系中相关系数大的指标，完全可以只取其中之一作 为评价特征，而不必重复。这样就抓住了主导作用的指标，使 评价建立在更可靠的基础之上。
（2）方案与问题相符程度评价：根据问题说明及对问题 解答的建议或模型，评价“问题－解答”的相符程度，如图13 －2所示。
第13章 设计评价与决策方法 图13－1 方案完善程度评价过程
第13章 设计评价与决策方法 图13－2 方案与问题相符程度评价过程
第13章 设计评价与决策方法
（3）最优方案评价：根据问题说明及各种解答方案，从 中评出最优方案，如图13－3所示。
第13章 设计评价与决策方法
13.1.4 目标重要性系数的确定 在定量评价时，各评价目标的重要程度用目标重要性系数 （也称加权系数）来表示，加权系数大，指标的重要程度就高。 一般加权系数gi＜1且∑gi=1。 加权系数的确定方法如下： （1）经验法。根据以往的经验，给定各评价目标的加权 系数gi＜1，并满足∑gi=1。
第13章 设计评价与决策方法
（4）综合评价：根据上述各单项评价的结果，从整体角 度对设计方案的价值进行全面、科学的评价。
在一些较大、较重要的设计或产品的评价和筛选过程中， 评价往往要进行多轮。可先进行定性评价，把那些不可行或水 平不高的方案摒弃掉，留少数较好方案。然后对技术参数、性 能、经济效益等主要指标进行定量，并进行详细评价，最后选 择出最佳方案。
第13章 设计评价与决策方法
（3）社会评价：是指方案实施后对社会带来的利益和影 响。社会评价的主要几个方面如下：
①国家科技政策和国家科技发展规划的目标。 ②三废的要求（固态、液态、气态废物）。 ③工伤事故、产品事故。 ④交通、心理、风俗和习惯。 ⑤生产力。生产力包括扩大生产规模，提高生产率，加工 和制造的高效化，节省人力、物力。 ⑥资源利用。资源利用包括各种矿产资源、水资源和能源 等。 ⑦资源利用范围及新能源的开发。
第13章 设计评价与决策方法
②定性不准。显然，把不同质的对象放在一起，是无法正 确比较的。如果评价的内容是效果，那么，应采用效果性指标。 如果把政治思想教育状况等状态性指标列在其中，则没有可比 性。
综上所述，在设计指标体系时，应根据评价目的和层次， 从整体到局部，从宏观到微观，从质到量，在先定性的基础上， 对同质指标，区分是定量指标还是定性指标，最后再根据各定 性指标的特点，寻求可能适宜的量化方法。
第13章 设计评价与决策方法
（3）指标的定量与定性。定量指标可以用数量表示，如 成本、产量、重量等。定性指标不易用数量计算或表示，如美 观程度。也有一些指标处于二者之间，往往不易分清，例如， 产品的质量、品种改善指标属于定性指标，如果由于质量提高 和品种改进而节约了原材料，节约的材料又带来运输和储存费 用的节约，节约的费用还可以投资到其它方面，再产生新的效 果，则这种连锁反应所得的效果是难于用某个数量来衡量的。
评价方法可概括为以下三类： （1）经验性评价方法。当方案不多、问题不太复杂时， 可根据评价者的经验，采用简单的评价方法对方案作定性的粗 略分析和评价。例如，可采用淘汰法经过分析直接去除不能达 到主要目标要求的方案或不相容的方案；采用排队法将方案两 两对比加以评价择优。
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（2）数学分析评价方法。运用数学工具进行分析、推导 和计算，得到定量的评价参数。常用的方法有名次记分法、评 分法、技术经济法及模糊评价法等。
第13章 设计评价与决策方法
（2）经济评价：包括成本、利润、方案实施措施费用、 经营周期和资金回收期等。
①成本。以设计任务书中规定的成本为目标，比较各方案 的制造成本和使用成本。
②利润。利润是指销售收入减去税金与成本后的金额。 ③方案实施措施费用。如添置设备，增加工艺装备和研制 费等。 ④经营周期。经营周期太短，满足不了社会和企业经营需 要；周期太长，又会因技术逐渐陈旧落后，而且可能对企业与 社会带来不利。 ⑤资金回收期。回收期越长，企业负重越大，回收期越短， 对企业越有利。
第13章 设计评价与决策方法
定性决定指标的性质是定量的基础。定量是定性的数据化， 是为定性服务的，最终还是为了精确定性。定量指标和定性指 标在一定条件下是可以相互转化的。对某些指标来说，从局部 和微观或低层次的评价来看，可以是定量的，但从整体和宏观 或高层次的评价来看，也许只能定性。在实际评价时，为了分 出优劣，总希望将指标量化，但在设计指标体系时，首先应该 给指标定性，由此进行的定量才能反映评价的本质要求。无论 定性还是定量，都要避免以下两点：
（4）最优值评价：根据特性及相关条件，评价并选定有 关参数的最优值，如图13－4所示。
第13章 设计评价与决策方法 图13－3 最优方案评价过程
第13章 设计评价与决策方法 图13－4 最优值评价过程
第13章 设计评价与决策方法
由以上评价模型可知，四类评价只是评价对象、评价范围、 评价项目有所不同，而评价程序和方法基本相同，都是根据一 定的评价尺度，通过分析、计算、比较评价决策出最好的方案 或最优的结果。评价过程必须做的工作如下：
（1）选定评价准则，例如成本低、寿命长、结构简单等。 （2）选定度量尺度即评定标准。 （3）根据准则，计算评价对象的价值。 （4）综合计算、分析、比较。
第13章 设计评价与决策方法
2．评价的内容 评价的内容主要包括以下四大方面。 （1）技术评价：以是否满足设计要求的技术性能及满足 程度为目标，评价其技术上的先进性和可行性，具体包括工作 性能、适应性、可靠性、安全性、能源消耗等指标。一般可通 过理论计算和试验分析获得相关数据资料，再把技术指标换算 成评分指标，然后分析比较。
第13章 设计评价与决策方法 图13－6 目标树
第13章 设计评价与决策方法
建立目标树的要点如下： （1）抓住主要目标，兼顾一般目标。把起决定作用的要 求和条件作为主要目标，避免面面俱到和主次不分。 （2）各目标相互独立，不能互相矛盾。 （3）目标的特性以绝对或相对定量值表示，难以定量时 用定性指标表示。 （4）在目标树中，上一级子目标只与低一级中相关联的 子目标联系。
第13章 设计评价与决策方法
13.1.1 评价的类型及内容 1．评价的类型 一般可把评价工作分为以下几种类型。 （1）方案完善程度（整体的或局部的）评价：根据具体
的方案或技术系统，评价设计开发的完善程度。评价过程如图 13－1所示。其中，评价准则及评价尺度要根据具体的设计方 案从各个方面提出，综合分析比较评优。
第13章 设计评价与决策方法
①定量不准。所设指标即使可以量化，但偏离评价目的， 也不反映本质问题。例如，评价的目的是评价一种产品或工程 的效益，若将厂房温度、照明等劳动条件改善作为评价指标， 则其虽然易于量化，但不符合评价的目的。合理的指标应该是 工人健康状况的改善，劳动效率的提高等。虽然健康状况的改 善偏于定性，但可更直接地反映生产效益。如果评价目的是劳 动条件，则采用温度、照明等指标体系更符合要求。
第13章 设计评价与决策方法
在设计中进行评价和决策时应注意以下几点： （1）评价的原始依据是设计要求。设计要求可分为定性 和定量两方面。定性问题可能没有具体的指标数据，所以在评 价中要恰当处理。 （2）评价要客观公正，符合评价对象的实际情况。 （3）评价和决策要全面，综合考虑各种要求。局部最优 不一定全局最优，短期最优不一定长期最优，单项最优不一定 整体最优。
（3）试验评价方法。对于一些较重要的方案环节，采用 分析计算仍没有把握时，有时可通过试验（模拟试验或样机试 验）对方案进行评价，这种试验评价法所得到的评价参数准确， 但代价较高。
第13章 设计评价与决策方法
13.2.1 简单评价方法 1．点评价法 点评价法指对各方案的评价目标进行逐项粗略评价，用
“行（+）、不行（-）、信息不足（？）”来表述，如表13－ 2所示。
第13章 设计评价与决策方法 第13章 设计评价与决策方法
13.1 概述 13.2 常用评价方法 13.3 模糊评价方法 13.4 设计的决策
第13章 设计评价与决策方法
13.1 概 述 工程设计所要解决的是复杂、多解的问题。对于每一个设 计问题，一般都会有许多不同的解决方案。解决的逻辑步骤为： 分析—综合—评价—决策，即在分析设计对象的特点、要求及 各种制约条件的前提下，综合搜索多种设计方案。最后通过设 计评价过程做出决策，筛选出符合设计目标要求的最佳设计方 案。 评价与决策在设计中密切相关，评价是进行决策的依据， 没有正确的评价也就不能有正确的决策，评价与决策使工程设 计沿着正确方向前进。
第13章 设计评价与决策方法 图13－5 机械工程领域常用的评价指标体系
第13章 设计评价与决策方法
制定评价指标体系的要点如下： （1）指标的关联性。一般来说，指标体系中的各指标间 有一定的相互联系，一项指标的变化会影响到另一些指标的变 化。例如质量高、品种多，产品的使用价值就得到提高，但成 本相应增加了。
第13章 设计评价与决策方法
（2）判别表法。根据评价目标的重要程度进行对比计算。 两目标同等重要各给2分，某一项比另一项重要分别给3分和1 分；某一项比另一项重要很多，则分别给4分和0分。将各评价 目标的分值列于表中，并按照下式计算加权系数：
n
gi k j / ki i 1
（13－1）
n
n2 n
第13章 设计评价与决策方法 表13－1 加权系数判别计算表
价格 维修性 舒适性 寿命 外观
维 价
修 格
性
--
4
0
--
1
3
1
3
0
1
ki 40
舒
寿
外
适
命
观
性
3
3
4
1
1
3
--
2
4
2
--
4
0
0
--
gi 1
ki
gi
ki
n
ki
i 1
14
0.35
5
0.125
10
0.25
10
0.25
1
0.025
第13章 设计评价与决策方法 13.2 常用评价方法
目前，用于评价的方法很多，大概可分为两类：只对方案 进行分析、计算、比较、排队的评价称为简单评价；通过模型 试验或样机试验对产品的重要评价目标进行的评价称为试验评 价。源自第13章 设计评价与决策方法
13.1.2 评价指标体系 无论一项工程、一种产品或是产品中的某一部件，如果把 它作为一个系统，则为实现规定的任务，都需要制定该系统的 目标，并确定这些目标的衡量尺度（即指标）作为衡量设计方 案优劣的标准。评价指标体系要根据不同的项目、产品等，全 面、合理、科学地确定。例如，机械工程领域常用的评价指标 体系如图13－5所示。