繼電器產品設計方案的多層次模糊綜合評價方法研究

設計—評價—再設計是產品設計的全過程，因此對設計方案的評價方法進行研究是十分必要的。本文在確定繼電器產品評價指標體系的基礎上，應用模糊理論，建立了產品設計方案的多目標多層次綜合評價模型。該模型可對評價指標體系的各級子目標和總目標予以評價，從而使設計人員能夠針對設計方案的不足之處進行修改，也可為用戶從多個設計方案中進行選擇提供決策支持。
??? 關鍵詞：繼電器產品；設計方案；模糊理論；綜合評價

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
??? 專家系統技術和智能CAD技術的發展，顯著提高了設計工作的自動化水平，使得在計算機上完成產品設計的全過程成為現實。就電器領域而言，已有許多文獻[1-3]對產品的概念設計、結構設計、詳細設計、圖形處理、性能分析等方面進行了研究，但對設計方案的綜合評價則較少涉及。然而產品設計過程的實質是設計—評價—再設計，因此，對電器產品設計方案的評價方法進行研究是十分必要的。

1? 繼電器產品的多層次綜合評價指標體系
??? 產品設計方案的評價指標很多。不同的評價專家根據自己的偏好和習慣從不同的角度對之進行評價，往往導致評價結果的差異。本文旨在建立一個適用于繼電器產品的 多目標綜合評價模型，并論述對各級子目標進行評價的一般方法。為此，在廣泛征求電器設計人員和用戶的意見后，確立了一個具有多層次結構的綜合評價指標體系，如圖1所示。圖中，總評價目標(O)由3個一級子目標：性能(O1)、成本(O2)、工藝(O3)組成；性能子目標(O1)又由繼電器產品的動態特性(O11)、靜態特性(O12)等5個二級子目標組成；而O11又由如下6個三級子目標組成：①動態過程中的峰值電流ip與穩態電流IS的比值(即ip/IS)；②吸動時間td；③吸動電壓Ud與額定電壓US的比值(即td/US)；④銜鐵的反彈量△f與觸頭超程歸算量△c的比值(即△f/△c)；⑤觸頭回跳持續時間tb；⑥接觸電阻Rn。這6個三級子目標分別被記為O111-O116。

??? 圖2為繼電器產品設計方案的評價指標體系層次結構示意圖。

2? 多層次模糊綜合評價模型的建立
2.1 各級評價指標集的確定

2.2 各級權重集的建立及權系數的賦值方法


??? 在本文中，各權重集的權系數均滿足非負性及歸一性約束，即：a>0并且∑a=1。
??? 權系數的賦值方法很多，包括直接給出法（DDM）、比較矩陣法（CMM）、層次分析法（AHP）、環比評分法（CCM）、模糊區間法（FIM）、重要性排序法（IOM）、二型模糊子集法（TFM）等。賦值方法應根據評價指標的特點而定。對于各項具體指標來說，能直接確定權系數的，用DDM；能兩兩比較的，用CMM、APH、CCM；能給出模糊區間的，用FIM；能對其重要性排序的，用IOM；上述方法均不奏效的，可考慮用TFM[5]。
2.3 模糊評語集的確定及模糊評語的量化
??? 總目標及各級子目標的模糊評語均設四檔，分別為優、良、中、差，模糊評語集記為：

2.4 評價模型的選擇和各級子目標的綜評
??? 擁有多層次指標體系的模糊綜評過程是由低層向高層漸次進行的。第k級評判指標向量即為第k-1級評判指標的隸屬度，如此逐級進行評價，最后得到總評結果。

式中，表示評價目標Oij對評語“Y”的隸屬度，余類推。稱為評價矩陣，用于表示指標論域與評語論域{Y，L，Z，C}之間的模糊關系，例如：rij1表示Oij1對于評語“Y”（優）的隸屬度?！??！笔怯糜趯δ：线M行合成運算的合成算子。
??? 關于模糊集合的合成算法，現已被提出的有9種[6]；以之為基礎建立的模糊綜評合成運算模型，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價指標的影響考慮在內，避免丟失信息。M(.,)中的廣義模糊“與”運算“.”實際上就是普通的乘法運算；廣義模糊“或”運算“”為“有上界1求和”運算[5]，例如：αβ=min(1,α+β)。由于本文中的各權重集均滿足歸一性約束，故該模型中的“”運算就成為普通的加法運算，式(6)中的右側項就成為普通的矩陣乘法。


2.5 綜評結果對模糊評語論域的映射
??? 總目標和各級子目標的綜評結果是一個向量。以總目標O為例，假設某設計方案的綜評結果=[0.45 0.30 0.20 0.05]，說明該設計方案O對于評語“優、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：

??? 對照模糊評語量化集0.45}各元素的值，可知該設計方案的模糊評語為“良”略偏“優”。

3? 應用實例
??? 限于篇幅，本文僅對某繼電器產品設計方案的二級子目標O11進行綜評。通過ICAD系統的分析計算，首先得到評價指標O111-O116的特征值；然后按正態型隸屬函數計算，得到各特征值相對于模糊評語“優、良、中、差”的隸屬度(上述過程從略)，并將之以向量形式表示，其結果為：

??? 根據式(6)，得到關于動態特性O11的綜合評價：

??? 該設計方案的動態特性子目標的模糊評語為“良”略偏“中”。

4 結語
??? 本文基于模糊理論，提出了用于對繼電器產品設計方案進行綜合評價的多層次指標體系多目標、多層次綜評方法。綜評過程從低層到高層漸次進行，可對各級子目標和總目標予以評價，并量化打分，使設計人員能夠在產品的設計階段即察覺到設計方案的不足之處，從而有針對性地修改原設計。該模型可應用于繼電器的ICAD系統或設計型專家系統中，為產品設計人員和用戶對某個設計方案的取舍或者從多個設計方案中進行優選提供決策支持。
??? 本文提出的綜評方法也適用于對已經投產的繼電器產品進行評價。