决策矩阵在空调产品概念选型阶段的应用

□ 庄 薇

特灵科技亚太工程技术中心 上海 200051

1 应用背景

随着社会经济的发展,人民的生活水平日益提高,空调行业及其技术得到了长足进步,人们对空调产品的设计提出了更高的要求[1]。对于商用风冷机组而言,由于占地大、部件多,在结构设计方面往往面临更多的布局选择。布局设计不但影响机组的长、宽、高尺寸和整机成本,而且在一定程度上影响机组的性能。在概念设计阶段,一个好的布局设计不但可以使机组设计更美观,性能更佳,而且能够使整个项目在后续产品系列设计开发和功能拓展中更为便利,从而缩短整个产品的开发周期[2-4]。由此可见,布局设计的成功与否对整个新产品的开发起到非常关键的作用[5]。

笔者在深入研究现有空调产品结构和选用部件特点的基础上,结合空调设计研发过程的特点,在机型布局概念设计阶段探索和引入一套适用于风冷机组概念选型的决策矩阵,由此提高了设计效率,取得了较好的效果。

2 决策矩阵简介

决策矩阵又称普氏构思选择法,是由苏格兰教授Stuart Pugh提出的一种评价算法,是一种重要的权衡分析工具。决策矩阵通过对概念设计方案进行定性决策,可以进一步减少错误的概念设计,提高设计成功的可能性[6-7]。

在设计过程中,决策矩阵作为一种有效工具,通常用于进行快速和定性评估,可以帮助整个设计团队在各种概念的相互比较中进行快速判断,选择比较明显的优胜概念,或从众多可选择概念中筛选出一个或少数几个有希望的概念,以便进一步继续观察和比较[8]。决策矩阵模板如图1所示。

3 决策矩阵应用流程

3.1 建立评价体系指标

影响产品好坏的因素有很多,在概念设计阶段,需要充分了解用户的需求,建立完善的评价指标体系,这是对最终选择起至关重要作用的决定性因素。评价指标通常用头脑风暴法得出,对于空调产品而言,尺寸、成本、性能、安装维修便利性、可扩展性等都需要列入评价指标[9]。

3.2 建立评价准则

评价准则的建立主要分为重要度评价和各指标评价方案设立两部分。

(1) 重要度评价。由于每个评价指标在整个产品开发和客户需求中的重要度都是不同的,因此在完成评价体系建立后,需要通过专家判断法为每个指标的重要度进行评判、投票和讨论。重要度打分可以选择权重打分和按重要度排序打分两种。权重打分即按照每个指标的重要度将总分10分分配至每个指标。按重要度排序打分即直接按照指标的重要度进行排序和打分,重要度分值设定为1～10分,1分为最不重要,10分为最重要。两个打分方案对于重要度评价的结果而言是一致的。

(2) 各指标评价方案设立。设立方案有两种。第一种,为每个评价方案设立分值等级,按照对客户的影响、对目的的达成、最重要、最容易等期望指标进行具体打分。分值等级中,3分为较差,5分为一般,7分为较好,9分为最好。第二种,建立一个基准,通过与基准的比较进行评分,比基准差为-1,与基准相同为0,比基准好为+1。当然,也可以使用更加细致的标准,如-2、-1、0、1、2五个等级或-3、-2、-1、0、1、2、3七个等级。

▲图1 决策矩阵模板

3.3 方案打分及总分统计

根据评价指标和准则进行打分后,将每个方案各指标重要度分值与各指标评价分值等级相乘,然后相加,得到每个方案的总分。每个方案还需要统计单个准则最好和最差的数量,供后续方案决策时综合考量。

3.4 方案决策和优化

得分最高的不一定是必选项,但是得分的相对高低对方案的讨论是很有意义的,并且能使最终意见达成一致。一般而言,若分值差距很大,则直接选出分值最高的方案作为最优方案。若分值较为接近,则通过统计单个准则最高分的数量与最低分的数量进行接近方案的优选对比。最高分的数量越多或最低分的数量越少,表明对应方案更优[10]。当然,选定的方案也不代表是完美的,对于选定的方案,可以进行进一步分析,对选定方案的单个最低分选项进行进一步改进优化,从而使产品设计更加完美。

4 应用实例

4.1 构建概念设计评价指标体系

影响产品概念设计方案评价的因素有很多,用户需求、产品结构、生产条件、生产工艺、环境因素、安全性因素、成本、失效性等方面的每个因素都会对概念设计产生直接或间接的影响。笔者通过长期以来所积累的空调产品的设计经验,构建对整个产品结构设计成功与否至关重要的六个通用指标体系,包括能效与性能、机组成本、可靠性、外观尺寸、可制造性、可维修性。当然,对于不同项目的不同产品和市场需求,可以额外增加产品设计评价指标。

4.2 建立评价准则

(1) 评价指标重要度打分。对于空调新产品开发而言,在概念选型阶段,通常更希望能有定性方案比较,可以快速做出决策的方向性判断。因此,相比权重打分,重要度排序打分更为直接和快速,也更为适合。空调产品设计概念选型阶段的评审通常邀请专家来参与,通过专家经验法,对各个指标进行重要度排序打分,具体见表1。在实际打分过程中,由于通用指标均有一定重要性,因此在排序上没有低于5分的分值。对于认为同等重要的指标,打分可以相同。

(2) 评价方案设立和打分。由于新产品开发的概念选型阶段并没有很明确的参考基准值,因此需要对这一阶段的每个评价准则均设立分值等级。对于每个指标的每个分值等级,均通过具体要求明确定义,以减少打分时的主观性。具体内容见表2。

表1 空调产品概念选型阶段通用指标重要度排序打分

表2 空调产品概念选型阶段通用指标分值等级

4.3 概念选型方案选择

在空调产品的概念选型阶段,基于蒸发器、压缩机、油分离器、储液器等大部件的不同位置,提出四个概念选型方案。方案一为蒸发器居中,储液器和压缩机对称分布。方案二为四通阀和油分离器在中心,压缩机和蒸发器分别设置在两侧。方案三为以蒸发器为中心,一侧设置压缩机等大部件,另一侧为液管区域。方案四与方案一位置类似,但蒸发器接管与压缩机的出口相反。基于各项指标的分值等级,统计各方案的综合得分,见表3。

表3显示,方案一得分323,方案二得分237,方案三得分251,方案四得分337。由于方案一和方案四分数较高,且分值也相对较为接近，因此下一步根据单个准则的最优和最差数量进行评判。根据统计,方案一与方案四均有1个最优准则得分、0个最差准则得分,且方案四总分高于方案一。由此得出方案四为优选设计方案,可以在概念选型阶段通过方案四的审查,并进行下一步详细设计和修改,以增强方案四各方面的可行性,提高空调产品的质量,有效降低成本。

5 实际应用效果

通过上述决策矩阵应用实例,总结优缺点。

5.1 优点

(1) 对设计方案的定量细节要求较少,矩阵应用也比较简单,可以很快分辨方案的优劣性,能够清晰精炼方案的细节。

表3 空调产品概念选型方案综合得分

(2) 可以识别出对方案选择有重大影响的评价指标,力争使这些准则都能得到较好的满足,从而可以明确设计阶段的关键问题,避免挑选出只满足部分准则的不合理方案。

5.2 缺点

(1) 由于依旧依靠参与者的打分,因此虽然操作简单,但是有时仍然带有较大的主观性。由此可见,决策成功与否依旧与参与者自身的经验有很大关联。

(2) 决策矩阵只是一个概念选型的工具,只能在宏观方向上给出最适合于整个产品的现有最优方案。对于后续细化实施可能存在的风险,依旧无法实现细致的判别。

6 结束语

对于空调产品概念选型阶段而言,决策矩阵的应用理清了结构设计布局需求,避免了可能存在的因前期方向性错误而导致的后续设计周期延长,提高了设计效率,取得了较好的宏观效果。