基于二元对比分析法的机车外观设计评价
2021-04-19田保珍范沁红
田保珍，范沁红
(太原科技大学 机械工程学院，太原 030024)
随着社会的发展，产品的外观设计已日益成为消费者是否决定购买的一个重要的心理指标[1]。由于客户需求的差异，产品呈现多样性的状态[2]。而在新产品开发过程中，设计师一般先分析设计对象的特点、相关的制约约束，进行各种方案的设计，然后通过设计评价，做出最终的方案选择[3]。针对外观设计，会产生许多设计方案，而只有一个或者为数不多的几个才会真正的实现产品化，在这个过程中，离不开设计方案评价方法的应用。通常，企业根据资金、时间、加工成本等方面考虑，凭借主观经验进行方案筛选，经常会导致选出的方案并非最优方案，如何客观的、科学的、准确的选择优秀的设计方案，是进行科学评价的关键问题。而在现有的评价中，除了评价指标值采用评审专家主观给定外，评价的权重也由评价者主观决定，导致的问题就是评价结果缺乏客观性。
1 设计评价研究现状
目前关于设计评价的研究方法比较多，胡光中[4]提出基于灰色关联分析法的设计评价方法。陈永超运用主成分层次分析法进行设计评价研究。崔彦彬[5]建立了基于小波网络的外观设计综合评价模型。杨宁[6]通过参数化设计方法对外观设计进行评价研究。Saaty[7]运用模糊评价与层次分析法。高鸿林[8]运用模糊数学的方法对外观设计进行综合评价。冯春花[9]提出基于可拓理论的设计评价方法。这些方法有一个共同的特点就是虽然满足了客观评价的目的，但是计算量较大，对于外观设计评价，由原来的凭主观感知跳跃到复杂的计算中，跨度较大，为此，本文提出基于二元权重分析法的评价方法，是一种既能满足客观评价，同时计算简单，比较科学、客观，操作性强，容易得到应广泛用。
2 外观设计评价体系
2.1 设计方案的多样化
图1 产品的设计需求域到设计方案域的映射
2.2 评价属性
产品的设计阶段包括多重属性，但在外观设计时，对于大多数产品而言，评价其外观设计方案的好坏一般从形态、材质、色彩等几个方面进行考虑，但是不同的产品，其侧重的属性应该是不同的，因此各属性的权值应该予以区分，本文从权值的确定方法出发，对机车外观设计方案的评价展开研究，而这些指标一般而言不具有可比性，因为它们一般没有相同的量纲，数量级也会不同。因此，为了使其具有可比性，应用二元对比分析法，并进行归一化处理。在进行权重分析前，首先构建指标的相关属性，其评价属性见表1所示。
3 二元权重分析法
二元权重分析法是陈守煜教授根据我国语言和思维习惯建立的分析方法[10]。
设集合U={u1,u2,…um}中任意两元素ui,uj,i,j∈(1,2,…m)进行比较，定义fui(uj)为元素uj相对于ui的指标，表示以元素ui为基准，uj所具有的优势。则fuj(ui)与之类似，将ui与uj互换位置即可。常用1-9比例标度法来说明其实际意义，见表2所示。
设权重Q=(q1,q2,…qm)T为权重向量，元素ui与uj的权重之比为：
(1)
依据公式(1)，可构建权重矩阵
(2)
令
(3)
若Q为相容矩阵，则令
(4)
则
(5)
4 实例分析
本文以电力机车为例，说明其计算过程。
设u1代表形态，u2代表材质，u3代表色彩。
通过专家评分法，以u1,u2,u3为例说明权重的确定方法，在外观造型方面，材质的选择对该产品至关重要，决定这功能与形态的关系，而形态与色彩相比较，电力机车的形态对人的视觉冲击力较强，根据表2可得：
fu2(u1)=7,fu1(u2)=5
同理，可得其它权重之比。
依据式(2)可得u1,u2,u3的评估矩阵为：
在matlab里计算上述矩阵，可求得最大特征值λmax=3.06.
计算不相容度：
当c(W)≤0.1时，可以认为W的相容度好[11]。
由式(5)可得
进行归一化处理后得：
ω1=0.43,ω2=0.241,ω3=0.329
图2 待评价方案
专家针对这三个方案的打分情况如表3所示。
表3 方案得分情况
以专家1对方案1的评价意见计算为例：
R11=0.43×9+0.241×5+0.329×6=7.049
同理，可得R12,R13,R21,R22,R23,R31,R32,R33的计算结果。
在计算出每位专家对每个方案的评价结果后，对最终结果进行加权计算，如果专家的背景知识不同，可以给专家附一定的权重值，本文3位专家的权重相等，因此最终方案评价结果为：方案1为7.16，方案2为5.89，方案3为6.84。在外观设计中方案1最优。
5 结论
外观设计的评价结果将影响企业最终上市的产品，甚至会影响新产品的销售，因此，评价过程必须慎重进行，单纯的依靠主观感知进行评价，往往带有主观臆断的成分，缺乏客观分析依据，本文运用二元权重分析法，采用主客观相结合的方法对外观设计进行评价，评价结果可信度高，操作简单，计算方便。
