摩托车模块化设计方案评价研究

闫 琼，张海军，陈景龙

（1.郑州航空工业管理学院管理工程学院，河南 郑州 450015；2.郑州航空工业管理学院航空工程学院，河南 郑州 450015）

1 引言

在全球工业化水平快速发展的背景下，客户购买产品已不仅关注产品的质量，同时还密切关注产品的个性化。为了满足不同类型客户的多样化、个性化的需求，实现高效、快速地开发新产品，模块化设计应运而生，并且受到了制造业的广泛关注［1-3］。摩托车作为一种有效的代步工具，因具有轻便灵活、行驶迅速等特点，受到了广大的消费者喜爱。将模块化设计引入至摩托车的产品设计过程中，可针对目标人群，快速优选出合适的配置方案，进而缩短产品研发周期。

对产品设计方案进行综合评价时，可用的方法较多，包括专家打分法、层次分析法、模糊层次分析法［4］、犹豫模糊评价法［5］、PROMETHEE 方法［6］、ELECTRE 法［7］、熵权法［8］等。例如，文献［9］建立了儿童智能手表设计方案的评价指标体系，采用层次分析法对设计方案进行了评价研究，并结合设计实例进行了验证。文献［10］采用模糊层次分析法对自动排泄处理器产品设计中涉及的各项因素进行定量计算，为设计方案的优选提供了量化的决策基础。文献［11］建立了基于专家打分法的产品设计评价模型，提升了产品设计评价准确率。文献［12］基于因子分析对智能手机语音系统设计进行了评价，用于评估甄别设计方案的可行性。上述学者针对特定的产品设计方案进行优选过程中，在权重计算过程中，往往只采用了单一的主观赋权法或客观赋权法，使得方案评价结果过于依赖专家经验或客观数据，有待进一步改进。

摩托车产品模块化设计评价属于多属性决策问题，权重的计算至关重要。主观赋权法在评价过程中过于依赖专家个人的喜好，无法客观地反映设计方案的真实状况，使得决策结果带有主观随意性；客观赋权法充分利用了各评价指标值的客观数据，但未考虑决策者的主观能动性。将综合赋权法运用到产品模块化的设计方案评价过程，既能客观反应各指标的客观数据，又能反应决策者的主观愿望，进而使得评价结果更为可靠。这里采用综合赋权法对摩托车产品模块化配置方案的评价指标进行了量化研究，计算出各评价指标的综合权重值，而后基于模糊综合评价法，得到配置方案的优选顺序，为工程师进行产品模块化设计提供理论参考。

2 评价指标体系的构建

摩托车作为一种常用的交通工具，我国对其加工过程、装配、整车检验、性能检测等各个环节均制定了国家标准。其产品性能主要涉及燃油经济性、动力性、制动性能、操纵稳定性、噪声与排放、安全性等几个方面［13］。制造商在推出新产品时，一方面需要满足产品生产制造过程中国家标准的要求，另一方面需综合考虑客户的实际需求。由目标客户对摩托车模块化设计备选方案进行评价决策，从中选优进行批量生产，对于确保产品的销量有着极为重要的意义。

评价指标体系构建需考虑全面性、可操作性、独立性、以及可量化等需求，这里按照“研究文献—确定问卷—调查用户—筛选指标”的思路，首先依据国家标准中涉及到的摩托车性能指标及客户在购买摩托车时所关注的一般性指标（如价格、售后服务等）设计调查问卷；接着利用问卷网平台发放调查问卷，收回有效问卷132份；最后对用户真切关心的性能指标进行统计分析，确定了摩托车产品模块化设计方案的评价指标体系，如表1所示。

表1 摩托车模块化设计方案评价指标体系Tab.1 Evaluation Index System for Motorcycle Modularized Design

3 摩托车模块化设计评价决策模型

3.1 权重计算

3.1.1 计算主观权重

层次分析法是最常用的主观赋权法，它既可以用于指标体系的权重计算，也可以用来进行方案排序，且计算步骤较为实用简单。首先，构建递阶的层次结构模型；接着根据1～9标度法确定判断矩阵；而后进行层次单排序，即针对每一个判断矩阵，计算本层次与上一层次有关系的因素的权重，归一后得到W={w1，w2，…，wn} 即为所求得的权重。利用层次分析法需计算判断矩阵的最大特征值λmax、随机一致性比例C.R对各判断矩阵进行一致性检验。最后，利用层次单排序的结果，综合得到主观权重。

式中：B—判断矩阵；W—所求权重。

式中：n—判断矩阵阶数；R.I—随机一致性指标。

3.1.2 计算客观权重

熵值法通过计算熵值来判断某个指标的权重，熵值就越大则权重值越小。假设有m个方案，n个评价指标，xij表示第i个方案第j个评价指标的原始值，则权重计算步骤如下：

（1）原始数据归一化处理，归一化后得到矩阵R=(rij)m×n，对于正向指标，归一化公式为：

对于负向指标，归一化公式为：

式中：minxj,maxxj—第j项指标的最小值和最大值。

（2）计算第j项指标的熵值ej。

（3）计算第j个指标的不平衡系数dj及熵值权重sj。

3.1.3 计算综合权重

将层次分析法计算出的主观权重和熵值权重进行综合，得到综合权重。综合权重既兼顾了专家用户的主观意愿，同时又能兼顾各指标值客观数据的差异，使得评价结果更为可靠。

3.2 摩托车模块化设计方案综合评价

（1）依据建立的评价指标确定评价因素集U。

（2）对评价因素划分为r个评价等级，构成评语集，即：

V={v1，v2，…，vr}。对评语等级进行赋值，得到向量：

H={h1，h2，…，hr}。

（3）邀请目标客户人群对因素集进行评价，确定模糊关系矩阵Y，yij表示i个因素隶属于第j种评价等级的隶属度。

（4）建立模糊综合评价模型，并计算综合得分μ。

（5）评价结果分析。依据最终得分按照从大到小进行排序，得分最高者为最优设计方案。

4 实例计算

摩托车主要由动力系统、传动系统、制动系统、行走系统、车架模块、仪表显示模块、避震模块等组成，每个模块均包含不同的配置型号，部分常用的摩托车模块配置，如表2所示。

表2 摩托车主要模块配置表Tab.2 Configuration of Motorcycle Main Module

某摩托车制造商针对（40～50）岁的目标客户欲推出一款新产品。

现有四种模块化设计方案，由目标客户优选出其认为最优的配置方案，确保所推出的新产品能够满足目标客户的需求偏好。

（1）100ml排量系列发动机、皮带传动、组合式轮辋、液压碟式制动、低梁车架、LCD液晶式仪表盘、伸缩管式避震器。

（2）125ml排量系列发动机、皮带传动、组合式轮辋、机械鼓式制动、低梁车架、LCD液晶式仪表盘、液压阻尼式避震器。

（3）150ml排量系列发动机、链条传动、压铸式轮辋、机械鼓式制动、骑式车架、传统指针式仪表盘、伸缩管式避震器。

（4）200ml排量系列发动机、链条传动、压铸式轮辋、液压碟式制动、骑式车架、LCD液晶式仪表盘、液压阻尼式避震器。

4.1 评价指标权重计算

4.1.1 主观权重计算

邀请25位目标客户，在充分征求客户意愿的基础上，首先构建目标层与准则层间的判断矩阵，计算结果，如表3所示。接着依次建立各准则层与指标层间的判断矩阵，计算结果，如表4～表7所示。

表3 A-B判断矩阵及计算结果Tab.3 A-B Judgment Matrix and Calculations

表4 B1-U判断矩阵及计算结果Tab.4 B1-U Judgment Matrix and Calculations

表5 B2-U判断矩阵及计算结果Tab.5 B2-U Judgment Matrix and Calculations

表7 B4-U判断矩阵及计算结果Tab.7 B4-U Judgment Matrix and Calculations

由表3可以看出，目标客户步入社会参加工作已久，拥有稳定的工作收入及较高的社会地位，有较好的经济基础。故目标客户应对摩托车舒适性和安全性要求较高，功能性次之，而对经济性敏感度相对较低。

依据层次单排序结果，进行层次总排序，得到各指标层对目标层的权重值，如表8所示。

表8 四种配置方案的评价指标测量值Tab.8 Measurements of Evaluation Index for Four Configurations

4.1.2 客观权重计算

四种设计方案的评价指标数据测量值，如表8所示，其中，制动时间、制动距离、维修成本、购车成本、百公里油耗、最大噪音值、车座高度以及整车重量属于负向指标；而抓地力指数、最高车速、发动机功率、最大载重属于正向指标。

（1）各指标值进行无量纲处理，得出归一化矩阵R。

（2）计算评价指标的熵值。

（3）计算评价指标的不平衡系数，最终得到客观权重，如表9所示。

4.1.3 综合权重计算

综合主观权重及客观权重，结果，如表9所示。

表9 指标层权重计算结果Tab.9 Index Layer Weight Calculations

4.2 模块化设计方案的综合评价

（1）摩托车模块化设计方案评价涉及12个评价因素，即建立的12个评价指标，记为U={u1，u2，…，u12} 。

（2）针对每一评价因素，设优秀、良好、一般、较差、差五个等级，且依次对应的分值为5，4，3，2，1，则H={5，4，3，2，1} 。

（3）邀请25位目标人群以各评价指标的国家标准值作为参考，根据四种不同方案的评价指标的实际测量值（见表8），结合个人偏好对四种设计方案进行评价，进行统计分析后，得到对应的模糊关系矩阵Y1、Y2、Y3、Y4。yij表示第i个因素隶属于第j种评价等级的隶属度，例如：Y1中y21表示制动时间隶属于优秀等级的隶属度为0.52，即25位目标人群中有52%的人对第一种设计方案中的制动时间评价为优秀。

（4）计算各方案的综合得分。

针对方案一：

同理得：μ2=3.93，μ3=3.41，μ4=3.59。

（5）结论分析。由各方案综合得分，可得μ2＞μ1＞μ4＞μ3，故四种方案中，方案二为目标客户心中的最优配置方案，方案一次之，方案四和方案三较差，若摩托车制造商面向（40～50）岁目标人群推出新产品，应该优选方案二。

5 结论

针对摩托车产品模块设计评价问题，首先建立了可测量、可量化的摩托车模块化设计方案的评价指标体系；接着将层次分析法与熵值法相结合，用于评价指标权重的计算；最后建立了摩托车模块化设计方案的综合评价模型，并进行了实例计算。得到的结论如下：

（1）将层次分析法与熵值法进行结合用于计算评价指标的综合权重，既可以兼顾目标客户的实际需求与主观判断，也能兼顾客观测量值的差异，能够有效提高指标权重值的可靠性。

（2）将综合权重与模糊综合评价法结合用于建立摩托车模块化方案设计评价模型，有完善的理论基础，方案可行。

（3）请目标客户群体针对摩托车新产品模块化设计方案进行模糊综合评价，量化的评价结果能有效降低评审人员在方案选择中的偶然性与随意性，所述方法简单、可行，为评审人员的科学决策提供了理论参考。