基于加权计分的工业产品设计方案评价方法

农田友，刘玉荣，钟丽珠，贺敏超

（1.广西水利电力职业技术学院，南宁 530023；2.中国煤科太原研究院，太原 030000）

0 引言

产品的研发与设计过程，方案的评价不仅仅要对产品方案进行科学理性的分析与评定，还要针对方案的技术性、经济性等方面的设计要素加以改进与完善。可以说，评价过程实质上也是产品开发的优化过程。

目前，在我国的科研院所或者企事业单位常见的方案评价方式是通过召开产品或者项目的评审会，对设计项目方案进行评价与评定。但是，评审会的评定过程往往是定性估计与简单的横向比较，体现出多为感性且较为随意的，因此无法科学准确地对产品方案进行相对理性的评价，虽说工业产品设计过程具有一定的模糊性、动态性且需感性与理性并存[1]。但是，对于产品本身的技术性、功能性、经济性、安全性等主要性能指标是需要理性地分析与评价。只有科学理性地对产品方案主要性能指标进行评价分析，才能确定价值优化的合理方案，同时才可以促进产品本身更好满足客户的需求，在市场有足够的竞争力。

当前，在机械设计及工业设计领域，关于产品的评价方法很多，如目前较流行的Fuzzy-AHP 模糊层次分析法等。但是诸如此类的产品评价方法及其过程多较为复杂抑或仅为初步探索研究阶段。

本文基于以上问题，为了对产品设计方案进行理性、科学、量化的总体评价，获得相对综合性的最佳合理方案且相对简单易懂、便于操作的评价方案，有必要研究或探索建立一个科学的原理方案评价体系。所谓评价体系，是通过一定范围的专家咨询与市场调研、社会调查等相结合，确定作为评价依据[2]，同时具有科学的数学模型、计算方法、评测程序等内容的评价指标与评价方法。

1 评价方法描述

工业产品方案设计过程中，产品设计内容为综合性的，多方面及多角度的。因此，如要对产品设计方案进行评价，则需要拟定综合性的评价体系。同时，体系需体现出具有可量化的，即可测量性与可评定性[3]。因此本文通过对加权计分原理评分法的研究，用数学语言对各种评定的指标进行描述，通过建立数学模型进行计算，进而评定是对产品方案价值描述结果的权衡即计算结果分析。从而得到可量化评价结果的过程。具体过程简述如下，根据具体产品的功能要求、客户需求制定出主要的评价内容，结合对专家的咨询、社会调查及市场调研等手段收集并分析出产品方案细分的具体评价指标。一般产品方案的评价指标可以通过定性描述并确定其相应得分，比如产品定性评价评分标准拟采用5分制制定，5分制有利于统一打分尺度且简单易用，具体制定如表1所示。同时，在主观评分时，应采用集体评分法，如对几个评分者所评的分数取用平均分或者去除最高分与最低分后的平均分作为有效分值，从而减少人为主观因素对分值的影响。

表1 产品方案评价指标定性描述与相对得分表

但是，一般的产品均为多评价目标的方案，想求得方案总分时，利用加权计分的数学原理，对产品的评价指标根据重要性的不同，设置不同的加权系数。各项评价指标的重要性取决于该项性能指标所代表内容对整个产品方案的影响程度，影响大的加权系数值就大，反之加权系数值就小。每项评价指标的加权系数值可以通过实际的设计生产经验确定，或者也可以通过判别表法计算求出[4]。判别表法即将评价指标按横纵表格分别列出，根据指标的重要程度一一对应进行比较，如两指标同等重要则分别各记2分；如一指标比另一指标重要则分别记1分和3分；一指标比另一指标重要很多可分别记4分和0分。

如设某产品方案评价指标的加权系数为jn，产品每一项指标的全部得分为kn。通过以下某产品指标判别表（表2）可以说明其关系并计算的出加权系数结果。为了便于计算，一般情况下制定各评价指标的加权系数jn＜1，且∑jn=1。

表2 产品方案评价指标加权系数计算

通过表2可以列出产品各评价指标的加权系数jn与产品每项指标的全部得分kn之间的具体数学关系式，即：

最后，通过以上分析与计算得出产品设计方案评价总分计算关系，设：方案总分为N，产品某项评价指标定性描述分值为Fn，则有：

通过上述方法对产品设计方案进行评价，即可相对简单、直观、科学地了解产品设计方案各项性能指标的优劣，为项目进一步决策、选择与修改提供较为准确的依据。

2 评价应用过程

2.1 应用案例

在现有实际的项目中，根据项目需求设计出简易节能洗车装置原理方案。利用此方案案例来对上述研究内容进行实际分析与应用，以论证以上原理方法的准确性与适用性。该洗车方案的设计要求：通过分析与设计制造上门简易自动洗车装置，达到减少车主排队洗车耗用时间、便捷高效洗车；并有效节约洗车用水的水资源保护。设计者根据要求设计出如图1～2 两个简易节能洗车装置设计方案。因此需要通过对设计方案进行评价以选择出更好的方案以进行进一步完善。

图1 洗车装置设计方案1

（1）方案1

图2 洗车装置设计方案2

启动开关装置运行，高压蒸汽机启动，提供高压水蒸气通过管路在喷嘴喷出。同时装置顶部电机连接滚珠丝杆带动洗车棉刷及喷嘴机构在既定程序控制下沿导轨上下往复运动，背部电动伸缩杆装置在洗车刷机构下降时将洗车刷向外推出，洗车刷机构上升时将洗车刷拉回，以此往复达到洗车的功能。洗车装置可由液压杆通过脚踏板控制升降一定高度，俯仰关节可通过手动推拉调整洗车装置一定角度的前后俯仰，整个装置由平板推车控制调节方位。

（2）方案2

启动开关装置运行，高压蒸汽机启动，提供高压水蒸气通过管路在喷嘴喷出。各电机通过程序设定带动各关节杆，在既定范围内往复运动，带动洗车滚刷装置在空间中做规律上下往复运动。同时滚刷电机带动洗车滚刷旋转，通过以上一系列运动过程实现洗车功能。整个装置通过推杆上开关利用麦克纳姆轮控制调节其空间位置。

2.2 评价过程

结合以上项目需求，针对项目产品的设计要素，可从几个方面内容对其进行评价。通过评价内容分析制定出方案评价指标，如图3 所示。制定出方案评价指标对应各项分值及其对照完成程度，如图4所示。

图3 简易节能洗车装置方案评价内容与评价指标

图4 简易节能洗车装置方案评价指标与定性对应分值

同时，由评价指标通过比较法算出相应加权系数，如表3所示。

表3 简易节能洗车装置评价指标加权系数计算

最后，结合以上数据内容，代入方案总分计算公式：N=∑Fn jn，列出数据并计算可得简易节能洗车装置设计方案1、2评价量化总分值，如表4所示。

表4 简易节能洗车装置设计方案评价量化总分

3 讨论与分析

最终，通过以上科学可量化计算过程的数据对比，可以直观地看出两个简易洗车装置方案各项指标的优劣，为项目进一步地选择以及改进提供数据及理论依据。明显项目方案2在方案设计过程的研发与构思相比于方案1来说更胜一筹，项目研发的下一步可以选择方案2 进一步进行深入细化并完善。

4 结束语

通过以上评价方法的研究并进行案例分析，本文将加权计分评分法与工业产品设计方案过程中的设计要素进行有机的结合以达到对其方案的设计进行评价的原理与方法做出了归纳，建立了数学模型及相应计算公式，通过实际案例进行分析与应用举例过程，得出实际的可量化的客观评价结果。过程与结果显示，相比较于其他产品方案评价方法，本研究与归纳操作更简单并易于理解分析，同时得出的数据较为客观全面地表达出产品设计过程中的研究重点。本文为科研设计人员在产品方案设计过程中，对产品方案的评价提出了相对简单并且具有一定科学合理性的参考方案。同时，此类方法还可以延伸应用到其他专业与领域。