第 1 章 緒論

1.1 研究背景及意義 
產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生于產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段，是產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)研發(fā)和生產(chǎn)的基礎(chǔ)性文件，決定著 60%-70%的產(chǎn)品生產(chǎn)成本，在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中占有重要地位。而隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，能夠以知識(shí)為核心驅(qū)動(dòng)，高效利用設(shè)計(jì)知識(shí)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)，從而提高知識(shí)重用率，縮短設(shè)計(jì)周期的產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)成為學(xué)界和企業(yè)界共同關(guān)注的焦點(diǎn)。 產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)以相關(guān)智能設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，針對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域，構(gòu)建設(shè)計(jì)知識(shí)的表達(dá)與推理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的自動(dòng)化與智能化生成。以槍械智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)為例，其運(yùn)行機(jī)制即可概括為：首先由槍械設(shè)計(jì)人員為槍械智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)輸入既定的技戰(zhàn)術(shù)需求，然后設(shè)計(jì)系統(tǒng)經(jīng)由其推理機(jī)制自動(dòng)而智能地輸出多項(xiàng)槍械備選方案以供選擇，最后設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過其決策機(jī)制對(duì)這些備選方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，從中選出最優(yōu)秀的方案作為系統(tǒng)的輸出結(jié)果用于后續(xù)的仿真分析與實(shí)際生產(chǎn)。從此運(yùn)行機(jī)制可以看出，方案的評(píng)價(jià)與決策機(jī)制作為產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的終端環(huán)節(jié)，直接決定著系統(tǒng)輸出結(jié)果的質(zhì)量。因此，作為決策機(jī)制理論基礎(chǔ)的方案評(píng)價(jià)方法就理所當(dāng)然的成為了產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)相關(guān)研究中的重要組成部分[1]。 這里，需要說明的是，能夠用到方案評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)活動(dòng)一定屬于多目標(biāo)決策類型，即存在多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，而非單目標(biāo)決策。這是因?yàn)�，在單目�?biāo)決策類型的評(píng)價(jià)活動(dòng)中，每個(gè)備選方案只有一個(gè)評(píng)價(jià)值，只需要對(duì)該評(píng)價(jià)值進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)值大小排序就可以得到最優(yōu)方案，并不需要專門的方案評(píng)價(jià)方法來對(duì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。而之所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)活動(dòng)中考慮多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則是因?yàn)槎囗?xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的參與能夠讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員從多個(gè)角度綜合考量各備選方案的優(yōu)劣程度，避免單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的過分側(cè)重而影響評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。因此，考慮多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)已經(jīng)成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)活動(dòng)中約定俗稱的評(píng)價(jià)規(guī)范。例如，在槍械設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)中，就需要綜合考慮“全槍質(zhì)量”、“100m 單發(fā)精度”、“故障率”、“結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性”、“可維修性”、“安全性”以及“經(jīng)濟(jì)成本”等多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。 
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1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 
為了更加深入的了解和掌握當(dāng)前學(xué)術(shù)領(lǐng)域?qū)τ诜桨冈u(píng)價(jià)與隱性知識(shí)的研究現(xiàn)狀，從而避免重復(fù)性研究，提出更加具有創(chuàng)新性的研究點(diǎn)，本節(jié)對(duì)方案評(píng)價(jià)領(lǐng)域和隱性知識(shí)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于方案評(píng)價(jià)的研究，大體可以分為如下三個(gè)方面：方案評(píng)價(jià)方法的改進(jìn)研究、方案評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用研究和方案評(píng)價(jià)指標(biāo)研究。 其中，方案評(píng)價(jià)方法的改進(jìn)研究是指對(duì)方案評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)以提出更加客觀有效的方案評(píng)價(jià)方法。方案評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用研究則是指針對(duì)某個(gè)特定的應(yīng)用領(lǐng)域，采用合適的方案評(píng)價(jià)方法去解決實(shí)際的方案評(píng)價(jià)問題。原本這兩類文章在研究的側(cè)重點(diǎn)方面并不一致，但是由于大多數(shù)方法改進(jìn)類文章的出發(fā)點(diǎn)都是針對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域才對(duì)某種方案評(píng)價(jià)方法進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，仍然可以算作方法應(yīng)用研究一類，因此，本文并沒有對(duì)方法改進(jìn)研究的文章和方法應(yīng)用研究的文章進(jìn)行具體切分，而是統(tǒng)一從不同方案評(píng)價(jià)方法的角度對(duì)這兩類文章進(jìn)行綜述。 目前在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，常用的方案評(píng)價(jià)方法有：層次分析法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法等。 層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱 AHP）是由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂于 20 世紀(jì) 70 年代初，在為美國(guó)國(guó)防部研究“根據(jù)各個(gè)工業(yè)部門對(duì)國(guó)家福利的貢獻(xiàn)大小而進(jìn)行電力分配”課題時(shí)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，提出的一種層次權(quán)重決策分析方法[2]。它將決策問題按總目標(biāo)、各層子目標(biāo)、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則和具體備選方案的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，然后利用求解判斷矩陣特征向量的方法，求得每一層各元素對(duì)上一層某元素的優(yōu)先權(quán)重，最后再用加權(quán)和的方法求得各備選方案對(duì)總目標(biāo)的最終權(quán)重，最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案。由于層次分析法可以將定性方法與定量方法有機(jī)結(jié)合，且能把多目標(biāo)、多準(zhǔn)則又難以全部量化處理的決策問題轉(zhuǎn)化為多層次單目標(biāo)問題，因此得到了廣泛的應(yīng)用。例如，Chan 等學(xué)者將層次分析法應(yīng)用于全球供應(yīng)商的選擇[3]，而 Muhammad 等學(xué)者則利用層次分析法進(jìn)行光伏技術(shù)方案的選擇[4]。 
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第 2 章 指標(biāo)影響關(guān)系問題闡述與方法選擇

為了解決指標(biāo)影響關(guān)系問題，本文將隱性知識(shí)的相關(guān)理論和建模方法引入到方案評(píng)價(jià)領(lǐng)域。為了更加深入對(duì)這一想法進(jìn)行探討，本章首先對(duì)指標(biāo)影響關(guān)系問題進(jìn)行分析闡述，然后從定義和特征兩個(gè)方面闡述指標(biāo)影響關(guān)系就是一種隱性知識(shí)，進(jìn)而對(duì)隱性知識(shí)的建模方法進(jìn)行選擇以適用于方案評(píng)價(jià)領(lǐng)域，最后構(gòu)建本文研究的整體思路。

2.1 指標(biāo)影響關(guān)系問題闡述 
實(shí)際上，從更加寬廣的視角來看，無論是產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)，還是其他領(lǐng)域的方案評(píng)價(jià)，概括起來都有兩個(gè)核心的要素，即方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和方案評(píng)價(jià)算法。 所謂方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通常是由領(lǐng)域?qū)＜裔槍?duì)待評(píng)價(jià)的備選方案所屬領(lǐng)域的實(shí)際情況而科學(xué)地挑選出的一組方案評(píng)價(jià)指標(biāo)。這組評(píng)價(jià)指標(biāo)就是專家在對(duì)備選方案進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)的多個(gè)角度，它幫助方案評(píng)價(jià)人員多維度、全面、綜合性地衡量各項(xiàng)備選方案的優(yōu)劣程度。同時(shí)，雖然評(píng)價(jià)角度可以有多個(gè)以體現(xiàn)考慮全面，但并不意味著所有評(píng)價(jià)指標(biāo)在專家心目中具有相同的重要程度。事實(shí)上，專家在制定方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，肯定會(huì)因?yàn)楦鞣N實(shí)際情況的考量而希望對(duì)某些評(píng)價(jià)指標(biāo)予以側(cè)重。因此，為了體現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間重要程度的區(qū)別，各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)就會(huì)被賦予不同的權(quán)重，這些權(quán)重稱之為“指標(biāo)權(quán)重”。指標(biāo)權(quán)重可以由專家人為的設(shè)定，也可以由方案評(píng)價(jià)算法給出。 所謂方案評(píng)價(jià)算法，就是對(duì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的處理過程。方案評(píng)價(jià)人員根據(jù)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)各項(xiàng)備選方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，會(huì)得到一個(gè)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的矩陣。但評(píng)價(jià)的最終目的是要得到一個(gè)最優(yōu)的方案，即需要將單項(xiàng)備選方案在多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)下的一組評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理為一個(gè)值，這個(gè)值可以綜合的體現(xiàn)該項(xiàng)備選方案的優(yōu)劣程度，從而才能根據(jù)此綜合評(píng)價(jià)的得分值的高低從多項(xiàng)備選方案中評(píng)選出綜合最優(yōu)的方案。而如何合理地對(duì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且兼顧指標(biāo)權(quán)重的影響，就需要由科學(xué)的方案評(píng)價(jià)算法來完成。
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2.2 隱性知識(shí)的引入 
通過第 2.1 節(jié)對(duì)于指標(biāo)影響關(guān)系問題的闡述可以發(fā)現(xiàn)，如何表達(dá)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的綜合影響關(guān)系是問題的關(guān)鍵所在。為此，本文引入隱性知識(shí)的建模方法來對(duì)這一問題進(jìn)行解決。 之所以考慮在方案評(píng)價(jià)領(lǐng)域引入隱性知識(shí)的建模方法，是因?yàn)橹笜?biāo)影響關(guān)系實(shí)際上就是一種專家的隱性知識(shí)。為了更明晰的闡述這一觀點(diǎn)，本文進(jìn)行如下論述。 首先，通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀，可以發(fā)現(xiàn)，雖然目前在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，對(duì)于“什么是隱性知識(shí)”這個(gè)問題尚沒有統(tǒng)一而標(biāo)準(zhǔn)的答案，但大體可以將隱性知識(shí)定義為：“存在于員工個(gè)體和企業(yè)內(nèi)各級(jí)組織（團(tuán)隊(duì)、部門、企業(yè)層次等）中難以規(guī)范化、難以言明和模仿、不易交流與共享、也不易被復(fù)制或竊取、尚未編碼和顯性化的各種內(nèi)隱性知識(shí)，同時(shí)還包括通過流動(dòng)與共享等方式從企業(yè)外部有效獲取的隱性知識(shí)”。隱性知識(shí)的特征主要有：難于理解，難以用數(shù)字、公式和科學(xué)法則等來表達(dá)，也很難用文字、語(yǔ)言來精確表述，交流與轉(zhuǎn)化速度相對(duì)較慢，成本較高，在一定程度上具有獨(dú)占性和排他性等。 而將這些關(guān)于隱性知識(shí)的定義和特征與指標(biāo)影響關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，兩者與許多共同之處。從定義的角度看，指標(biāo)影響關(guān)系其實(shí)就是一種領(lǐng)域?qū)＜一蛟u(píng)價(jià)人員關(guān)于方案評(píng)價(jià)指標(biāo)之間相互影響的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。從特征的角度看，它難于理解，因?yàn)樗怯深I(lǐng)域?qū)＜覒{借其頭腦中的知識(shí)來進(jìn)行判定的，若專家不給出解釋，其他人難于理解評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的復(fù)雜影響關(guān)系；它難以用數(shù)字、公式和科學(xué)法則等來表達(dá)，因?yàn)樗⒉皇呛?jiǎn)單的線性關(guān)系，很難形成公式化的表達(dá)，但同時(shí)，定量化的表達(dá)與推理的確是追求的目標(biāo)；它很難用文字、語(yǔ)言來精確表述，因?yàn)樗m然可以用文字和語(yǔ)言來形容，但通常只能簡(jiǎn)單的對(duì)影響關(guān)系進(jìn)行文字描述，這種文字描述因?yàn)槿狈?shù)值型的信息，因此并不精確.
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第 3 章 基于模糊認(rèn)知圖的指標(biāo)影響關(guān)系建模研究 ..... 25 
3.1 模糊認(rèn)知圖介紹 ....... 25 
3.1.1 模糊認(rèn)知圖概念及特性 ...... 25 
3.1.2 模糊認(rèn)知圖的形式化描述 .... 26 
3.1.3 模糊認(rèn)知圖的推理 .... 27 
3.2 基于模糊認(rèn)知圖的指標(biāo)影響關(guān)系建模 ....... 29 
3.3 槍械設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)影響關(guān)系建模實(shí)例 ......... 33 
3.4 本章小結(jié) ....... 37 
第 4 章 基于 FDM-GRA 的方案評(píng)價(jià)方法研究 ..... 39 
4.1 模糊決策機(jī)制的構(gòu)建研究 ..... 39 
4.2 灰色關(guān)聯(lián)分析介紹 ..... 43 
4.3 基于 FDM-GRA 的方案評(píng)價(jià)方法構(gòu)建 ......... 46
4.4 實(shí)例驗(yàn)證 ....... 51 
4.5 驗(yàn)證結(jié)果討論 ......... 57 
4.6 本章小結(jié) ....... 61 
第 5 章 基于歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的方案評(píng)價(jià)方法研究 ....... 63 
5.1 引言 ..... 63 
5.2 RCGA 學(xué)習(xí)算法介紹 .... 64 
5.3 基于歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的方案評(píng)價(jià)方法構(gòu)建 ..... 68
5.4 本章小結(jié) ....... 77 

第 5 章 基于歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的方案評(píng)價(jià)方法研究 

5.1 引言 

本文在第 2 章從定義和特征兩個(gè)方面論證了指標(biāo)影響關(guān)系就是一種隱性知識(shí)，可以采用隱性知識(shí)的相關(guān)模型與方法對(duì)其進(jìn)行表達(dá)；在此基礎(chǔ)上，第 3 章采用模糊認(rèn)知圖這一隱性知識(shí)的建模手段，構(gòu)建了基于模糊認(rèn)知圖的指標(biāo)影響關(guān)系建模方法，用于從專家處獲取關(guān)于指標(biāo)影響關(guān)系的隱性知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)影響關(guān)系的顯性化；從而，在第 4 章，通過構(gòu)建模糊決策機(jī)制，將所獲得的模糊認(rèn)知圖表達(dá)下的指標(biāo)影響關(guān)系與既有的方案評(píng)價(jià)方法（選取灰色關(guān)聯(lián)分析作為方案評(píng)價(jià)主體方法）相結(jié)合，建立了基于 FDM-GRA 的方案評(píng)價(jià)方法，解決了既有方案評(píng)價(jià)方法無法考量指標(biāo)影響關(guān)系的問題，構(gòu)建了更加客觀有效的方案評(píng)價(jià)方法。該方法不僅可以為槍械設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)提供方法支撐，同時(shí)也可作為通用性的方案評(píng)價(jià)方法為其他諸多領(lǐng)域的方案評(píng)價(jià)問題提供技術(shù)支持。 雖然到目前為止，本文的確已經(jīng)提出了一套完整的可以解決指標(biāo)影響關(guān)系問題的方案評(píng)價(jià)方法，但從企業(yè)實(shí)際應(yīng)用情況的角度來看，，該方法仍然存在著一些問題，主要體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面： （1）不同專家對(duì)同一設(shè)計(jì)問題進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，必然會(huì)因?yàn)楦髯灾R(shí)體系的不同而給出不同的影響矩陣，從而導(dǎo)致指標(biāo)權(quán)重的賦值不同； （2）當(dāng)對(duì)同一設(shè)計(jì)問題的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)不斷累積，形成一定數(shù)量的歷史數(shù)據(jù)后，如何處理和利用這些歷史數(shù)據(jù)繼續(xù)為評(píng)價(jià)活動(dòng)服務(wù)就會(huì)成為新的問題。 以上兩個(gè)問題的存在將是制約本文所提出的方案評(píng)價(jià)方法能否被得到真正應(yīng)用的關(guān)鍵。因此，本章的核心內(nèi)容就是要解決上述兩個(gè)問題。 

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總結(jié) 

一個(gè)科學(xué)的方案評(píng)價(jià)方法是產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)機(jī)制所必須的理論基礎(chǔ)。由于設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)需要考慮多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，若不考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的影響關(guān)系，而簡(jiǎn)單地假設(shè)指標(biāo)之間相互獨(dú)立，勢(shì)必會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀與準(zhǔn)確。但是既有的方案評(píng)價(jià)方法卻并沒有考慮指標(biāo)影響關(guān)系的問題。其原因是一方面并沒有好的建模手段來表達(dá)指標(biāo)之間的綜合影響關(guān)系，另一方面是沒有形成指標(biāo)影響關(guān)系與既有方案評(píng)價(jià)方法的融合機(jī)制以致無法構(gòu)建完整的方案評(píng)價(jià)方法。 因此，為了解決指標(biāo)影響關(guān)系問題，本文將隱性知識(shí)的建模方法引入方案評(píng)價(jià)領(lǐng)域，開展了基于隱性知識(shí)的方案評(píng)價(jià)方法研究。主要完成工作如下：
（1）將隱性知識(shí)的理論引入了方案評(píng)價(jià)領(lǐng)域，通過定義及特點(diǎn)的對(duì)比分析，論證了指標(biāo)影響關(guān)系即為一種隱性知識(shí)，可以利用隱性知識(shí)的相關(guān)模型方法來對(duì)其進(jìn)行獲取與表達(dá)。 
（2）提出了基于模糊認(rèn)知圖的指標(biāo)影響關(guān)系建模方法，該方法以模糊認(rèn)知圖作為主體模型，根據(jù)方案評(píng)價(jià)這一具體的領(lǐng)域問題，從領(lǐng)域變量和因果結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面對(duì)專家頭腦中關(guān)于指標(biāo)影響關(guān)系的隱性知識(shí)進(jìn)行了獲取和表達(dá)。 
（3）構(gòu)建了模糊決策機(jī)制，該機(jī)制可以對(duì)模糊認(rèn)知圖進(jìn)行處理，將指標(biāo)影響關(guān)系轉(zhuǎn)化為指標(biāo)權(quán)重，使之能夠與既有的方案評(píng)價(jià)方法相結(jié)合。 
（4）提出了基于 FDM-GRA 的方案評(píng)價(jià)方法，該方法以模糊決策機(jī)制表達(dá)指標(biāo)綜合影響關(guān)系，以灰色關(guān)聯(lián)分析作為評(píng)價(jià)主體方法，從而形成一套具有完整架構(gòu)并能考量指標(biāo)綜合影響關(guān)系的方案評(píng)價(jià)方法。通過槍械設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)的實(shí)例驗(yàn)證，證明了該方法的可行性與有效性。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號(hào)：133323