基于序关系分析法的快速设计模板甄选方法

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Study on selection method of templates for rapid designbased on layered ordinal relation analysisLrAN Guofu(School of Mechanical and Automotive Engineering，Fujian University of Technology，Fuzhou 350108，China)Abstract：Based on the layered ordinal relation analysis，this paper puts forward a selection method of de-sign templates，which implements rapid design through reusing the structure of design template.The feasi-bility of the method is tested by a case of rapid design of metal forming machine。

Key words：rapid design ；design template；layered ordinal relation analysis机床属于多品种小批量生产的产品，产品的设计、制造难度大及客户需求变化多样等特点，给新产品开发带来较大的难度.产品的设计任务繁重是企业面I临的主要问题 ，为了使企业能够快速响应市场需 ，越来越多的企业希望通过整合的手段来有效配置企业资源，提高信息资源的利用率，将企业现有的信息资源转化为生产力，使企业在市澈争中占据有利的地位。

国内外通过重用已有的产品资源来快速响应市场的研究很多，通常采用重组功能性单元拈或者是原有产品的简单修改来完成新产品的开发.CM.Reynerson介绍了空间系统快速设计中心对整个设计工作的巨大促进，设计时只要提供候选任务需求以及重要参数，快速设计系统就能按照过程迅速设计计算.上夯通大学的蒋祖华 研究了基于变异的产品客户化设计，通过产品模板和变异技术来产生客户化设计方案。

浙江工业大学陆长明 等提出了在模板框架下的快速变型设计方法.这些变型设计的方法都是在已有产品的基础上，通过改变部分零部件的配置结构或某些参数，最终形成相似零部件或产品的-种设计方法，利用有限的资源去满足客户多样化的需求 J.在变型设计中，设计模板的提韧修改是两个关键环节 J，如何选择产品模板是能否实现新产品主机结构快速设计的关键问题。

本文提出-种序关系分析方法来实现设计模板的快速匹配，以锻压机床快速设计系统的模板提取为例，证明该方法的有效性。

1 面向快速设计的机床模板构建方法快速设计系统对模板库进行检索时，模板越多检索成功的机会越多，但是模板库中如果模板太多，则系收稿 日期：2013-04-01基金项目：辅侍育厅科技项目(JA12240)；辅工程学院科研发展基金项目(GY-Z13013)作者简介：练国富(1980-)，男，博士，讲师，gflian###mail.uste.edu.cn14 南昌工程学院学报统效率太低，并且不-定能够选中最合适的模板.因此，建立典型结构的参数化模板是提高快速设计系统检索效率的有效途径之-。

参数化模板也就是设计模板，是从大量类似实例中总结出来的某类事物的样板.设计模板能够根据设计要求和-定的工程规则知识对模板进行约束求解，使模板的参数具有确定的数值，即派生出所需的产品实例.建立典型结构的参数化模板首先要将产品按照-定的规则分类，将产品根据结构和功能分成不同的产品族.以锻压机床的分类为例，如图1所示。

每个产品族根据功能建立若干个模板，产品族内各模板之间根据功能、材料、制造周期等定义各种属性.每个模板的各种属性定义为PaternName-id，Function，Structure，Material，Manufacturability。

Name- id为产品模板信息的唯-标识，Function定义产品及各拈的功能相关的需求信息；Structure定义产品和各拈的结构相关信息，如机身为组合框架预紧结构还是四柱式结构，移动工作台数量，主缸排列方式，液压垫为钢板焊接箱型结构或其他；Material定义产品和各拈材料相关的信息，如滑块、工作台垫板采用铸钢或其他材料等；Manufacturability定义制造复杂锻压机床机械压力机I I 液压机组A 口框架式。

柱式液压机四柱式液压机复合式液压机度、 等相关的信息·设计模板提取时根据客户需求对模板的各种属 图1 锻压机床产品族分类示意图性进行快速的匹配。

2 基于序关系分析法的机床设计模板优选模型目前，多目标决策基本采用基于层次分析法的模糊综合评判，对多种方案进行综合评判.综合评价的核心问题是权值系数如何确定，权值系数的确定主要依赖专家，人为因素太大，过程过于繁琐，层次分析法是目前应用较多的权重系数计算方法，在评价准则较多的情况下，呈现成对比较矩阵-致性难以保证、成对比较次数过多等缺点.因为机床产品客户需求个性化，评价准则较多，本文采用序关系分析法构建最优设计模板评价模型，大致可以分为5个主要步骤。

步骤1：构建最优设计模板优选的递阶层次结构首先根据设计模板的优选问题，把最优设计模板分解为各个评价指标构成的层次模型.由客户需求的功能满足程度、制造周期、成本、质量、产品结构等为准则选择产品模板.客户需求的功能满足程度从客户需求出发，产品模板是否能够较好地满足客户的功能需求；制造周期包括是否能够按期交货、制造复杂度、能否顺利制造装配出来等因素；成本包括材料成本、制造加工成本等.以锻压机床为例，在能够满足功能需求的情况下，组合框架式的结构可能会比其他结构耗费的钢材多.基于序关系分析法的机床设计模板选择模型的层次结构如图2所示。

步骤 2：确定评价指标的序关系若评价指标 相对于某种评价准则(或目标)的重要性程度大于(或不小于) 时，如满足客户需求比成本更重要，则记为i> ，.决策者或评价者在元素中，依次选出各个评价指标中认为最重要的-个，经过 -1次挑洋确定唯-的-个序关系> >> ：. (1)为了便于分析，-般仍记该关系为 图2 设计模板优选的递阶层次结构1> 2> > n·步骤 3：给出元素 与元素 间相对重要度的比较判断设在评价准则Z下，元素 与元素 的重要性程度之比 /w 的判断分别为- 1/w 1"k， kn，n-1，n-2， ，3，2。

其中r 的赋值根据指标之间的重要程度参考表 1. -般根据客户需求来选择。

步骤4：权重系数W 的计算若 ， ，， 具有式(2)序关系，则 - 与 必满足：(2)(3)第3期 练国富：基于序关系分析法的快速设计模板甄选方法 15-1>1/rk，k凡，n-1， ，3，2。

若客户需求给出 的赋值满足关系式(4)，则 为11； It，。

. W (1∑Ⅱ )～， (5)2 I 而I-lrkw ， kn，n-1，，3，2. (6)步骤5：设计模板的组合权重(4)表 1 的赋值参考表说明1.0 指标 -1与指标 具有同样重要性1.2 指标 -比指标 稍微重要1.4 指标 -1比指标 明显重要1.6 指标 -1比指标 强烈重要以图2为例，系统分解为3个层次：即最高层次目标层z表示最优设计模板，第二层准则层为Y(Y ，，，y )，第三层子准则层为X( ， ，， )，设已经得到 y对z的权重向量为(Y)(W (Y )， (Y2)，， (Y )) . (7)关于 的权重向量.( )(t， .( )， ( )，， ( )) ， (8)则 i在 z中占的比重是( )∑ZlJyi( ) (y ). (9)若评价指标要分解为3层以上，则权重向量的计算以此类推。

3 设计模板快速匹配实例以锻压机床的设计模板的选择为例，说明基于序关系分析法的设计模板的快速匹配方法.以客户需求满足程度Y 、质量)，2、制造周期)，3、成本y4、产品结构Y 等为主要准则，最优设计模板的序关系分析结构如图3所示。

客户定制最基本的要求是满足功能需求的情况下快速交货”，客户对产品结构没有特别的要求.根据客户需求，得到y关于z的序关系为)，l> > Y4> Y2> Y5。

通过计算得到 y关于z的权向量 (Y)为z(y)(0.234 7，0.195 5，0.234 6，0.195 5，0.139 7) 。

同样根据各模板之间的属性，可分别计算出 对Y ( 1，2，3，4)的权向量1.0 ( )如表2所示。

在z中所占的比重 ( i)可用下式获得：5( t)∑Wyi( ) ， ). (1o)由此可计算出X ， ：， 3， 对z的权向量为W ( )(0.221 2，0.228 9，0.258 7，0.291 2) ，庙以上计算可见，根据客户的定制需求，模板4作为最佳设计模板将被提取。

表2 最优设计模板评价序关系分析法中的埘 ( )图3 最优设计模板评价的序关系分析结构最优设计模板的序关系分析法的评价过程可见，评价指标没有个数限制，设计人员可以根据客户需要增加各个层次的评价指标，只需要根据客户需求进行排序，便可决定各个层次的指标对上-层次的支配作用。

4 运用实例以锻压机床为对象，在VC.NET环境下，针对 Pro/Engineer平台，利用二次开发工具Pro/Toolkit实现了