博弈理論在整車開發流程的應用

韓玉強

福建省汽車工業集團云度新能源汽車股份有限公司 福建省莆田市 351111

1 引言

正文內容整車開發流程中，規定了整車開發從產品規劃、概念開發、設計開發、工藝驗證與工程簽發、生產準備、試生產到正式投產全過程的關鍵里程碑控制活動，以及各閥點關鍵交付物。過程中涉及到各部門有：市場、財務、產品工程、采購、制造、物流、質保和項目。將此開發的過程模擬為一個博弈的過程。簡單地說，博弈理論的假設是，人類的相互作用可以通過游戲的參與者來描述，他們的選擇過程也是游戲的過程，每個參與者關于行為的選擇都有自己的偏好，這樣每個參與都會以一種使得他們所得利益最大化的方式參與[1]。集合中的所有效用函數都滿足了參與者的目標值。可設n={1，2，…，N}為n個不同的部門集合，Ti為部門i所有可能策略集，效用函數Si是關于聯合策略空間上的一個實值函數，即部門i的效用水平和他采取的策略緊密相關，而其他部門的策略對其效用函數也有一定作用。然而在策略選擇上，部門i僅對自己的策略集Ti的選擇相對自由，卻無法左右其他部門的策略選擇，而且其他部門也有類似的追求.從策略空間的觀點來理解，兩者有諸多相同之處，博弈理論應用將進一步優化整車開發過程。

2 協商模型建立

可將多部門參與整車開發的問題定義為如下的四元組形式：

φ=（N，P，（Ti）i∈N，（Si）i∈N））

其中：

N為參與部門個數，N={1，2，…，i，…，n|n≥2}。

P為待協商的設計問題集，在整車開發中為設計的閥點問題。

Ti表示部門i對設計問題P的設計策略集，即在各個閥點的方案輸入。

Si是關于到實數集R的映射函數，表示部門i對設計問題P的滿意度（即部門的效益），它是一個標量函數。

3 協商解評定

一個用于沖突目標中協商的方法如下[2]：

其中h是一種關于模糊合成的操作，作為兩個關系為a和b的模糊目標構建協商模型。

而在經典數學中，我們知道對于a、b兩個數，有這樣的數學定理：

那么可以推廣到更多的數，有：

每個學科i在經過讓步步伐調整后得到的變量Xi/d，通過合成操作得到一個數為X：

4 個體設計策略集及效益

在協商博弈中，不同領域專家對閥點的輸入方案，可以看成是自己選擇的一個策略集，策略的好壞可以從協商結束后獲得的效益來衡量。策略不同，博弈的結果是各方得到了不同的效益。對于效益，同樣受諸多因素的影響，其函數也應該借用模糊理論來確定，在確定每個參與者的效益函數的時候，考慮到協商參與者的主觀偏好以及多方面的意見的特定傾向性，假若這些特性都將反映到效益的結果里，那么在最后給出可選方案中，可以在一定程度上忽略對方案的再評價問題。

定義一個協商策略集

tnm為部門n對閥點m的方案輸入。

不同部門在各個閥點上具有的知識是不一樣，沒有一個統一的標準來衡量，每個人都有自己的標準，策略的效益值用滿意度數值來評定。目標滿意度作為一種無量綱和同等級的量，可以對其進行比較和綜合。

先由其他部門對部門i給出方案從時間、成本和質量三角度給予評分，當個閥點獲得滿意度數值為0-1之間的模糊數值，0為不滿意，1為滿意。效益指Snm取部門n以外其他部門對閥點m的評分系列值p1，p2，…，p（n-1）的均值。該數值的大小表征了各博弈方的沖突問題，可采取沖突消解的合成計算Snm=（p1*p2*…p（n-1））1/n。

5 協商規則

滿意度指標是從側面來衡量部門作為博弈方在每個閥點處得到效益值，此效益是其他博弈方給予的綜合評價，起到了各部門在重要環節完成關鍵任務以達到最高性價比的整車開發的激勵。根據此指標，定義：若滿足Sim≥αi（αi為滿意度閥值），則部門收獲的效益值滿足項目整體要求，可選擇進入下一閥點；不滿足，則需對該閥點發起新一輪的協商，重復協商過程。

6 協商流程與設計框架

Step 1： 各部門向協商系統在閥點的各個階段提交閥點的方案輸入。

Step 2： 系統接收到各部門傳遞的信息，綜合每個閥點的信息，發布予各個協商部門進行閥點評分。

Step 3： 系統根據評分信息，計算出每個閥點各部門的效益值。

Step 4： 各個部門根據獲得的效益值，效益值低于閥值的部門，需重新給出方案策略，重新發起協商；效益值大于閥值的部門，進入下一個閥點設計。

Step 5： 直至整個開發流程結束，評價整體效益值，作為研發能力的績效分值。

7 結語

整車開發的復雜性需要多個領域專家的參與，特別是全球工業4.0背景下推動的智能制造，使得汽車產品更多地邁向智能化、網絡化、自動化，其設計過程也推入了一個跨知識、跨領域等多項新技術結合的發展格局。不同領域學科的差異性，需要協調各方的意見，評價每個學科專家的意見、不同學科之間的關系，控制并協調整個開發流程，提高不同學科的協同程度。本文作為一個方法論，可導入為整車開發流程中的協同設計系統開發，針對不同的協商細節，可重新評定具體的協商模型。協商的過程，可以綜合反映各設計專家的技能水平，緩解開發過程中時間、質量和成本的沖突，提高整車開發效率。

圖1 整車開發協商流程框架