摩托車模塊化設計方案評價研究

閆 瓊，張海軍，陳景龍

（1.鄭州航空工業管理學院管理工程學院，河南 鄭州 450015；2.鄭州航空工業管理學院航空工程學院，河南 鄭州 450015）

1 引言

在全球工業化水平快速發展的背景下，客戶購買產品已不僅關注產品的質量，同時還密切關注產品的個性化。為了滿足不同類型客戶的多樣化、個性化的需求，實現高效、快速地開發新產品，模塊化設計應運而生，并且受到了制造業的廣泛關注［1-3］。摩托車作為一種有效的代步工具，因具有輕便靈活、行駛迅速等特點，受到了廣大的消費者喜愛。將模塊化設計引入至摩托車的產品設計過程中，可針對目標人群，快速優選出合適的配置方案，進而縮短產品研發周期。

對產品設計方案進行綜合評價時，可用的方法較多，包括專家打分法、層次分析法、模糊層次分析法［4］、猶豫模糊評價法［5］、PROMETHEE 方法［6］、ELECTRE 法［7］、熵權法［8］等。例如，文獻［9］建立了兒童智能手表設計方案的評價指標體系，采用層次分析法對設計方案進行了評價研究，并結合設計實例進行了驗證。文獻［10］采用模糊層次分析法對自動排泄處理器產品設計中涉及的各項因素進行定量計算，為設計方案的優選提供了量化的決策基礎。文獻［11］建立了基于專家打分法的產品設計評價模型，提升了產品設計評價準確率。文獻［12］基于因子分析對智能手機語音系統設計進行了評價，用于評估甄別設計方案的可行性。上述學者針對特定的產品設計方案進行優選過程中，在權重計算過程中，往往只采用了單一的主觀賦權法或客觀賦權法，使得方案評價結果過于依賴專家經驗或客觀數據，有待進一步改進。

摩托車產品模塊化設計評價屬于多屬性決策問題，權重的計算至關重要。主觀賦權法在評價過程中過于依賴專家個人的喜好，無法客觀地反映設計方案的真實狀況，使得決策結果帶有主觀隨意性；客觀賦權法充分利用了各評價指標值的客觀數據，但未考慮決策者的主觀能動性。將綜合賦權法運用到產品模塊化的設計方案評價過程，既能客觀反應各指標的客觀數據，又能反應決策者的主觀愿望，進而使得評價結果更為可靠。這里采用綜合賦權法對摩托車產品模塊化配置方案的評價指標進行了量化研究，計算出各評價指標的綜合權重值，而后基于模糊綜合評價法，得到配置方案的優選順序，為工程師進行產品模塊化設計提供理論參考。

2 評價指標體系的構建

摩托車作為一種常用的交通工具，我國對其加工過程、裝配、整車檢驗、性能檢測等各個環節均制定了國家標準。其產品性能主要涉及燃油經濟性、動力性、制動性能、操縱穩定性、噪聲與排放、安全性等幾個方面［13］。制造商在推出新產品時，一方面需要滿足產品生產制造過程中國家標準的要求，另一方面需綜合考慮客戶的實際需求。由目標客戶對摩托車模塊化設計備選方案進行評價決策，從中選優進行批量生產，對于確保產品的銷量有著極為重要的意義。

評價指標體系構建需考慮全面性、可操作性、獨立性、以及可量化等需求，這里按照“研究文獻—確定問卷—調查用戶—篩選指標”的思路，首先依據國家標準中涉及到的摩托車性能指標及客戶在購買摩托車時所關注的一般性指標（如價格、售后服務等）設計調查問卷；接著利用問卷網平臺發放調查問卷，收回有效問卷132份；最后對用戶真切關心的性能指標進行統計分析，確定了摩托車產品模塊化設計方案的評價指標體系，如表1所示。

表1 摩托車模塊化設計方案評價指標體系Tab.1 Evaluation Index System for Motorcycle Modularized Design

3 摩托車模塊化設計評價決策模型

3.1 權重計算

3.1.1 計算主觀權重

層次分析法是最常用的主觀賦權法，它既可以用于指標體系的權重計算，也可以用來進行方案排序，且計算步驟較為實用簡單。首先，構建遞階的層次結構模型；接著根據1～9標度法確定判斷矩陣；而后進行層次單排序，即針對每一個判斷矩陣，計算本層次與上一層次有關系的因素的權重，歸一后得到W={w1，w2，…，wn} 即為所求得的權重。利用層次分析法需計算判斷矩陣的最大特征值λmax、隨機一致性比例C.R對各判斷矩陣進行一致性檢驗。最后，利用層次單排序的結果，綜合得到主觀權重。

式中：B—判斷矩陣；W—所求權重。

式中：n—判斷矩陣階數；R.I—隨機一致性指標。

3.1.2 計算客觀權重

熵值法通過計算熵值來判斷某個指標的權重，熵值就越大則權重值越小。假設有m個方案，n個評價指標，xij表示第i個方案第j個評價指標的原始值，則權重計算步驟如下：

（1）原始數據歸一化處理，歸一化后得到矩陣R=(rij)m×n，對于正向指標，歸一化公式為：

對于負向指標，歸一化公式為：

式中：minxj,maxxj—第j項指標的最小值和最大值。

（2）計算第j項指標的熵值ej。

（3）計算第j個指標的不平衡系數dj及熵值權重sj。

3.1.3 計算綜合權重

將層次分析法計算出的主觀權重和熵值權重進行綜合，得到綜合權重。綜合權重既兼顧了專家用戶的主觀意愿，同時又能兼顧各指標值客觀數據的差異，使得評價結果更為可靠。

3.2 摩托車模塊化設計方案綜合評價

（1）依據建立的評價指標確定評價因素集U。

（2）對評價因素劃分為r個評價等級，構成評語集，即：

V={v1，v2，…，vr}。對評語等級進行賦值，得到向量：

H={h1，h2，…，hr}。

（3）邀請目標客戶人群對因素集進行評價，確定模糊關系矩陣Y，yij表示i個因素隸屬于第j種評價等級的隸屬度。

（4）建立模糊綜合評價模型，并計算綜合得分μ。

（5）評價結果分析。依據最終得分按照從大到小進行排序，得分最高者為最優設計方案。

4 實例計算

摩托車主要由動力系統、傳動系統、制動系統、行走系統、車架模塊、儀表顯示模塊、避震模塊等組成，每個模塊均包含不同的配置型號，部分常用的摩托車模塊配置，如表2所示。

表2 摩托車主要模塊配置表Tab.2 Configuration of Motorcycle Main Module

某摩托車制造商針對（40～50）歲的目標客戶欲推出一款新產品。

現有四種模塊化設計方案，由目標客戶優選出其認為最優的配置方案，確保所推出的新產品能夠滿足目標客戶的需求偏好。

（1）100ml排量系列發動機、皮帶傳動、組合式輪輞、液壓碟式制動、低梁車架、LCD液晶式儀表盤、伸縮管式避震器。

（2）125ml排量系列發動機、皮帶傳動、組合式輪輞、機械鼓式制動、低梁車架、LCD液晶式儀表盤、液壓阻尼式避震器。

（3）150ml排量系列發動機、鏈條傳動、壓鑄式輪輞、機械鼓式制動、騎式車架、傳統指針式儀表盤、伸縮管式避震器。

（4）200ml排量系列發動機、鏈條傳動、壓鑄式輪輞、液壓碟式制動、騎式車架、LCD液晶式儀表盤、液壓阻尼式避震器。

4.1 評價指標權重計算

4.1.1 主觀權重計算

邀請25位目標客戶，在充分征求客戶意愿的基礎上，首先構建目標層與準則層間的判斷矩陣，計算結果，如表3所示。接著依次建立各準則層與指標層間的判斷矩陣，計算結果，如表4～表7所示。

表3 A-B判斷矩陣及計算結果Tab.3 A-B Judgment Matrix and Calculations

表4 B1-U判斷矩陣及計算結果Tab.4 B1-U Judgment Matrix and Calculations

表5 B2-U判斷矩陣及計算結果Tab.5 B2-U Judgment Matrix and Calculations

表7 B4-U判斷矩陣及計算結果Tab.7 B4-U Judgment Matrix and Calculations

由表3可以看出，目標客戶步入社會參加工作已久，擁有穩定的工作收入及較高的社會地位，有較好的經濟基礎。故目標客戶應對摩托車舒適性和安全性要求較高，功能性次之，而對經濟性敏感度相對較低。

依據層次單排序結果，進行層次總排序，得到各指標層對目標層的權重值，如表8所示。

表8 四種配置方案的評價指標測量值Tab.8 Measurements of Evaluation Index for Four Configurations

4.1.2 客觀權重計算

四種設計方案的評價指標數據測量值，如表8所示，其中，制動時間、制動距離、維修成本、購車成本、百公里油耗、最大噪音值、車座高度以及整車重量屬于負向指標；而抓地力指數、最高車速、發動機功率、最大載重屬于正向指標。

（1）各指標值進行無量綱處理，得出歸一化矩陣R。

（2）計算評價指標的熵值。

（3）計算評價指標的不平衡系數，最終得到客觀權重，如表9所示。

4.1.3 綜合權重計算

綜合主觀權重及客觀權重，結果，如表9所示。

表9 指標層權重計算結果Tab.9 Index Layer Weight Calculations

4.2 模塊化設計方案的綜合評價

（1）摩托車模塊化設計方案評價涉及12個評價因素，即建立的12個評價指標，記為U={u1，u2，…，u12} 。

（2）針對每一評價因素，設優秀、良好、一般、較差、差五個等級，且依次對應的分值為5，4，3，2，1，則H={5，4，3，2，1} 。

（3）邀請25位目標人群以各評價指標的國家標準值作為參考，根據四種不同方案的評價指標的實際測量值（見表8），結合個人偏好對四種設計方案進行評價，進行統計分析后，得到對應的模糊關系矩陣Y1、Y2、Y3、Y4。yij表示第i個因素隸屬于第j種評價等級的隸屬度，例如：Y1中y21表示制動時間隸屬于優秀等級的隸屬度為0.52，即25位目標人群中有52%的人對第一種設計方案中的制動時間評價為優秀。

（4）計算各方案的綜合得分。

針對方案一：

同理得：μ2=3.93，μ3=3.41，μ4=3.59。

（5）結論分析。由各方案綜合得分，可得μ2＞μ1＞μ4＞μ3，故四種方案中，方案二為目標客戶心中的最優配置方案，方案一次之，方案四和方案三較差，若摩托車制造商面向（40～50）歲目標人群推出新產品，應該優選方案二。

5 結論

針對摩托車產品模塊設計評價問題，首先建立了可測量、可量化的摩托車模塊化設計方案的評價指標體系；接著將層次分析法與熵值法相結合，用于評價指標權重的計算；最后建立了摩托車模塊化設計方案的綜合評價模型，并進行了實例計算。得到的結論如下：

（1）將層次分析法與熵值法進行結合用于計算評價指標的綜合權重，既可以兼顧目標客戶的實際需求與主觀判斷，也能兼顧客觀測量值的差異，能夠有效提高指標權重值的可靠性。

（2）將綜合權重與模糊綜合評價法結合用于建立摩托車模塊化方案設計評價模型，有完善的理論基礎，方案可行。

（3）請目標客戶群體針對摩托車新產品模塊化設計方案進行模糊綜合評價，量化的評價結果能有效降低評審人員在方案選擇中的偶然性與隨意性，所述方法簡單、可行，為評審人員的科學決策提供了理論參考。