一种基于效用的产品设计决策支持系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于效用的产品设计决策支持系统及方法，决策支持系统包括知识库模块、单效用函数模块、多效用函数模块及总体期望效用模块，每一个模块都具备独立的输入输出接口。本发明专利技术备选设计方案的评价指标为区间值，客观性强，能够适应产品设计过程中指标值的不确定性；采用该决策支持系统的方法能够适应产品设计需求的动态变化，当外部环境设计需求变化时，可以根据变化影响的参量通过输入输出接口在相应的模块中处理，避免了重新计算，提高了设计方案的有效性，且评价效率高。

A utility based decision support system and method for product design

The present invention provides a system and method for product design decision utility based decision support system includes a knowledge base module, single utility function module, multi utility function module and the overall expected utility module, each module has independent input and output interface. Evaluation of alternative design scheme of the invention is the interval value, strong objectivity, able to adapt to the index in the process of product design value uncertainty; using the method of decision support system can adapt to the dynamic changes of product design requirements, when the external environment changes the design requirements, according to the parameter change through the input and output interface in the corresponding in the module of processing, to avoid the recalculation, improve the effectiveness of the design, evaluation and high efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种基于效用的产品设计决策支持系统及方法
本专利技术涉及一种产品设计的方案评价方法，具体涉及一种基于效用的产品设计决策支持系统及方法。
技术介绍
智能设计系统为产品设计研发的自动化与智能化提供了可能，而产品设计方案的评价与优选是其重要的组成部分。设计人员为智能设计系统输入设计需求，系统经由其推理模块会产生多种备选方案。但设计人员往往只想得到唯一一种综合最优的方案用于后续的仿真分析和实际生产。因此，需要一种方案评价方法来实现多项备选方案的评价与排序以得出最优方案。方案评价方法实际上是一种产品设计方案的决策过程。以往比较流行的设计决策方法，如基于模糊决策图(FDM)与灰色关联分析(GRA)的方案评价方法(FDM-GRA)、多粒度属性指标模糊测度和可加Choquet积分模型方法、网络分析法、多层次属性指标的设计决策方法、考虑评价指标权重以及灰色关联分析的设计方案优选决策方法。上述研究尝试将基于决策方法在选择产品设计最优方案上进行应用，侧重于结合已知各设计属性的权重的情况下，设计方案评价方法依靠专家经验打分评价，方案有效性低，也忽略了在设计方案中存在的不确定性的影响。目前为了解决枪械设计过程当中存在的不确定性，主要采用蒙特卡洛仿真和区间数等理论、基于渐近全局代理模型的稳健优化设计、产品方案的模糊分类综合评价模型。现有的研究成果，从不同角度实现了对产品设计过程的决策支持和设计参数不确定性的表达，但仍缺少一种充分考虑产品设计过程当中设计参数不确定以及设计需求动态变化这两类设计不确定性的决策支持方法，影响了产品设计方案的有效性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于效用的产品设计决策支持系统及方法，能够适应产品设计过程中设计的不确定性，提高了设计方案的有效性，且评价效率高。一种基于效用的产品设计决策支持系统，所述决策支持系统包括知识库模块、单效用函数模块、多效用函数模块及总体期望效用模块，每一个模块都具备独立的输入输出接口；所述知识库模块用于存储以往的设计方案及评价指标，根据与产品需求相关的n个评价指标选择备选方案；所述单效用函数模块通过输入输出接口接收设计人员基于效用理论输入的对n个评价指标的偏好属性值，根据偏好属性值拟合出n个单效用函数，通过输入输出接口输出相应的函数系数值到控制面板上，从知识库模块中提取备选方案，以备选方案的评价指标区间作为积分区间，并利用单效用函数计算每个备选方案的n个单效用函数值，输出给总体期望效用模块，n为正整数；所述多效用函数模块，利用输入输出接口输入的n-1个评价指标的属性值构建无偏好属性组合方程组，输出每一个评价指标的权重ki到控制面板上，i＝1～n；所述总体期望效用模块基于权重ki和单效用函数值输出每个备选方案的总体期望效用值及排名到控制面板上；所述决策支持系统进一步包括后处理分析模块，用于测试总体期望效用值排名前两位的备选方案的鲁棒性，通过输入输出接口改变所述备选方案的Δk以及Δx、ΔL重新求解所述前两位的备选设计方案的总体期望效用值，来判断排名是否改变，Δk指权重的变化，将Δk分别叠加到多效用函数模块中的ki，再次计算输出新的权重；Δx指单效用函数曲率的变化，改变单效用函数模块中拟合的函数系数值，相应的再次计算单效用函数值；ΔL指备选方案的评价指标区间的长度变化，改变单效用函数模块中备选方案的评价指标区间，相应的再次计算单效用函数值；通过输入输出接口增加知识库模块中的备选方案，改变所有的备选方案的排名；通过输入输出接口增加知识库模块中的评价指标，在单效用函数模块中增加一个单效用函数，改变每一个评价指标的权重ki及所有的备选方案的排名；通过输入输出接口改变备选方案的评价指标区间，改变所述备选方案在单效用函数模块中的单效用函数值。进一步地，采用如权利要求1所述的基于效用的产品设计决策支持系统，所述决策支持方法为：步骤一，在知识库模块中根据与产品需求相关的n个评价指标选择备选方案；步骤二，设计人员基于效用理论在单效用函数模块中通过输入输出接口输入对n个评价指标的偏好属性值，根据偏好属性值拟合出n个单效用函数，输出相应的函数系数值到控制面板上；步骤三，从知识库模块中提取备选方案，以备选方案的评价指标区间作为积分区间，利用单效用函数计算并输出每个备选方案的n个单效用函数值，n为正整数；并且通过输入输出接口输入n-1个评价指标的属性值构建无偏好属性组合方程组，输出每一个评价指标的权重ki到控制面板上，i＝1～n；步骤四，基于权重ki和单效用函数值输出每个备选方案的总体期望效用值及排名到控制面板上；步骤五，改变排名前两位备选方案的Δk、Δx或ΔL，重新求解所述备选方案的总体期望效用值及排名，来判断所述前两位备选方案的排名是否改变。进一步地，需要引入新的备选方案时，步骤四后进一步包括在步骤一所述的知识库模块中添加新的备选方案及相应的评价指标，决策支持系统计算出新的备选方案的总体期望效用值并将所有的备选方案重新排名。进一步地，需要引入新的评价指标时，步骤四后进一步包括在步骤一所述的知识库模块中添加新的评价指标，设计人员基于效用理论在单效用函数模块中输入对新的评价指标的属性偏好值，根据属性偏好值拟合出对应的单效用函数，输出相应的函数系数值；分别输入综合所有备选方案的新的评价指标区间的上下边界，利用知识库模块中每个备选方案的评价指标区间和单效用函数，输出所有的单效用函数值；重新计算权重并基于权重和单效用函数值输出每个备选方案的总体期望效用值及排名。进一步地，当备选方案的评价指标区间改变时，在步骤三的多效用函数模块中改变评价指标的区间并重新计算单效用函数值。进一步地，所述步骤二中n个评价指标的属性偏好数据服从均匀分布。有益效果：1、本专利技术的决策支持系统及方法，基于效用理论得到每个设计方案的总体期望效用值，设计方案的有效性高；备选设计方案的评价指标为区间值，客观性强，能够适应产品设计过程中指标值的不确定性；本专利技术将求解流程模块化处理，当外部环境设计需求变化时，可以根据变化影响的参量通过输入输出接口在相应的模块中处理，避免了重新计算，提高的评价效率。2、本专利技术的后处理分析模块，通过改变设计需求重新求解来测试设计方案的鲁棒性，进一步提高了设计方案的有效性。3、本专利技术决策支持系统中包括的每一个模块在控制面板上都具备独立的输入输出接口，使其能够在类似设计或新设计中被快速重用，适应性能力强，提高设计效率。附图说明图1为本专利技术决策支持的流程图；图2为本专利技术的模块化柔性模板设计框图；图3为本专利技术的方案知识库面板图；图4为本专利技术的属性知识库和单效用函数模块面板图；图5为本专利技术的总体期望效用模块面板图；图6是本专利技术后处理分析模块图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种基于效用的产品设计决策支持系统，决策支持系统包括知识库模块、单效用函数模块、多效用函数模块及总体期望效用模块，每一个模块都具备独立的输入输出接口，在控制面板上相应地以模块化呈现。如图2所示，模块化柔性模板的设计过程主要由五个步骤组成，包括：模板创建、模板定制、单个模块的设计、整体模板设计、实例验证。先对整个设计决策过程各个部分的设计需求和功能进行分析，将决策过程拆分成若干个完整独立的具备标准化输入输出接口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于效用的产品设计决策支持系统，其特征在于，所述决策支持系统包括知识库模块、单效用函数模块、多效用函数模块及总体期望效用模块，每一个模块都具备独立的输入输出接口；所述知识库模块用于存储以往的设计方案及评价指标，根据与产品需求相关的n个评价指标选择备选方案；所述单效用函数模块通过输入输出接口接收设计人员基于效用理论输入的对n个评价指标的偏好属性值，根据偏好属性值拟合出n个单效用函数，通过输入输出接口输出相应的函数系数值到控制面板上，从知识库模块中提取备选方案，以备选方案的评价指标区间作为积分区间，并利用单效用函数计算每个备选方案的n个单效用函数值，输出给总体期望效用模块，n为正整数；所述多效用函数模块，利用输入输出接口输入的n‑1个评价指标的属性值构建无偏好属性组合方程组，输出每一个评价指标的权重ki到控制面板上，i＝1～n；所述总体期望效用模块基于权重ki和单效用函数值输出每个备选方案的总体期望效用值及排名到控制面板上；所述决策支持系统进一步包括后处理分析模块，用于测试总体期望效用值排名前两位的备选方案的鲁棒性，通过输入输出接口改变所述备选方案的Δk以及Δx、ΔL重新求解所述前两位的备选设计方案的总体期望效用值，来判断排名是否改变，Δk指权重的变化，将Δk分别叠加到多效用函数模块中的ki，再次计算输出新的权重；Δx指单效用函数曲率的变化，改变单效用函数模块中拟合的函数系数值，相应的再次计算单效用函数值；ΔL指备选方案的评价指标区间的长度变化，改变单效用函数模块中备选方案的评价指标区间，相应的再次计算单效用函数值；通过输入输出接口增加知识库模块中的备选方案，改变所有的备选方案的排名；通过输入输出接口增加知识库模块中的评价指标，在单效用函数模块中增加一个单效用函数，改变每一个评价指标的权重ki及所有的备选方案的排名；通过输入输出接口改变备选方案的评价指标区间，改变所述备选方案在单效用函数模块中的单效用函数值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于效用的产品设计决策支持系统，其特征在于，所述决策支持系统包括知识库模块、单效用函数模块、多效用函数模块及总体期望效用模块，每一个模块都具备独立的输入输出接口；所述知识库模块用于存储以往的设计方案及评价指标，根据与产品需求相关的n个评价指标选择备选方案；所述单效用函数模块通过输入输出接口接收设计人员基于效用理论输入的对n个评价指标的偏好属性值，根据偏好属性值拟合出n个单效用函数，通过输入输出接口输出相应的函数系数值到控制面板上，从知识库模块中提取备选方案，以备选方案的评价指标区间作为积分区间，并利用单效用函数计算每个备选方案的n个单效用函数值，输出给总体期望效用模块，n为正整数；所述多效用函数模块，利用输入输出接口输入的n-1个评价指标的属性值构建无偏好属性组合方程组，输出每一个评价指标的权重ki到控制面板上，i＝1～n；所述总体期望效用模块基于权重ki和单效用函数值输出每个备选方案的总体期望效用值及排名到控制面板上；所述决策支持系统进一步包括后处理分析模块，用于测试总体期望效用值排名前两位的备选方案的鲁棒性，通过输入输出接口改变所述备选方案的Δk以及Δx、ΔL重新求解所述前两位的备选设计方案的总体期望效用值，来判断排名是否改变，Δk指权重的变化，将Δk分别叠加到多效用函数模块中的ki，再次计算输出新的权重；Δx指单效用函数曲率的变化，改变单效用函数模块中拟合的函数系数值，相应的再次计算单效用函数值；ΔL指备选方案的评价指标区间的长度变化，改变单效用函数模块中备选方案的评价指标区间，相应的再次计算单效用函数值；通过输入输出接口增加知识库模块中的备选方案，改变所有的备选方案的排名；通过输入输出接口增加知识库模块中的评价指标，在单效用函数模块中增加一个单效用函数，改变每一个评价指标的权重ki及所有的备选方案的排名；通过输入输出接口改变备选方案的评价指标区间，改变所述备选方案在单效用函数模块中的单效用函数值。2.一种基于效用的产品设计决策支持方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的基于效用的产品设计决策支持系统，所述决...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国新，余俊，明振军，阎艳，杨念，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11