浅谈继电器产品设计方案的模糊综合评价方法研究

　　引言

　　系统技术和智能CAD技术的发展，显着提高了设计工作的自动化水平，使得在计算机上完成产品设计的全过程成为现实。是一个能在某个特定领域内，用人类的知识、经验和能力去解决该领域中复杂困难问题的计算机程序系统。它不同于通常的问题求解系统，其基本思想是使计算机的工作过程能尽量模拟领域解决实际问题的过程。系统在CAD作业中适时给出智能化提示，告诉设计人员下一步该做什么，当前设计存在的问题，建议解决问题的几何途径；或模拟人的智慧，根据出现的问题提出合理的解决方案。系统是基于知识的系统，系统技术是知识获取、处理和运用的技术。知识工程是系统技术的基础。系统通常由知识库、推理机、知识获取系统、解释机构和一些界面组成。智能CAD是指通过运用系统、人工神经网络等人工智能技术使在作业过程中具有某种程度人工智能的CAD系统。

　　目前，神经网络和系统有联合起来的趋势，神经网络也可设计成某种系统，实现系统的功能。基于神经网络的系统在知识获取、并行推理、适应性学习、联想推理、容错能力方面明显优于传统的系统。

　　1  继电器产品的多层次综合评价指标体系

　　产品设计方案的评价指标很多。不同的评价根据自己的偏好和习惯从不同的角度对之进行评价，往往导致评价结果的差异。本文旨在建立一个适用于继电器产品的 多目标综合评价模型，并论述对各级子目标进行评价的一般方法。为此，在广泛征求电器设计人员和用户的意见后，确立了一个具有多层次结构的综合评价指标体系，如图1所示。图中，总评价目标（O）由3个子目标：性能（O1）、成本（O2）、工艺（O3）组成；性能子目标（O1）又由继电器产品的动态特性（O11）、静态特性（O12）等5个二级子目标组成；而O11又由如下6个三级子目标组成：①动态过程中的峰值电流ip与稳态电流IS的比值（即ip/IS）；②吸动时间td；③吸动电压Ud与额定电压US的比值（即td/US）；④衔铁的反弹量△f与触头超程归算量△c的比值（即△f/△c）；⑤触头回跳持续时间tb；⑥接触电阻Rn。这6个三级子目标分别被记为O111-O116。

　　图2为继电器产品设计方案的评价指标体系层次结构示意图。

　　2  多层次模糊综合评价模型的建立

　　2.1 各级评价指标集的确定

　　2.2 各级权重集的建立及权系数的赋值方法

　　在本文中，各权重集的权系数均满足非负性及归一性约束，即：a>0并且∑a=1。

　　权系数的赋值方法很多，包括直接给出法（DDM）、比较矩阵法（CMM）、层次分析法（AHP）、环比评分法（CCM）、模糊区间法（FIM）、重要性排序法（IOM）、二型模糊子集法（TFM）等。赋值方法应根据评价指标的特点而定。对于各项具体指标来说，能直接确定权系数的，用DDM；能两两比较的，用CMM、APH、CCM；能给出模糊区间的，用FIM；能对其重要性排序的，用IOM；上述方法均不奏效的，可考虑用TFM。

　　TFM（Tamed Frequency Modulation）是对MSK调制方式的一种改进。他的主要思想是将MSK调制时附加相位的锐转折处加以平滑，从而使其功率谱的主瓣变窄，降低了带外辐射，适合在带宽有限的通信系统中采用。目前介绍TFM的文章比较少，现有通信教材上的有关内容也不够详细。实际上，TFM是一种应用了第II类部分响应技术的频率调制，他被人为地引入了可控的码间串扰，按前后码元的关系来编码，这和MSK的相位只受本比特码元决定的情况是小一样的。由于这种码间串扰是已知的，因此解捌时可以正确判决。

　　2.3 模糊评语集的确定及模糊评语的量化

　　总目标及各级子目标的模糊评语均设四档，分别为优、良、中、差，模糊评语集记为：

　　2.4 评价模型的选择和各级子目标的综评

　　拥有多层次指标体系的模糊综评过程是由低层向高层渐次进行的。第k级评判指标向量即为第k-1级评判指标的隶属度，如此逐级进行评价，得到总评结果。

　　式中，表示评价目标Oij对评语“Y”的隶属度，余类推。称为评价矩阵，用于表示指标论域与评语论域{Y，L，Z，C}之间的模糊关系，例如：rij1表示Oij1对于评语“Y”（优）的隶属度。“ 。”是用于对模糊集合进行合成运算的合成算子。

　　关于模糊集合的合成算法，现已被提出的有9种[6]；以之为基础建立的模糊综评合成运算模型，常用的有5种。本文采用“乘积、有界和”模型，即M（。，），以便尽可能地将所有评价指标的影响考虑在内，避免丢失信息。M（。，）中的广义模糊“与”运算“。”实际上就是普通的乘法运算；广义模糊“或”运算“”为“有上界1求和”运算。

　　2.5 综评结果对模糊评语论域的映射

　　总目标和各级子目标的综评结果是一个向量。以总目标O为例，假设某设计方案的综评结果=[0.45 0.30 0.20 0.05]，说明该设计方案O对于评语“优、良、中、差”的隶属度分别为0.45、0.30、0.20、0.05，则O的量化分值为：

　　对照模糊评语量化集0.45}各元素的值，可知该设计方案的模糊评语为“良”略偏“优”。

　　3  应用实例

　　限于篇幅，本文仅对某继电器产品设计方案的二级子目标O11进行综评。通过ICAD系统的分析计算，首先得到评价指标O111-O116的特征值；然后按正态型隶属函数计算，得到各特征值相对于模糊评语“优、良、中、差”的隶属度（上述过程从略），并将之以向量形式表示，其结果为：

　　根据式（6），得到关于动态特性O11的综合评价：

　　该设计方案的动态特性子目标的模糊评语为“良”略偏“中”。

　　4 结语

　　本文基于模糊理论，提出了用于对继电器产品设计方案进行综合评价的多层次指标体系多目标、多层次综评方法。综评过程从低层到高层渐次进行，可对各级子目标和总目标予以评价，并量化打分，使设计人员能够在产品的设计阶段即察觉到设计方案的不足之处，从而有针对性地修改原设计。该模型可应用于继电器的ICAD系统或设计型系统中，为产品设计人员和用户对某个设计方案的取舍或者从多个设计方案中进行优选提供决策支持。