叉车设计方案的模糊评价研究

　　摘要：方案设计是产品设计的关键环节，是决定产品质量的重要步骤。本文采用工程模糊理论研究了叉车方案设计阶段的方案决策方法。
　　关键字：模糊评价；叉车设计
　　1叉车设计方案模糊性研究概述
　　叉车是一种物料搬运车辆，在工业车辆中有重要的市场位置。在叉车方案设计阶段对设计方案进行模糊综合评判，能有效保证最终优选方案的可行性。
　　工程方案设计中的模糊性首先表现在设计对象的属性是模糊的，设计对象属性不同就构成了不同的设计方案。如叉车的最大起重量为1500kg，实际上这是一个模糊概念，不能说起重量为1500.1kg就是超载。此类问题的实质是被限制的物理量应该落在具有模糊边界的范围内而不是人为硬性地落在某个明确边界范围内。
　　叉车方案设计中，相似设计实例之间的联系存在着相似模糊性，采用模糊手段就可以很好地刻画它们之间的模糊相似程度，从而帮助人们进行多因素决策和优选。
　　2模糊综合评判研究
　　2.1模糊集合论[1]
　　模糊集合论为描述和处理设计知识或手段的模糊性提供了数学基础。人类知识的固有特点就是它的不完全性、不确定性和不一致性。因此，进行知识处理时首先必须解决不确定因素的表达问题。因为确定性问题的表达已经比较成熟，因此模糊知识或者说是模糊集合论的表达可以在确定性知识表达的基础上进行描述。
　　衡量一个工程设计方案的好坏要从多个方面考虑其属性的优劣而实际上这些是不确定的。因而对设计方案的评判应是一个多目标或多准则的综合评判问题。模糊综合评判就是解决这类问题的一种评判方法应用十分广泛。它结合模糊数学的理论和方法，能较好的处理决策中的模糊性信息问题,帮助人们进行多因素决策和优选。
　　2.2单因素模糊评判
　　模糊综合评判是应用模糊变换原理和评判原则考虑与被评判对象相关的各个因素对其所作的综合评价。
　　设评判因素集为U={u1，u2，。。。um}，评判集为V={v1,v2,…vm},对评判因素集U中的单因素ui作单因素评判,因素ui对评判集因素vj的隶属度为rij,这样就得出第i个因素ui的单因素评判结果ri=(ri1ri2,…,rin),它是评判集V上的模糊子集这样由所有单因素评判结果就可以构造出一个单因素评判矩阵R。本质上R是评判因素集U到评判集V的一个模糊关系。
　　2.3多级模糊综合评判
　　在复杂系统中，当评判因素很多时，若用一级模糊综合评判模型，则必然会遇到这样一些问题：一是权数难以较为合理地分配；二是因权重集中各权数都很小，会出现“泯没”大量单因素评判信息的情况。在实际应用中，如果遇到这种情形，可把因素集U按某些属性分成几类先对每类作综合评判，然后再对评判结果进行类之间的高层次的综合评判。
　　3叉车设计方案的模糊综合评判
　　3.1工程方案设计的一般过程[2]
　　一般来说，工程设计分为需求分析、方案设计、技术设计和施工设计四个阶段。方案设计是产品设计的重要阶段，从本质上讲，方案设计的过程就是决策的过程，它属于概念设计的范畴。产品的绝大多数技术经济指标是在方案设计阶段确定的。
　　产品的方案设计一般包括如下几个步骤：
　　信息获取：是在市场调查、需求分析的基础上，获取产品设计的原始数据和设计约束。
　　问题识别：是对所获取的原始数据和设计约束进行深入地分析，明确问题类型，确定设计目标和产品的总体功能，并进行功能分解，得到一系列的功能元。
　　形成设计方案：设计方案是指产品的原理方案。方案的设计是从功能元求解开始的，功能元的求解就是获取实现功能元的具体方案。其结果是获取多组与每个功能元对应的分系统方案，每一组方案的组合就构成了一个产品设计方案。所有产品设计方案组合在一起就组成了产品设计方案的集合。因而产品方案设计是一个多目标、多层次、多方案的设计问题，是一个复杂的决策问题。它是基于问题的识别和专家的设计知识、设计和设计实例的创造性过程。
　　3.2叉车总体方案设计
　　本文以万向叉车为例进行研究。
　　万向叉车主要以普通叉车（平衡重式叉车）为基础增加四轮同步转向系统、三向货叉机构等。当车辆在地平面上平动时就必须有四轮同步系统。车辆转弯、调头、长距离行驶时，又必须具有两轮转向系统。于是就提出这种车辆必须具有以下两套机构。
　　(1)两轮转向机构
　　与普通叉车的两轮转向机构一样,两个前轮(驱动轮)、轴心线与车身垂直；两个后轮（从动轮）为转向轮，操纵两个转向轮转向的是一个转向梯形机构，应确保转向时两个转向轮线延向线与两前轮轴线延长线交于一点，使轮胎不产生侧滑。
　　(2)四轮同步转向机构
　　当车辆在地平面上平动时,四个轮(无论是驱动轮还从动轮)均须在同一动力的拉动下有绝对一致的转角。为了使车辆平动范围尽量加大，设计每个轮的转角范围为0°或90°。
　　3.3叉车总体设计方案的模糊综合评判
　　（1）确定因素集及评判集
　　本文根据叉车设计要求考虑基本要求、结构尺寸、寿命、经济性和维修性等五个因素对方案总评判的影响，将货叉转向和二轮或四轮转向作为基本要求子因素集的因素，则因素集的评判关系树如图1所示
　　
　　图1因素集的评判关系树
　　将每个因素按其程度分为五个等级：好、较好、一般、较差、差作为评语集。采用专家评价法对各单因素评价结果如表1所示。
　　表1因素对因素等级的隶属度

　　（2）权重的确定
　　采用判断矩阵法，通过对各评判因素的两两比较结合各因素的重要程度得出其判断矩阵为，求得最大特征值为5.04，将对应的特征向量归一化后,这就是五个因素的权重。
　　（3）因素权重数的确定方法
　　因素权重数的确定是综合评判最关键的环节之一。它的确定恰当与否，直接影响综合评判的结果。本文采用判断矩阵法确定因素权重数。
　　判断矩阵分析法，是把m个评判因素排成一个m阶判断矩阵，专家通过对因素两两比较，根据各因素的重要程度来确定矩阵中元素值的大小。然后，计算判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量。这个特征向量即为所求的权重数集。
　　(4)模糊综合评判
　　先对因素子集基本要求进行评判取其各因素权重集为W=(0.50.5),根据表1得到一级评判矩阵为,通过模糊变换,得到一级模糊综合评判结果为B1=W1R1=(0.3750.4250.150.050),则方案的二级综合评判矩阵为，
　　权重W=(0.46,0.23,0.09,0.15,0.07),所以二级评判结果为
　　B2=W.R2=(0.20600.34400.29850.13650),归一化处理后得B2=(0.20910.34920.30300.13860),利用最大隶属度法进行评判,该设计方案属于较好水平,该设计方案属于较好水平。
　　参考文献：
　　[1]钟诗胜.工程方案设计中的模糊理论与技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000.