客車車身造型方案灰色關聯(lián)評估模型

林開榮,李延平,廖忠傳,彭慶華

(1.集美大學機械工程學院,福建廈門361021; 2.廈門金龍汽車車身有限公司,福建廈門361023; 3.鄭州宇通客車股份有限公司,河南鄭州450016)

客車車身造型方案灰色關聯(lián)評估模型

林開榮1,李延平1,廖忠傳2,彭慶華3

(1.集美大學機械工程學院,福建廈門361021; 2.廈門金龍汽車車身有限公司,福建廈門361023; 3.鄭州宇通客車股份有限公司,河南鄭州450016)

根據(jù)客車車身造型特點,確定客車外觀造型的前圍、后圍、側圍、頂蓋、燈飾、車門、整車協(xié)調(diào)性等7個評價指標,構建評估指標體系.然后,應用灰色系統(tǒng)理論建立造型方案灰關聯(lián)分析評估模型,確定各評估指標的權重值.最后,分別對不同造型方案各項指標進行評估,并將各項指標的情況運用灰色關聯(lián)模型分析,從而實現(xiàn)對客車車身造型方案優(yōu)劣的評估,選出最佳造型方案.實例分析表明,評估結果清晰明了、準確合理,而且操作簡便,具有很強的實用性.

客車車身;造型方案;評估指標體系;灰色系統(tǒng)理論

客車的車身造型是客車研發(fā)的關鍵步驟,它涉及美學、空氣動力學、機械工程學及人機工程學等學科[1-2].車身造型除了要滿足其使用功能外,還必須滿足人們的審美習慣,同時還應有較好的工藝特性,能充分利用現(xiàn)有的設備和技術生產(chǎn).如何從多種車身造型方案中選出最佳方案,是一個急需解決的問題.但由于評估人員工程經(jīng)歷、審美差異的普遍性和審美標準的模糊性,要對車身造型進行定性,甚至定量的優(yōu)劣評價卻非易事.由于車身造型方案影響因素錯綜復雜,有的還相互矛盾或具有一定的模糊性,通常只能根據(jù)專家的經(jīng)驗進行評估.為了保證評估結果的合理性,文中根據(jù)車身造型方案主要影響因素,確定了評估指標體系;然后,應用灰色系統(tǒng)理論對各種備選車身造型方案進行評估,選出最佳方案.

1 灰色關聯(lián)評估模型的建立

1.1 評估指標體系和實施原則

為了進行客車的外觀造型評價,首先必須確定客車外觀造型的評價要素或評價指標.選擇的評價指標是否合理,直接影響到評價結果的有效性.在構建評估指標體系時,通過研究外觀造型方案和咨詢相關專家,同時遵照“系統(tǒng)優(yōu)化”和“通用可比”等原則,確定客車外觀造型的7個評價指標,分別是前圍、后圍、側圍、頂蓋、燈飾、車門、整車協(xié)調(diào)性.

客車外觀造型評價工作,是由一個外觀造型評價小組完成的.組成這個小組的成員應來自于項目決策部門、市場部門、車身設計部門、整車設計部門、售后服務部門、典型用戶等6類評估人員組成.為了保證評估的科學性,評估中的每一類成員要求至少3名,評估時對同一類成員的評估分值取平均值,以提高評估的準確性.

灰色系統(tǒng)理論中的灰關聯(lián)分析法,是用于分析系統(tǒng)各因素或系統(tǒng)各方案關聯(lián)程度的一種方法.其基本思想是:根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的幾何關系及相似程度來判斷各因素或方案間的關聯(lián)程度,進而根據(jù)關聯(lián)度大小確定優(yōu)劣次序.它具有對樣本量大小要求不高和不需要具有典型概率分布等優(yōu)點,克服了系統(tǒng)分析中傳統(tǒng)定量分析法的缺陷[3-4].影響客車車身造型方案優(yōu)劣的7種因素難于量化,具有模糊性.因此,要準確評估客車車身造型方案優(yōu)劣具有一定的困難.采用灰色系統(tǒng)理論,可對不同造型方案各項指標進行分別評估,并將各項指標的情況運用灰色關聯(lián)模型分析,從而實現(xiàn)對客車車身造型方案優(yōu)劣的評估.

1.2 指標數(shù)據(jù)列的確定及規(guī)范化

設m個客車車身造型方案7個重要指標經(jīng)專家評分統(tǒng)計后,可得m個指標數(shù)據(jù)列為x(0)i(k)(i=1, 2,…,m,k=1,2,…,7),參考數(shù)列x0(k)由造型各項指標值的最優(yōu)值所構成.

由于評估體系中各指標代表不同的物理量,且其數(shù)值大小可能相差較大,從而出現(xiàn)小數(shù)值序列的作用被大數(shù)值序列掩蓋.為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象,一般要求各序列的數(shù)據(jù)在大小上應比較接近,即所謂的等權;而為了避免非等權情況,則必須對原始數(shù)據(jù)進行規(guī)范化.灰色系統(tǒng)作為等權處理的方法,常見的有初值化、均值化、最大法和最小法等.

假設對原始數(shù)列x(0)i(k)(k=1,2,…,n)進行數(shù)據(jù)處理,即x(k)=x(0)(k)/α.α取不同值對應不同的處理方法,如α=max{x(0)(k)}時采用最大法,而α=min{x(0)(k)}時采用最小法[3-4].

1.3 關聯(lián)系數(shù)的確定

灰色關聯(lián)分析中,常用關聯(lián)系數(shù)表示指標數(shù)列與參考數(shù)列中相應指標值的接近程度.它是關聯(lián)程度的衡量尺度.關聯(lián)系數(shù)值越大,則接近程度越高,即越接近最優(yōu).對于第i個造型方案的第k個指標的關聯(lián)系數(shù),可以由以下公式計算得到[3,5],即

式(1)中:ξ為分辨系數(shù),取值在0～1之間,一般取值為0.5;mi∈imn mk∈inn|x0(k)-xi(k)|為兩極最小差;為兩極最大差.

1.4 評估指標權重的確定

評估體系中各指標的重要程度往往不同,指標權重是指標集合體中各項指標所占的比重.指標權重確定方法的科學性,很大程度上決定了評估結果的權威性.客車車身造型方案評估指標體系中的7項指標綜合性強,難以量化,只能依賴專家的經(jīng)驗和主觀判斷來做出定性評估.

評估中,采用6類專家對評估體系各指標分別給定權重,然后應用灰色關聯(lián)分析法確定評估指標權重.在用灰色關聯(lián)分析法確定評估指標權重的過程中,可根據(jù)各類專家的資歷水平和以往的業(yè)績表現(xiàn)取不同的權重值.

1.5 關聯(lián)度的確定

雖然可用前面所述的關聯(lián)系數(shù)表示指標數(shù)據(jù)列與參考數(shù)據(jù)列的接近程度,但它是兩數(shù)列在相應指標上的相對差,數(shù)據(jù)量很大,信息分散,難于從整體上進行比較.因此,有必要將各關聯(lián)系數(shù)綜合成一個值.用于處理這類信息的常用方法就是求關聯(lián)系數(shù)列的關聯(lián)度,它是關聯(lián)程度的數(shù)量表征,可選用加權平均型算子進行運算.其運算公式[3-4]為

式(2)中:wk為各指標的權重值,一般可由專家根據(jù)經(jīng)驗判斷確定.

用以上方法計算得到各評估對象的關聯(lián)度后,通過比較它們的大小可確定各造型方案的優(yōu)劣.

2 灰色關聯(lián)評估模型的修正

以往的評估通常選擇若干個專家組成評估小組進行評估.但是,由于不同專家工程經(jīng)歷、審美習慣的不一致,往往對同一造型方案存在一定的差異,給評估帶來困難和偏差.為了克服以上缺陷,采用前述的分類專家組代替單個專家的形式進行評估,即評估由一個外觀造型評估大組完成.

一般情況下,關聯(lián)度大的會被認為是優(yōu)秀方案.但這種認定方法存在著一定不足.因為各項評價因素得分存在較大差距的產(chǎn)品很可能是非理想的產(chǎn)品,這是由于產(chǎn)品某一評價因素的水平過高,往往不能彌補另一評價因素的不足;而單個功能評價因素的過高,有時可能由于產(chǎn)品的整體水平較低,但事實上造成了浪費.這種不足在總分評價中可能會被掩蓋.針對這一問題,可采用計算各方案指標方差的方法來評價某一方案各評價指標的離散程度并輔助灰色關聯(lián)評估.如果兩個方案關聯(lián)度非常接近而指標方差值相差較大,就可以認為指標方差值小的方案較優(yōu).

3 評估實例分析

針對現(xiàn)有某客車車身造型的4種方案,要求根據(jù)前面所述評估指標體系選出最佳方案.評估過程中要求專家確定了評估指標體系各指標的權重值,以及4種車身造型方案對應各指標的評估得分情況.

3.1 確定評估指標權重

評估中,由6類專家對評估體系各指標根據(jù)經(jīng)驗判斷分別給定權重值,然后對同類專家取平均值,結果如表1所示.從表1可看出,各專家給出的各指標權重值最大值為0.25.因此,可設定參考數(shù)列為q0(k)=(0.25,0.25,0.25,0.25,0.25,0.25).將表1中數(shù)列qi(k)代入式(1),可得關聯(lián)系數(shù)矩陣為

表1 評估指標權重值Tab.1 Weights of evaluation indices

由于評估中聘請的6類不同的人員,其資歷水平不同,所以對項目決策部門、市場部門、車身設計部門、整車設計部門、售后服務部門、典型用戶等6類評估人員取不同的權重值,分別為0.20,0.20,0.10, 0.20,0.15,0.15.將它們和關聯(lián)系數(shù)矩陣Q一起代入式(2),可得評估指標體系各指標關聯(lián)度矩陣為

對各指標的關聯(lián)度進行歸一化處理,即可以得到評估指標體系各指標的權重值為

3.2 造型方案評估

各類評估人員采用上述類似的專家評分法,對4種造型方案各項評估指標進行評分,其平均值如表2所示.用最大法對表2中數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理,其比較數(shù)列xi(k)如表3所示.根據(jù)以往經(jīng)驗,參考數(shù)列可由專家對4種不同造型方案各指標評估的最優(yōu)值構成.從表3可知,參考數(shù)列為

表2 4種造型方案專家評分值Tab.2 Sco res evaluated by different experts fo r four styling p lans

表3 表2中數(shù)據(jù)的比較數(shù)列Tab.3 Comparison series derived from data in Table 2

將以上比較數(shù)列xi(k)代入式(1),可得關聯(lián)系數(shù)矩陣為

然后,將前面計算所得到的各指標權重矩陣W代入式(2),可得評估結果矩陣為

從評估結果矩陣可以得出:R4>R1>R3>R2,即造型方案4為最佳方案,造型方案2最差.

4 結束語

設計客車外形方案需要考慮的影響因素很多,且難以量化,對同一造型方案,不同評估人員的評估結果往往不盡相同,甚至存在較大的差別.文中所建立的評估方法符合生產(chǎn)實際,操作簡便、評估結果清晰明了.通過設計的軟件系統(tǒng),可大大簡化統(tǒng)計和計算過程,縮短評估時間,提高評估的有效性.

[1] 王望予.汽車設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

[2] 《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊[M].北京:人民交通出版社,2005.

[3] 袁嘉祖.灰色系統(tǒng)理論及其應用[M].北京:科學技術出版社,1991.

[4] 陳玉良.基于灰色理論的液壓設備故障診斷[J].液壓與氣動,2005(7):73-75.

[5] 楊文慧.一種新的灰關聯(lián)系數(shù)表達式[J].河海大學學報:自然科學版,2008,36(1):23-28.

On Gray Relational Evaluation M odel of Bus Body Styling Plan

L IN Kai-rong1,L I Yan-ping1, L IAO Zhong-chuan2,PENG Qing-hua3
(1.College of Mechanical Engineering,Jimei University,Xiamen 361021,China; 2.Xiamen Golden Dragon Auto Body Co.Ltd.,Xiamen 361023,China; 3.Zhengzhou Yutong Bus Co.Ltd.,Zhengzhou 450016,China)

According to the bus body styling characteristics,seven evaluation indices including frontwall,side wall,rear wall,lamps,roof,doo r and harmony were determined,and an evaluation index system was established.Then a gray relational evaluation model of styling plans was established on grey system theory,and the weights of evaluation indices were determined.As last,based on grey system theo ry,each index of different styling p lanswasevaluated,and analyzed based on gray relationalmodel analysis to achieve the evaluation of the advantages and disadvantagesof the bus body styling p lans so that the best p lan could be selected.The case study has show n that the evaluation resultsare clear,accurate, easy to use,and very p ractical.

bus body;styling p lan;evaluation index system;grey system theory

U 463.82+1.02;TB 114.1

A

(責任編輯:陳志賢 英文審校:鄭亞青)

1000-5013(2010)05-0499-04

2009-10-27

林開榮(1977-),男,講師,主要從事汽車設計與制造技術的研究.E-mail:kaironglin@163.com.

福建省科技計劃重點項目(2008H0030)