工裝模型的成熟度評(píng)估方法

周 濤，熊珍琦，姚 為

（1.西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，陜西 西安710072；2.北京航星機(jī)器制造有限公司，北京100013）

0 引 言

伴隨著航天產(chǎn)品研制要求的不斷提升，產(chǎn)品工藝裝備（簡(jiǎn)稱工裝）在航天產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過(guò)程中重要性逐漸凸顯，數(shù)量不斷增多，精度、研制周期等要求也不斷加嚴(yán)，急需對(duì)現(xiàn)有的工裝設(shè)計(jì)樣機(jī)進(jìn)行管理和評(píng)估，提出持續(xù)改進(jìn)的方法和途徑并不斷提高工裝樣機(jī)的設(shè)計(jì)水平。

目前，多采用成熟度評(píng)估的方法評(píng)估產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)。成熟度是衡量實(shí)物滿足某種目標(biāo)程度的尺度，國(guó)外針對(duì)成熟度評(píng)估方法開(kāi)展了較多研究，得到了一系列的成熟度評(píng)估模型，如軟件能力成熟度模型、美軍方廣泛采用的技術(shù)成熟度評(píng)估方法九級(jí)技術(shù)成熟度標(biāo)準(zhǔn) （technology readiness levels，TRL）等［1，2］。這些成熟度模型的建立為決策的評(píng)估、軟件能力評(píng)估和單一技術(shù)的評(píng)估提供了模型及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，然而對(duì)于多項(xiàng)技術(shù)、多種因素相互關(guān)聯(lián)、作用的系統(tǒng)，仍然無(wú)法評(píng)估集成系統(tǒng)的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)［3］。目前成熟度研究大多是關(guān)于過(guò)程成熟度的評(píng)估，且產(chǎn)品整體成熟度多為各個(gè)功能成熟度的直接疊加。文獻(xiàn) ［4，5］將能力成熟度模型應(yīng)用在項(xiàng)目實(shí)施的各種過(guò)程中；文獻(xiàn) ［6］利用成熟度模型對(duì)設(shè)計(jì)和制造之間模型數(shù)據(jù)的傳遞和交互進(jìn)行管理；文獻(xiàn)［7－9］使用量化成熟度評(píng)價(jià)方法對(duì)設(shè)計(jì)的并行和協(xié)同進(jìn)行控制，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的一致性；文獻(xiàn) ［10，11］針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)成熟度指標(biāo)的要求，提出了一種綜合模糊評(píng)估方法；文獻(xiàn) ［12－16］提出了武器系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)技術(shù)成熟度計(jì)算方法，將系統(tǒng)分解后，采用加權(quán)法、層次分析法等方法計(jì)算系統(tǒng)體系成熟度；文獻(xiàn) ［17］認(rèn)為系統(tǒng)中的多項(xiàng)技術(shù)之間需要進(jìn)行組合、集成分析其中的相互作用關(guān)系，計(jì)算系統(tǒng)的集成成熟度。然而這些研究大多基于分系統(tǒng)的大概成熟度級(jí)別，尚未提出分層細(xì)化、技術(shù)集成的產(chǎn)品整體成熟度評(píng)估方法。

因此，需要提出一種方法，評(píng)估復(fù)雜產(chǎn)品工裝的設(shè)計(jì)模型，對(duì)工裝數(shù)字樣機(jī)的可制造性和對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)的可借鑒性進(jìn)行評(píng)估，為后續(xù)類(lèi)似工裝的設(shè)計(jì)提供更優(yōu)的參考依據(jù)。

1 工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度模型

在現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜產(chǎn)品工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)借鑒以往近似的產(chǎn)品工裝進(jìn)行工裝框架設(shè)計(jì)，或者根據(jù)創(chuàng)新思維構(gòu)建工裝框架。在工裝的整體框架確定以后，工裝內(nèi)部包含的部組件等的結(jié)構(gòu)、功能、連接方式等屬性才能大致確定，在工裝后續(xù)設(shè)計(jì)的不斷深化過(guò)程中，部組件的相關(guān)屬性設(shè)計(jì)也不斷細(xì)化、明確，最終得到詳細(xì)、準(zhǔn)確的工裝設(shè)計(jì)模型。

工裝的整體設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要同時(shí)考慮三方面問(wèn)題，并將三方面問(wèn)題兼顧解決，提出工裝數(shù)字樣機(jī)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

一方面，工裝整體框架的適用性與產(chǎn)品制造需求相符度越高，越容易滿足工裝的設(shè)計(jì)要求，需要重點(diǎn)描述工裝的使用需求，包括定位需求、裝夾需求、支撐需求等。例如，機(jī)加工裝的裝夾位置，需要確保產(chǎn)品機(jī)加過(guò)程的不干涉、盡量減少裝夾位置的變化；裝配工裝的支撐位置和定位位置，需要選取在不干涉裝配的位置，且需要二次定位時(shí)，可以一次找正，不需要多次測(cè)量調(diào)整工裝。

另一方面，產(chǎn)品狀態(tài)更改較頻繁的工裝設(shè)計(jì)中，需要重點(diǎn)描述后續(xù)產(chǎn)品的修改或狀態(tài)更新是否引起工裝部組件性質(zhì)和性能的改變。例如，裝配工裝所需裝配的產(chǎn)品定位尺寸有改變，如何在不重復(fù)制造工裝的情況下，盡量少對(duì)工裝的定位功能進(jìn)行重新修正。需要采用模塊化設(shè)計(jì)和通用化設(shè)計(jì)手段，避免工裝制造及使用過(guò)程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)更改引起工裝更改的工作量。

再一方面，借鑒以往工裝結(jié)果進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮新的制造工藝及方法是否能降低工裝構(gòu)件的制造難度。以往類(lèi)似設(shè)計(jì)的工裝，由于制造工藝和方法的限制，制造過(guò)程可能比較復(fù)雜。由于新制造工藝和方法的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，可以在工裝結(jié)構(gòu)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，引入新的制造方法，大幅度縮短制造時(shí)間，降低制造成本。

通過(guò)采用工裝數(shù)字樣機(jī)評(píng)估方法，評(píng)估在工裝設(shè)計(jì)時(shí)是否考慮工裝功能的完善及適用性，當(dāng)產(chǎn)品狀態(tài)更改引起工裝更改時(shí)是否容易修正，是否根據(jù)低成本、高效制造工藝方法設(shè)計(jì)工裝結(jié)構(gòu)件等。在工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，引入技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)技術(shù)，通過(guò)分析計(jì)算工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度，為工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中工裝數(shù)字樣機(jī)的后續(xù)制造、使用情況進(jìn)行預(yù)評(píng)估；同時(shí)，也為后續(xù)類(lèi)似工裝的設(shè)計(jì)提供可以參考借鑒的精確評(píng)估依據(jù)。

由于目前技術(shù)成熟度研究中，主觀因素考慮較多、客觀因素考慮較少、各種因素之間關(guān)聯(lián)性難以體現(xiàn)，需要研究一種適用于工裝設(shè)計(jì)模型的技術(shù)成熟度評(píng)估方法，將專(zhuān)家的主觀評(píng)價(jià)和客觀的數(shù)據(jù)分析方法相結(jié)合，更準(zhǔn)確的評(píng)估工裝數(shù)字樣機(jī)的成熟度。

2 工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度評(píng)估體系

2.1 成熟度評(píng)估體系

為細(xì)化評(píng)估指標(biāo)、簡(jiǎn)化評(píng)估過(guò)程，將評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶哟蝿澐?，?gòu)建工裝成熟度評(píng)估體系。工裝成熟度體系僅劃分為兩層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中工裝成熟度M 包含4個(gè)子指標(biāo)：設(shè)計(jì)創(chuàng)新度M1描述工裝制造和使用的熟練程度，其中M11技術(shù)創(chuàng)新度描述該工裝設(shè)計(jì)中采用的新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新方法的程度，M12關(guān)鍵技術(shù)備度描述該工裝設(shè)計(jì)中采用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的應(yīng)用成熟程度、新工藝應(yīng)用的成熟程度；目標(biāo)偏離度M2描述工裝制造過(guò)程的難易程度，其中目標(biāo)難度M21描述工裝結(jié)構(gòu)的制造難度，目標(biāo)落差M22描述工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與以往設(shè)計(jì)的差距，工裝制造借鑒以往經(jīng)驗(yàn)的程度；結(jié)構(gòu)通用度M3描述工裝設(shè)計(jì)中模塊化、通用化程度，其中模塊化程度M31描述工裝模塊化設(shè)計(jì)程度，通用化程度M32描述工裝通用件和標(biāo)準(zhǔn)件使用程度；制造成熟度M4描述工裝的制造難易程度，其中工藝成熟度M41描述工裝制造工藝的成熟程度，原料成熟度M42描述工裝制造所需材料的易購(gòu)程度。四方面因素共同決定工裝的制造適用性、使用難易程度、耐更改適應(yīng)性，同時(shí)四方面因素在一定程度相互影響，一個(gè)因素對(duì)其它因素有一定的促進(jìn)作用或抑制作用。

圖1 工裝成熟度評(píng)估指標(biāo)體系

2.2 工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度定義

以往的產(chǎn)品技術(shù)成熟度評(píng)估僅用于單項(xiàng)技術(shù)的評(píng)估，并不是產(chǎn)品系統(tǒng)級(jí)評(píng)估，因此難以反映系統(tǒng)之間各個(gè)評(píng)估指標(biāo)之間的相互關(guān)系，且僅限于產(chǎn)品自身成熟度的評(píng)估。工裝是復(fù)雜的產(chǎn)品，零部組件復(fù)雜性較高，因此需要體現(xiàn)工裝數(shù)字樣機(jī)評(píng)估指標(biāo)中各個(gè)指標(biāo)的相互關(guān)系。同時(shí)，工裝與產(chǎn)品的依存關(guān)系強(qiáng)，在工裝成熟度評(píng)估時(shí)，需要體現(xiàn)產(chǎn)品成熟度的影響，產(chǎn)品成熟度越高，對(duì)應(yīng)制造工裝的成熟度越高。

工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度R 的定義包括產(chǎn)品成熟度對(duì)工裝成熟度的影響，以及工裝自身指標(biāo)成熟度的定義和指標(biāo)之間影響關(guān)系成熟度的定義

式中：RF——工裝指標(biāo)成熟度；c——工裝指標(biāo)成熟度對(duì)工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度的影響系數(shù)；b——產(chǎn)品成熟度對(duì)工裝成熟度的影響關(guān)系系數(shù)；np——產(chǎn)品特征變化影響工裝數(shù)字樣機(jī)關(guān)鍵特征變化的特征數(shù)量；nc——工裝數(shù)字樣機(jī)的關(guān)鍵特征數(shù)量；RP——產(chǎn)品的成熟度。其中，c＋b＝1。

2.3 工裝指標(biāo)成熟度

工裝指標(biāo)成熟度RF包含工裝自身指標(biāo)成熟度和指標(biāo)之間影響關(guān)系。工裝自身指標(biāo)成熟度的定義根據(jù)自身的評(píng)估指標(biāo)成熟度具體達(dá)到程度進(jìn)行數(shù)值評(píng)估；指標(biāo)之間的影響關(guān)系評(píng)估則根據(jù)各影響因素之間的相互關(guān)系數(shù)值進(jìn)行評(píng)估。將兩種成熟度按照相互關(guān)系進(jìn)行矩陣化處理，得到成熟度矩陣，通過(guò)矩陣處理得到工裝數(shù)字化樣機(jī)的工裝指標(biāo)成熟度。

工裝自身指標(biāo)成熟度可以按照優(yōu)劣等級(jí)進(jìn)行成熟度評(píng)估。指標(biāo)之間的影響關(guān)系僅表示某一個(gè)自身指標(biāo)的成熟度對(duì)其它自身指標(biāo)成熟度的影響情況。例如，某工裝引入了新的設(shè)計(jì)方法，則該工裝技術(shù)創(chuàng)新度高，工裝成熟度相應(yīng)降低，但由于新技術(shù)有一定的技術(shù)儲(chǔ)備，較容易成功，則關(guān)鍵技術(shù)備度對(duì)技術(shù)創(chuàng)新度有彌補(bǔ)、提升的作用，對(duì)技術(shù)創(chuàng)新有影響關(guān)系。指標(biāo)對(duì)自身的影響關(guān)系為n，n為待評(píng)估的自身指標(biāo)的數(shù)量。具體指標(biāo)之間的影響關(guān)系判定見(jiàn)表1。

表1 指標(biāo)之間影響關(guān)系判定方法

因此，工裝數(shù)字樣機(jī)影響關(guān)系矩陣為

式中：imn為指標(biāo)m 對(duì)指標(biāo)n的影響值。

3 工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度評(píng)估方法

3.1 信息熵

源于熱力學(xué)的熵以及由Jaynes［18］提出的極大熵原理，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于隨機(jī)信息的處理。信息熵通常用來(lái)描述信息的不確定性，用信息熵度量估算隨機(jī)變量各數(shù)值的權(quán)重。熵值法就是根據(jù)各個(gè)變量中所含信息與其它變量所含信息的一致程度，判斷該變量在多個(gè)變量中的重要程度，也就是該變量中所含信息的效用價(jià)值，從而得到該變量的權(quán)重值。

3.2 工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度評(píng)估流程

根據(jù)工裝的數(shù)字樣機(jī)成熟度的定義、評(píng)估體系及信息熵、層次分析法的分析計(jì)算要求，工裝成熟度評(píng)估主要分為4個(gè)步驟：

（1）構(gòu)建由工程設(shè)計(jì)專(zhuān)家組成的工裝數(shù)字化樣機(jī)成熟度評(píng)估團(tuán)隊(duì)，以便獲得工裝數(shù)字樣機(jī)的主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。

（2）由專(zhuān)家對(duì)工裝數(shù)字樣機(jī)的設(shè)計(jì)理念及數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行分析，根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主觀評(píng)分，包括工裝數(shù)字樣機(jī)的自身指標(biāo)成熟度評(píng)分和指標(biāo)之間影響關(guān)系評(píng)分。

（3）計(jì)算各個(gè)專(zhuān)家主觀評(píng)估數(shù)據(jù)對(duì)工裝評(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)程度，利用信息熵理論進(jìn)行工裝成熟度的矩陣計(jì)算，得到最終工裝自身的成熟度。

（4）根據(jù)產(chǎn)品目前的實(shí)驗(yàn)或應(yīng)用狀態(tài)，評(píng)估產(chǎn)品的成熟度等級(jí)。并根據(jù)產(chǎn)品狀態(tài)改變對(duì)工裝數(shù)字樣機(jī)的影響程度，綜合計(jì)算工裝數(shù)字樣機(jī)的成熟度。

3.3 融合專(zhuān)家權(quán)重與影響因素權(quán)重的成熟度計(jì)算方法

本文采用成熟度矩陣計(jì)算方法計(jì)算工裝數(shù)字樣機(jī)的成熟度。首先衡量單項(xiàng)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)的技術(shù)成熟度，專(zhuān)家按照關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)相互影響情況，評(píng)定每?jī)蓚€(gè)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)的相互關(guān)系，得到關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)作用矩陣，融合產(chǎn)品成熟度后，加權(quán)求和得到工裝數(shù)字樣機(jī)的成熟度。

評(píng)估工裝數(shù)字樣機(jī)的成熟度，根據(jù)成熟度評(píng)估體系，得到第二層的成熟度評(píng)估指標(biāo)n項(xiàng)，引入m 位專(zhuān)家進(jìn)行成熟度評(píng)估指標(biāo)數(shù)值的評(píng)估。首先采用層次分析法計(jì)算專(zhuān)家的權(quán)重矩陣為：E ＝ ［E1，E2，…，Em］。

各專(zhuān)家根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或參數(shù)變化影響工裝數(shù)字樣機(jī)的關(guān)鍵功能特征變化的數(shù)量np和工裝數(shù)字樣機(jī)的關(guān)鍵功能特征數(shù)量nc，給出產(chǎn)品對(duì)工裝的影響程度數(shù)據(jù)，得到產(chǎn)品對(duì)工裝影響矩陣為

各專(zhuān)家根據(jù)工裝設(shè)計(jì)、制造和使用經(jīng)驗(yàn)，綜合待評(píng)估工裝數(shù)字樣機(jī)的創(chuàng)新程度、難易程度、通用程度和可制造程度等情況，通過(guò)AHP方法，分析各專(zhuān)家給出的關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)的模糊評(píng)估數(shù)據(jù)，得到關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重矩陣為

式中：aij標(biāo)識(shí)第i位專(zhuān)家評(píng)估第j項(xiàng)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重，

根據(jù)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，與矩陣中其它權(quán)重值進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的信息熵矩陣為H ＝｛hij｜i＝1，2，…，m，j＝1，2，…，n｝ ，其中

引入信息熵指標(biāo)，采用客觀計(jì)算的方法評(píng)估各專(zhuān)家對(duì)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估的貢獻(xiàn)度多大，當(dāng)m 個(gè)專(zhuān)家的評(píng)估結(jié)果數(shù)值相近，則關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重矩陣熵計(jì)算值大。對(duì)于某項(xiàng)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)，專(zhuān)家意見(jiàn)分歧小，代表該專(zhuān)家的評(píng)估意見(jiàn)包含的信息量越多，因此，采用信息熵的計(jì)算法計(jì)算各關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重。

對(duì)信息熵矩陣H 進(jìn)行歸一化

其中

逐行歸一化信息熵矩陣H′

其中

關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重矩陣即為信息熵矩陣H″。

為評(píng)估各關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)之間的相互作用，計(jì)算第i位專(zhuān)家的關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)相互作用權(quán)重矩陣為

式中：Ri等于H″中第i行的轉(zhuǎn)置與H″中第i行的乘積

根據(jù)工裝數(shù)字樣機(jī)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)之間的影響關(guān)系評(píng)估方法，第i位專(zhuān)家評(píng)估得出的工裝數(shù)字樣機(jī)影響關(guān)系矩陣為

因此，將第i位專(zhuān)家給出的影響關(guān)系矩陣融合關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)熵權(quán)，得到

通過(guò)技術(shù)成熟度定義，得到工裝自身指標(biāo)成熟度，取其與Ii′的乘積，得到第i位專(zhuān)家的關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)相互作用成熟度矩陣

根據(jù)工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度R 的定義，以及專(zhuān)家給出的產(chǎn)品成熟度對(duì)工裝成熟度的影響關(guān)系系數(shù)，融入產(chǎn)品成熟度及產(chǎn)品對(duì)工裝影響矩陣，得到專(zhuān)家評(píng)估的工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度

融合專(zhuān)家的權(quán)重后，得到工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度為

利用上述方法，專(zhuān)家權(quán)重、各關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)之間權(quán)重系數(shù)、以及產(chǎn)品成熟度對(duì)工裝成熟度的影響系數(shù)通過(guò)主觀賦權(quán)法確定，綜合考慮多個(gè)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)家的意見(jiàn)；利用信息熵方法計(jì)算關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)之間的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)對(duì)專(zhuān)家意見(jiàn)的客觀賦權(quán)。在不確定的數(shù)值獲取方面采用專(zhuān)家權(quán)威賦值，結(jié)合了客觀統(tǒng)計(jì)分析，減小了工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度計(jì)算過(guò)程中的不確定性，增加了成熟度計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確合理性。

4 實(shí)例與分析

為了驗(yàn)證本文提出的工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度評(píng)估方法的有效性，分別對(duì)某產(chǎn)品裝配工序二三級(jí)對(duì)接工裝進(jìn)行多狀態(tài)評(píng)估，包括現(xiàn)用的二三級(jí)對(duì)接工裝、二三級(jí)對(duì)接車(chē)及設(shè)計(jì)優(yōu)化后的二三級(jí)對(duì)接車(chē)3種狀態(tài)。二三級(jí)對(duì)接工裝為簡(jiǎn)單的定位工裝，僅提供多基準(zhǔn)的定位功能，沒(méi)有輔助支撐裝置，人工參與較多，需要多人操作；二三級(jí)對(duì)接車(chē)是多基準(zhǔn)的定位裝置與艙段支撐裝置的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了定位與支撐功能的統(tǒng)一，操作過(guò)程人工參與較多；優(yōu)化后的二三級(jí)對(duì)接車(chē)在實(shí)現(xiàn)定位與支撐功能的基礎(chǔ)上，增加了產(chǎn)品的微調(diào)功能，使二三級(jí)產(chǎn)品對(duì)接實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化的操作，操作過(guò)程人工參與較少。

根據(jù)二三級(jí)對(duì)接工裝3 種狀態(tài)的實(shí)際情況，專(zhuān)家對(duì)3種狀態(tài)工裝數(shù)字樣機(jī)的自身指標(biāo)成熟度評(píng)分和指標(biāo)之間影響關(guān)系進(jìn)行評(píng)分，按照本文提出的工裝模型成熟度評(píng)估方法，得到評(píng)估結(jié)果如下：

（1）優(yōu)化后的二三級(jí)對(duì)接車(chē)：根據(jù)前文的分析，工裝的關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)有8項(xiàng)，有4位專(zhuān)家參與評(píng)估。

通過(guò)AHP等方法，計(jì)算得到專(zhuān)家對(duì)應(yīng)的權(quán)重為

各關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)的屬性權(quán)重矩陣為

根據(jù)各專(zhuān)家給出的關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)相關(guān)關(guān)系成熟度矩陣，計(jì)算得到每個(gè)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)權(quán)重對(duì)應(yīng)的熵矩陣

逐行歸一化信息熵矩陣得到

4位專(zhuān)家評(píng)估得出的工裝數(shù)字樣機(jī)影響關(guān)系矩陣為

將4位專(zhuān)家給出的影響關(guān)系矩陣融合關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)熵權(quán)，得到矩陣

整合4位專(zhuān)家評(píng)估的各關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)成熟度矩陣T

4位專(zhuān)家評(píng)估關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)如圖2所示。

得到4位專(zhuān)家的關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)相互作用成熟度矩陣

圖2 優(yōu)化后二三級(jí)對(duì)接車(chē)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)成熟度

4位專(zhuān)家評(píng)估關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)相互作用成熟度如圖3 所示，其中X 軸中1～4代表計(jì)算得到4位專(zhuān)家的指標(biāo)相互作用成熟度值，5 代表融合專(zhuān)家權(quán)重的指標(biāo)相互作用成熟度值。

圖3 優(yōu)化后二三級(jí)對(duì)接車(chē)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)相互作用成熟度

由于優(yōu)化后的二三級(jí)對(duì)接車(chē)關(guān)鍵功能特征包括定位結(jié)構(gòu)、固定支撐和可調(diào)支撐。定位結(jié)構(gòu)包括2 個(gè)定位面，與產(chǎn)品密切相關(guān)；固定支撐包括3個(gè)抱環(huán)，與產(chǎn)品密切相關(guān)；可調(diào)支撐包括2個(gè)抱環(huán)及3個(gè)自由度調(diào)節(jié)特征，2個(gè)抱環(huán)與產(chǎn)品密切相關(guān)。因此，該工裝的np＝7；nc＝10。根據(jù)專(zhuān)家判斷，b＝0.2。由于產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入定型批產(chǎn)階段，產(chǎn)品成熟度RP＝8。

因此，得到專(zhuān)家評(píng)估的工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度

融合專(zhuān)家的權(quán)重，得到工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度R＝6.5。

（2）二三級(jí)對(duì)接車(chē)：與優(yōu)化后的二三級(jí)對(duì)接車(chē)成熟度計(jì)算方法相同，4位專(zhuān)家評(píng)估關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)如圖4所示。

4位專(zhuān)家評(píng)估關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)相互作用成熟度如5所示。

由于該二三級(jí)對(duì)接車(chē)關(guān)鍵功能特征包括定位結(jié)構(gòu)、固定支撐。定位結(jié)構(gòu)包括2個(gè)定位面，與產(chǎn)品密切相關(guān)；固定支撐包括3個(gè)抱環(huán)，與產(chǎn)品密切相關(guān)。因此，該工裝的np＝5；nc＝5。根據(jù)專(zhuān)家判斷，b＝0.2。由于產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入研制階段尾期，產(chǎn)品成熟度RP＝6。

因此，得到專(zhuān)家評(píng)估的工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度

圖4 二三級(jí)對(duì)接車(chē)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)成熟度

圖5 二三級(jí)對(duì)接車(chē)關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)相互作用成熟度

融合專(zhuān)家的權(quán)重后，得到工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度為：R＝5.6。

（3）二三級(jí)對(duì)接工裝：按照工裝成熟度評(píng)估計(jì)算方法，4位專(zhuān)家評(píng)估關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)如圖6所示。

圖6 二三級(jí)對(duì)接工裝關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)成熟度

4位專(zhuān)家評(píng)估關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)相互作用成熟度如圖7所示。

圖7 二三級(jí)對(duì)接工裝關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)相互作用成熟度

由于該二三級(jí)對(duì)接工裝關(guān)鍵功能特征主要為定位結(jié)構(gòu)。定位結(jié)構(gòu)為兩個(gè)定位面，與產(chǎn)品密切相關(guān)；因此，該工裝的np＝2；nc＝2。根據(jù)專(zhuān)家判斷，b＝0.2。由于工裝設(shè)計(jì)時(shí)，產(chǎn)品剛進(jìn)入研制階段，產(chǎn)品成熟度RP＝5。

因此，得到專(zhuān)家評(píng)估的工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度

融合專(zhuān)家的權(quán)重后，得到工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度為：R＝5.2。

根據(jù)二三級(jí)對(duì)接工裝、二三級(jí)對(duì)接車(chē)及設(shè)計(jì)優(yōu)化后的二三級(jí)對(duì)接車(chē)3種狀態(tài)的成熟度評(píng)估，評(píng)估結(jié)果與具體產(chǎn)品的實(shí)際研制情況相符，證明該方法可以為其它難以直觀評(píng)價(jià)的工裝數(shù)字樣機(jī)提供成熟度評(píng)估數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在工裝的成熟度計(jì)算過(guò)程中，需要同時(shí)考慮工裝自身設(shè)計(jì)的成熟度及工裝服務(wù)的產(chǎn)品成熟度。本文根據(jù)產(chǎn)品工裝應(yīng)用的工程實(shí)際，搭建了工裝的成熟度評(píng)估指標(biāo)體系，細(xì)化了工裝數(shù)字樣機(jī)成熟度的定義，提出了一種工裝設(shè)計(jì)模型的技術(shù)成熟度評(píng)估方法。該方法以矩陣法計(jì)算技術(shù)成熟度為基礎(chǔ)，綜合考慮相關(guān)專(zhuān)家對(duì)技術(shù)成熟度的主觀權(quán)重、專(zhuān)家主觀給出的評(píng)估指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，利用信息熵評(píng)估方法進(jìn)行客觀整合及數(shù)據(jù)處理，將評(píng)估專(zhuān)家的主觀評(píng)估與信息熵評(píng)估方法的客觀評(píng)估相結(jié)合，同時(shí)考慮評(píng)估指標(biāo)之間的相關(guān)性，形成接近工裝產(chǎn)品的實(shí)際成熟度?？紤]工裝對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品成熟度，體現(xiàn)產(chǎn)品成熟度對(duì)工裝成熟度的影響。通過(guò)這種方法得到更加準(zhǔn)確合理的工裝成熟度，為設(shè)計(jì)階段工裝數(shù)字樣機(jī)可制造性分析提供一定的數(shù)據(jù)支持，在后續(xù)類(lèi)似工裝的設(shè)計(jì)過(guò)程中，也提供了所有可參考借鑒工裝數(shù)字樣機(jī)的評(píng)估依據(jù)，可以提高設(shè)計(jì)可靠性，縮短工裝研制周期，提高工裝設(shè)計(jì)效率。

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