（机械设计及理论专业论文）面向虚拟装配的装配顺序综合评价的研究.pdf

：l 江苏大学硕士学位论文 摘要 虚拟装配是指在没有物理现实产品或支持过程的情况下，将装配 信息加入到产品设计与工艺设计中，在计算机上对产品模型进行数据 描述和可视化数字预装配，通过仿真手段分析产品模型，评估装配工 艺，优化产品设计和装配工艺过程，及时发现与设计有关的潜在问题， 以便做出正确的与装配有关的工程决策。 计算机辅助装配工艺规划是面向虚拟装配设计过程的关键环节， 其任务就是对装配过程进行描述，以保证装配的质量和效率。它主要 研究装配顺序、路径、方法、手段及工具的描述问题，其中装配顺序 的确定是装配工艺规划的核心。 装配顺序是描述产品装配过程的一个重要信息，装配顺序规划自 动化对于实现装配顺序优化和缩短装配顺序规划时间具有重要意义。 目前已有不少装配顺序计算机辅助生成系统。然而，随着零件个数的 增加，可行的装配顺序数目会爆炸性地增加，在诸多可行的装配顺序 中，如何寻找最优的装配顺序也是设计规划中的难点。 本文对装配顺序的综合评价与优选进行了系统深入的研究，研究 内容主要包括： ( 1 ) 分析研究了综合评价技术，重点研究了综合评价的核心问 题，即评价指标体系的确定、评价方法的选择以及评价指标权重系数 的确定。 ( 2 ) 依照综合评价方法学的原理，针对装配顺序的综合评价，建 江苏大学硕士学位论文 立了装配顺序综合评价的指标体系，包括装配并行度、装配稳定性、 装配聚合性、装配重定向数及装配运动复杂性等共五项评价指标，在 此基础上，研究设计了装配顺序综合评价的算法，确定了评价指标的 权重系数。 ( 3 ) 分析了装配模型的建立，包括装配模型的表达方法、信息组 成以及数据结构，在此基础上，论述了获得装配顺序评价指标值的系 统实现。 最后理论结合实际，选用p t c 公司的p r o e n g i n e e r 软件作为二 次开发平台，利用p r o e n g i n e e r 的应用程序开发工具包 p r o t 0 0 l k i t ，通过c 程序代码开发了装配顺序综合评价的系统模块， 并以无线钻孔机上使用的以汽油为动力的二行程发动机作为实例验 证了该系统模块的可靠性。 关键词：虚拟装配，装配顺序，综合评价 l l t 性 ，、 j 气 t i ， 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t v i r t u a la s s e m b l ym e a n st h a tu n d e rt h ec o n d i t i o no fn or e a lp r o d u c t i ta d d sa s s e m b l yi n f o r m a t i o nt op r o d u c td e s i g na n d p r o c e s sd e s i g n ，a n di t c a nd e s c r i b ed a t ao fp r o d u c t sa n dp r e a s s e m b l ei n c o m p u t e r w i t h s i m u l a t i o nm e t h o d ，i tc a na n a l y z ep r o d u c tm o d e l ，e v a l u a t ea s s e m b l y p r o c e s s ，o p t i m i z ep r o d u c td e s i g na n da s s e m b l yp r o c e s s ，a n di tc a na l s o d i s c o v e rp r o b l e m si np r o d u c td e s i g na n dm a k ec o r r e c td e c i s i o ni np r o d u c t a s s e m b l y 。 c o m p u t e r a i d e da s s e m b l yp r o c e s sp l a n n i n gi sak e yl i n kt h a tf a c e st o t h ev i r t u a la s s e m b l y ，a n di t sm i s s i o ni sd e s c r i b i n gc o u r s eo fa s s e m b l yt o e n s u r eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo fa s s e m b l y i t sm a i nr e s e a r c h e sa r e a s s e m b l ys e q u e n c e ，p a t h ，m e t h o da n dd e s c r i p t i o no ft o o l s ，i nw h i c h s e t t l e m e n to f a s s e m b l ys e q u e n c ei sc o r eo f a s s e m b l y p r o c e s sp l a n n i n g a s s e m b l ys e q u e n c e i s i m p o r t a n ti n f o r m a t i o nt h a td e s c r i b e st h e p r o d u c ta s s e m b l y a u t o m a t i o no fa s s e m b l ys e q u e n c ep l a n n i n gi sv e r y i m p o r t a n tt oo p t i m i z ea s s e m b l ys e q u e n c ea n dd e c r e a s et i m eo fa s s e m b l y s e q u e n c ep l a n n i n g a tp r e s e n tt h e r ea r em a n ys y s t e m so fc o m p u t e ra i d e d b u i l d i n ga s s e m b l ys e q u e n c e h o w e v e r , w i mi n c r e a s i n go fn u m b e ro f p a r t s ，n u m b e ro ff l e x i b l ea s s e m b l ys e q u e n c e sw i l li n c r e a s eg r e a t l y i ti sa d i f f i c u l tp r o b l e mt of i n dt h eo p t i m u ma s s e m b l ys e q u e n c ei na l lt h e f l e x i b l ea s s e m b l ys e q u e n c e s t h i s p a p e r c a r r i e dr e s e a r c h s y s t e m a t i c a l l y a n d t h o r o u g h l y o n c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fa s s e m b l ys e q u e n c e ，m a i n l yi n c l u d i n g ： i 江苏大学硕士学位论文 ( 1 ) w ea n a l y z e dt e c h n i q u eo fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n , a n ds t u d i e d e m p h a t i c a l l yt h ec o r ep r o b l e m so fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n , w h i c ha r e s e t t l e m e n to fe v a l u a t i o nf a c t o r ss y s t e m ，e v a l u a t i o nm e t h o da n dw e i g h to f e v a l u a t i o nf a c t o r s ( 2 ) a c c o r d i n g t o p r i n c i p l e o fm e t h o d o l o g yo fc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n ，a i m i n ga tt h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fa s s e m b l ys e q u e n c e ， w eb u i l du pf a c t o r ss y s t e mo fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fa s s e m b l y s e q u e n c e ，w h i c hi n c l u d e dd e g r e eo fa s s e m b l yp a r a l l e l i s m ，a s s e m b l y s t a b i l i t y ，d e g r e e o fa s s e m b l y c l u s t e r i n g ，a s s e m b l yr e o r i e n t a t i o na n d c o m p l e x i t yo fa s s e m b l ym o v e m e m s b a s i n g o n t h i s ，w e d e s i g n e d a r i t h m e t i co fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fa s s e m b l ys e q u e n c e ，a n de l i c i t w e i g h to f e v a l u a t i o nf a c t o r s ( 3 ) w ea n a l y z e da s s e m b l ym o d e l ，w h i c hi n c l u d e dd e s c r i p t i o n m e t h o d ，c o m p o s i t i o no fi n f o r m a t i o na n dd a t as t r u c t u r e b a s i n go nt h i s ， w ed i s c u s s e dr e a l i z a t i o no f g a i n i n gv a l u eo f e v a l u a t i o nf a c t o r s ，f i n a l l y ，w ea d o p t e dcl a n g u a g ea n dp r o t o o l k i tt od e v e l o p s y s t e mo fc o m p r c h e n s n ee v a l u a t i o no fa s s e m b l ys e q u e n c e ，a n du s e da n e n g i n et ov a l i d a t et h es y s t e m k e yw o r d s ：v i r t u a la s s e m b l y , a s s e m b l ys e q u e n c e ，c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n ， a 、 学位论文版权使用授权书 9 6 2 8 0 3 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子舨， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密匹 学位论文作者签名：积、琶国 指导教师签名：匆夏专申 工州了年殷月1 3 日 。村年。月哆日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：羽，舌r 氯 日期：2 口年2 月j3e t 厂 江苏大学硕士学位论文 1 1引言 第一章绪论 据统计，在工业化国家，产品的生产过程大约有三分之一左右的人力、 超过4 0 的生产费用和产品生产制造总工时的4 0 6 0 被用于产品的装配 过程“1 在现代制造业中，产品装配是设计、开发与生产过程中一项极为重 要的活动，是产品功能实现的主要过程，提高装配效率所带来的经济效益 远比简单地降低零件的生产制造成本显著。企业对产品装配自动化的需求 和装配过程的优化也极为迫切。因此，研究新的设计手段和方法，推动产 品装配技术的进步与发展，对于改变制造业传统的产品研发模式，提高企 业的市场应变能力具有极为重要的意义。 在过去的2 0 多年里，c a d 技术及其应用系统在制造业中获得了广泛的 应用，极大地提高了产品的设计效率和生产加工的自动化水平。但是，在 产品设计与开发方面，有关产品装配结构及其工艺的设计手段、设计水平 仍然十分落后，与装配在产品全生命周期中的重要地位极不相称。由于装 配设计的技术和手段比较落后，企业设计部门仍要依靠技术经验丰富的设 计师、工艺师来完成产品装配结构及装配工艺的设计任务，产品设计周期 长且受设计者的知识局限性和主观性影响较大 随着计算机集成制造( c i m ) 在企业的实施推广和并行工程( c e ) 技术 的发展和应用，对产品装配设计提出了更高的要求：在协同的产品开发环 境中，在产品设计阶段就要求有关的工艺人员加入进来，对产品有关制造 与装配工艺可行性、最优性进行分析，协助产品设计工作装配设计作为 产品开发的重要环节，除了需要先进的技术工具支持及其它环节集成之外， 还需要考虑按照并行工程的思想来规划装配设计的全过程，并协调与其他 环节的关系。装配环节面对的是最终产品，装配技术直接影响着最终产品 的性能。 虽然装配的地位如此突出，但是由于它的复杂性，它依然是制造过程 中的瓶颈。当务之急是如何有效地降低装配费用，提高装配效率，使企业 能够更好地响应市场变化、满足市场所提出的最短的上市时间、最优的产 ， 江苏大学硕士学位论文 品质量、最低的制造成本、最佳的售后服务以及最清洁的环境等要求，从 而赢得市场与客户。虚拟装配技术正是在这种产业发展需求的背景之下应 运而生 1 2 虚拟装配技术概述 1 2 1 虚拟装配的概念 虚拟装配的基本思想源于“通过制造进行设计( d e s i g nb y m a n u f a c t u r e ) ”，其含义是指在没有物理现实产品或支持过程的情况下， 将装配信息加入到产品设计与工艺设计中，在计算机上对产品模型进行数 据描述和可视化数字预装配，通过仿真手段分析产品模型，评估装配工艺， 优化产品设计和装配工艺过程，及时发现与设计有关的潜在问题，以便做 出正确的与装配有关的工程决策“1 。 虚拟装配实际上是多种学科和技术的结合，如可视化技术、虚拟现实 技术、计算机技术、仿真技术、决策技术、系统工程、产品设计制造和装 配技术、制造和装配的设备及资源环境等，其相关的研究内容涉及到虚拟 现实、装配建模分析和仿真、装配工艺规划、装配系统规划、面向装配的 设计和可装配性分析评价等方面 1 2 2 虚拟装配的内涵 虚拟装配贯穿于产品设计、制造整个过程，大体上包含以下几方面内 容： ( 1 ) 利用计算机进行与装配相关的产品设计，包括零部件形状设计、 装配结构设计、结构可装配性分析评价、装配公差设计与分析。 ( 2 ) 利用计算机进行产品的数字化预装配，包括装配工艺规划、装配 过程仿真、装配工艺卡片的自动生成与编辑以及装配工艺的分析评价与优 化。 ( 3 ) 利用计算机对产品全生命周期内与装配相关的设计、分析与仿真， 包括面向可维修的拆卸过程分析与仿真以及面向可回收利用的产品设计与 分析。 江苏大学硕士学位论文 1 2 3 虚拟装配的作用 虚拟装配的主要思想是从产品设计阶段就将制造和装配因素考虑进 去，以减少制造费用，降低产品成本。在产品设计过程中，利用各种技术 手段如分析、评价、规划、仿真等充分考虑产品的装配环节以及与其相关 的各种因素的综合影响，在满足产品性能与功能的条件下改进产品的装配 结构，使设计出来的产品具有良好的可装配性，并尽可能降低装配成本和 产品制造费用 虚拟装配技术以其能缩短产品生产周期，降低成本，提高产品质量的 优势，成为国内外制造业实施c i m s 研究和应用的热点。虚拟装配技术被视 为目前唯一可对企业经营环境进行有效控制和大幅度改善的技术伽h 1 。虚拟 装配的主要作用可归纳为以下几个方面： ( 1 ) 装配设计的合理化指导。从便于装配的角度实施设计活动，使产 品从设计出来就具有较好的可装配性。在确保产品零部件能够装配到位的 同时，保证产品装配易实现、成本低。 ( 2 ) 装配性能的系统化分析。全面考虑影响产品装配的各种因素，对。制 产品的可装配性进行系统化的技术经济分析，以发掘设计缺陷，从而精简 产品结构，改善可装配性。产品的可装配性通过虚拟装配分析得到，不需 要付出昂贵的代价。 ( 3 ) 装配性能的可行性验证。技术人员可在虚拟环境中对装配体进行 静态与动态分析，有利于提高产品的可装配性和可靠性；利用虚拟装配系 统去分析产品维护过程中的问题，考虑装配所需工具的安全性、视线以及 拆卸空间等，还可为清洁生产服务；通过合理安排工艺过程，充分利用装 配资源，促进产品装配工作顺利进行。 ( 4 ) 支持产品并行化设计。产品并行化设计是让下游的有关活动尽早 融合到上游的过程中来，使下游的有关因素能在设计阶段相对并行地考虑。 虚拟装配能在产品设计阶段通过数字化预装配展示并改进产品的可装配 性，因而从装配这一重要侧面反映出产品的并行设计哲理。 ( 5 ) 是虚拟产品开发( v p d ) 的支撑工具。作为产品制造过程的终极目 标，装配是生产过程中至关重要的活动。虚拟装配是v p d 的重要组成部分， 江苏大学硕士学位论文 也是其主要实现手段之一 1 2 4 虚拟装配的关键技术 虚拟装配的关键技术包括以下几个方面： ( 1 ) 产品装配信息建模：包括支持产品生命周期中与装配相关的所有 活动和子过程、工程语义信息的建模、支持多视图的应用领域以及模型的 可重构性 ( 2 ) 产品可装配性分析评价：包括技术、经济、社会、便于操作以及 再设计反馈的可操作性等特性的分析与评价。 ( 3 ) 装配工艺规划与仿真：包括工程语义信息的利用、工装、夹具的 使用以及带公差的装配工艺规划。 ( 4 ) 装配公差分析与综合：包括公差数学模型的建立以及运动过程中 的装配公差分析与综合。 ( 5 ) 基于w e b 的协同装配设计：包括分布异构c a d 环境下的装配设计、 分布异构c a d 环境下的装配工艺规划与仿真、设计进程管理与信息反馈以 及产品数据管理等。 1 3 装配顺序评价的研究现状及主要不足 装配工艺规划对产品的制造成本有很大影响，较少的装配方向和装夹 工具等将明显地缩短装配时间和降低装配成本。计算机辅助装配工艺规划 是面向虚拟装配设计过程的关键环节，其任务就是对装配过程进行描述， 以保证装配的质量和效率。它主要研究装配顺序、路径、方法、手段及工 具的描述问题，其中装配顺序的确定是装配工艺规划的核心 装配顺序是描述产品装配过程的一个重要信息。目前，装配顺序规划 主要采用手工方法完成，装配方案的好坏在很大程度上依赖于装配工艺师 的相关知识和已有经验。虽然许多经验丰富的装配工艺师拥有设计给定产 品高效装配顺序的诀窍，但是仅仅采用手工方法无法保证每次得到最好的 装配顺序，从而造成装配成本和时间的浪费。并且，装配顺序规划本身是 一个十分费时和容易犯错的过程，因此装配顺序规划自动化对于实现装配 顺序优化和缩短装配顺序规划时间具有重要意义。另外，在面向装配的设 4 江苏大学硕士学位论文 计( d e s i g nf o ra s s e m b l y ，d f a ) 、并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ， c e ) 和柔性装配系统( f l e x i b l ea s s e m b l ys y s t e m ，f a s ) 中，自动装配顺 序规划系统是评价产品可装配性和平衡装配线的有力工具 b o u r j a u l t 等最早比较系统地提出了装配顺序规划方法，随后有不少 学者对此法进行了改进”1 。目前已有不少装配顺序计算机辅助生成系统 “”。1 然而，随着零件个数的增加，可行的装配顺序数目会爆炸性地增加， 在诸多可行的装配顺序中，如何寻找最优的装配顺序也是设计规划中的难 点 b a l d w i ndf 在其提出的装配顺序规划( a s s e m b l ys e q u e n c e sp l a n n i n g ， a s p ) 方法。1 中首次将a s p 与装配顺序的评价优选结合在一起在该方法中， 系统利用装配优先关系自动生成所有的几何可行装配顺序路径，并表示成 网络图形式。其中每一个节点表示一个装配状态，每一条连线表示一个装 配过程。从顶点到底点的每一条路径表示一条几何上可行的装配顺序：为 了给评价分析提供数据，需要对每一个装配状态和装配连接进行数据输入， 输入的数据包括：装配方向、装夹定位以及稳定性等信息。最后，对所有 的装配顺序进行评价和优选。为此，系统提供了一种编辑工具，可以对生 成的装配顺序网络图中的各个装配状态和各个装配连接进行人机交互式的 编辑操作，还可以从装夹定位、装配稳定性和装配方向等角度对装配顺序 进行约束筛选，最终确定出一条或几条性能较优的装配顺序 a d e l c h a m b r e 等设计的装配工艺规划系统k b a p “町n 邮幻，采用了类似于 d f a 评价准则的方法优选装配工艺。 d a v i d 为了选择最佳装配顺序“”，对每个装配操作进行评价，对每个装 配操作设定一个三角模糊装配难度值，基于几个参数确定装配操作难度， 基于装配操作难度分析，选择最佳装配顺序 常向青、宁汝新提出通过具有模糊意义的操作难度评价指标来评价装 配顺序的优劣“”，将某一序列中所有操作的难度模糊评价属性值进行累加 便得此装配顺序的难度值，所有装配顺序中难度值最小的那个即为最优装 配顺序 殷晨波等提出从时间的角度对装配顺序进行评价“”，装配作业时间由 江苏大学硕士学位论文 完成这一装配作业所需标准动作的标准时间与装配影响因素引起的附加装 配时间之和决定，其中装配影响因素分别为子装配体的稳定性、重定向次 数和更换工夹具等。 苏强，林志航从装配操作方便、作业空间大的角度出发“”，设计出几 何可行装配顺序优选算法，求解出几何性能最佳的装配顺序，并开发出基 于几何约束分析方法的几何可行装配顺序推理及其优选分析系统。 李磊等基于模糊数学理论“”，分析了影响装配顺序的各种因素。如设 计水平、制造水平、装配夹具、装配机床、工人素质、并行度、稳定性、 可装配性、装配方向、生产时间、经济成本以及生产效率等，提出了针对 装配序列的二级模糊综合评判过程的实现方法。 王艳玮在其博士论文“”中提出根据装配层次树的特点，采用与或图表 示所有可行的装配顺序，然后分别采用最大装配角、装配成本、聚合性、 操作复杂性、装配重定向数等评价指标，对所有可行的装配进行评价，进 而选择出最佳装配顺序。 卢小平提出两级装配顺序评价方法“”，第一级为装配顺序预评价，采 用固定装配顺序判据法，第二级为装配序列的优化，采用装配干涉检测方 法。 由国内外在装配顺序评价的研究现状可以看出，目前在这一领域上的 研究大多还是停留在理论研究上，即使是已经设计出的装配顺序评价系统， 也是不太成熟、不太完善的，不是没有综合考虑影响装配顺序的各种因素， 就是无法实现装配顺序评价的自动化。因此，装配顺序评价研究的发展趋 势应是研究设计能够综合考虑影响装配顺序的各种因素并实现评价自动化 的装配顺序评价系统 i 4 本文的研究背景 虚拟装配支持系统( v a s s ) 是清华大学国家c i m s 工程技术研究中心在 “9 8 5 ”学科规划重点项目的资助下开发的软件系统。该项目致力于为产品 装配设计和工艺设计提供一种辅助工具，通过产品设计阶段较为全面的可 装配性分析与装配过程模拟，进行产品及其部件的装配工艺( 主要包括装 6 江苏大学硕士学位论文 配顺序和装配路径) 规划，并生成对实际装配操作具有指导意义的装配工 艺文件。这一研究工作涵盖了装配信息建模、装配工艺规划、装配工具的 分析与利用以及装配工艺的后处理等多个方面。在应用系统的研究与开发 中，该系统基于p r o e n g i n e e r 平台，作为独立的第三方应用程序。系统包 括了装配信息建模、前置处理、交互式单方案装配工艺规划和多方案装配 工艺规划、装配工具应用系统( 装配资源管理) 、装配工艺仿真、装配评 价以及装配工艺后处理等模块。图卜1 显示了虚拟装配支持系统( v a s s ) 的总体结构示意。 目1 - 1v a s s 系统的结构示意图 多方案装配工艺规划部分是虚拟装配支持系统中辅助设计师进行装配 工艺规划的子系统通过该子系统，工艺设计师可以进行产品的装配工艺 信息的组织、装配优先关系的识别与判断、装配工艺规划( 手动、半自动) 和干涉检查、可装配性评价以及装配工艺的过程仿真等，支持产品装配设 计周期的整个过程。 图l - 2 显示了多方案装配工艺规划部分的基本模块结构，主要包括了装 配建模初始化、装配基础件的选择、装配优先关系集的设置与可能装配顺 序集的生成、装配工艺规划以及装配工艺仿真等五个模块 ， 江苏大学硕士学位论文 江苏大学硕士学位论文 ( 4 ) 选用p t c 公司的p r o e n g i n e e r 软件作为二次开发平台，利用 p r o e n g i n e e r 的应用程序开发工具包p r o t o o l k i t ，通过c 程序代码开发 了装配顺序综合评价的系统模块，并以无线钻孔机上使用的以汽油为动力 的二行程发动机作为实例验证了该系统模块的可靠性。 1 5 2 本文的研究意义 本文从面向虚拟装配的装配顺序评价的国内外研究现状出发，发现了 国内外研究中的不足，应用综合评价方法的原理，对面向虚拟装配的装配 顺序综合评价的方法和理论进行了研究，改进了装配顺序的评价方法，丰 富了虚拟装配的理论。 本文研究中设计开发的面向虚拟装配的装配顺序的评价与优选模块集 成到前人已经完成的虚拟装配支持系统中，能够从虚拟装配支持系统直接 生成的多条装配顺序中优选出最佳的装配顺序，为后续的装配过程动态仿 真等虚拟装配过程提供基础。 虽然本文阐述的应用系统是在p r o e n g i n e e r 平台上开发并实现的，但 这并不影响其理论和研究方法的普遍性。同时，这一工作的进展为进一步 的研究积累了宝贵的经验，为未来高自动化水平的实用化计算机辅助装配 设计系统的开发奠定了良好的基础。 1 6 本章小结 本章首先从产品装配的现状出发，从中引出虚拟装配的概念，讨论了 虚拟装配的概念、内涵、作用以及关键技术等，接着论述了国内外装配顺 序评价的研究现状及主要不足，然后叙述了本文的研究背景，最后介绍了 本文的主要研究内容和研究意义。 9 江苏大学硕士学位论文 第二章综合评价技术的研究 2 1 评价的概念 2 1 1 评价的定义 评价是根据确定的目的来测定对象系统的属性，并将这种属性变为客 观定量的计值或者是主观效用的行为。 构成评价的基本要素有：被评对象( 即评价课题) 、评价指标体系、 评价主体( 包括评价人员和评价工具) 、评价原则、评价方法等，各要素 有机结合构成评价系统。 ， 2 1 2 评价的分类 按照不同方法，评价可以分为各种类别。 根据被评对象所处的阶段不同，评价可以分为事前评价、事中评价和 事后评价。 根据评价内容可以分为单项评价和综合评价。单向评价有技术评价、 经济评价、社会评价等。综合评价则是从整体角度对被评对象进行全面、 系统的评价。 根据评价方法的不同可以分为客观性评价和主观性评价。客观性评价 指的是评价指标确定，对象属性可以用确定的定量值标定的评价。主观性 评价则指的是评价指标不确定或对象属性难以用客观数值表示，而必须以 一定方法依主观经验、知识、偏好等表示的评价。 另外，评价还可以按主体不同划分为单人评价、群体评价：按被评对 象范围不同分为局部评价、整体评价、系统评价等。 2 1 3 评价的步骤 评价的一般步骤如下： ( 1 ) 确定被评对象要评价首先要确定被评对象，被评对象包括自然 系统( 资源、环境、生态系统等) 、人工制造系统( 设备、建设项目等) 、 l o 江苏大学硕士学位论文 技术系统( 科研项目、技术成果等) 、人和社会系统( 干部、学生、单位、 组织等) ( 2 ) 建立评价指标体系。评价指标体系是评价的基础，科学合理的指 标体系是评价有效、合理的关键问题之一针对不同的被评对象设立相应 的指标体系，复杂的被评对象常采用多目标、多层次的指标体系。 ( 3 ) 确定评价方法评价方法是决定评价结果是否有效合理的另一关 键因素。评价方法的选择可根据被评对象的特点、评价的目标和评价指标 体系的设置以及现实人员、工具的水平而定 ( 4 ) 收集数据与信息。确定了评价指标和评价方法后，就要收集相关 数据与信息。客观定量化的数据可通过直接采集和计算机处理得到。主观 定性化的信息则需要采用一定的方法进行测度，以更好地表现属性的真实 水平或决策人员的偏好 ( 5 ) 数据处理与评价根据评价方法的不同，首先将收集到的数据与 信息进行处理以适应评价的要求。然后按照选定的方法对被评对象进行评 价。 ( 6 ) 输出评价结果。评价过程结束后，输出结果、写出评价结果报告 为整个评价过程的结束 2 2 综合评价的概念 综合评价是指人们根据不同的评价目的，选择相应的评价形式，据此 选择多个因素或指标，并通过一定的评价方法，将多个评价因素或指标转 化为能反映评价对象总体特征的信息” 通过综合评价对某一事物做出整体评价和排序，为正确决策提供所需 的信息，人们可以从众多的替代方案中找出所需的最优方案，从而优化资 源配置，达到降低能耗、节约成本、提高效益的目的 一般来说，构成综合评价问题的要素有；评价者、被评价对象( 评价 方案集) 、评价指标、权重系数及评价方法等 综合评价的一般步骤为：确定被评价对象及评价目标；建立评价指标 体系；选择评价方法；收集数据与信息；将收集到的信息进行处理，转化 江苏大学硕士学位论文 为便于评价的属性值；将各属性值综合，得出综合评价结果 2 3 综合评价的特点 综合评价对被评价对象从多角度做出全局性、整体性的评价，与单项 评价相比，有以下几个特点： ( 1 ) 全面性和复杂性。综合评价是从整体的角度对被评对象进行全面 系统的评价，与单项评价只针对某个方面不同，它必须对被评对象进行全 面的考察，由于考虑的因素是多方面的，因此评价过程也就更加复杂。 ( 2 ) 目标问的矛盾性。由于综合评价各目标涉及的内容不同，性质常 常有差异，甚至某一目标值的改进会使另一目标值变差，这种性质称为目 标间的矛盾性在综合评价中目标问的矛盾性是很普遍的，综合评价也就 是在矛盾的目标间寻求一个权衡点，使整体达到最优。 ( 3 ) 目标问的不可公度性。由于各目标的内容性质不同，没有统一的 度量标准，称为目标间的不可公度性。解决目标不可公度问题就需要采用 一定的方法将各目标的度量值进行处理，使之能够以统一标准进行度量。 ( 4 ) 评价指标值的复杂性。综合评价考虑的因素多、规模大，既有定 量信息又有定性信息，即有精确信息又有模糊信息，因此评价指标值的测 定非常复杂，这就需要以科学的方法对各评价指标进行合理的测定和统一 2 4 综合评价研究的核心问题 综合评价一般需要解决三个方面的主要问题：一是评价指标体系的确 定；二是评价方法的选择；三是评价指标权重系数的确定。 2 4 1 评价指标体系的确定 综合评价需要对各个评价指标进行信息综合，评价结果是否客观、准 确，首先依赖于被综合的对象一一各个评价指标的信息是否准确、全面， 因此，构建合理的评价指标体系是科学地综合评价的前提。 关于评价指标体系建立的原则，目前有两种典型的表述：一是全面、 不重叠( 交叉、冗余) 和评价指标值易于获得；二是科学性、合理性和适用 性“帕钉乜”相比较而言，第种表述要比第二种更加明确。一套科学的评 1 2 江苏大学硕士学位论文 价指标体系首先应根据评价的目的反映有关评价对象的各方面状况，如果 评价指标体系不全面，就无法对评价对象做出整体判断；其次，评价指标 间不能重叠过多，过多的重叠会导致评价结果失真，即使对重叠进行适当 的修正d ”，也会增加计算的难度和工作量；最后，计算评价指标所需要的 数据应是容易采集的，指标容易计算或估计，否则评价指标体系就无法应 用。因此，建立评价指标体系应遵循评价指标尽可能全面、不重叠和易于取 得的原则 2 4 2 评价方法的选择 目前对评价问题的研究大致可以分为两类：一类是对评价指标体系的 研究；另类是对综合评价方法的研究。后者是评价研究领域中最重要且 最具研究前景的研究方向，因为前者是解决个性问题，后者则是针对评价 中的共性问题。评价方法的科学性是客观评价的基础，因此对综合评价方 t 法的研究具有广泛的意义 综合评价方法发展到今天己不下数十种，根据所采用的理论，归纳起 来大致可以区分为三类：第一类是基于经验的综合评价方法，也称为咨询 法，这类方法是通过向各方面专家咨询，将得到的评价进行简单处理，从 而得出综合评价结果的方法；第二类是基于数值和统计的方法，它以数学 h 理论和解析方法对评价系统进行严密的定量描述和计算；第三类是基于决 策和智能的综合评价方法，这类方法或是重现决策支持，或是模仿人脑的 功能，使评价过程具有像人类思维那样的信息处理能力。 ( 1 ) 基于专家经验的方法 专家打分法 专家打分法是一种既简单又应用广泛的评价方法，它是在定量和定性 分析的基础上，以打分的方式做出评价。”其步骤为首先设置评价指标， 然后请专家对每个评价指标按照一定的评分标准打分，最后将各专家、各 指标的评分值综合，得到每个方案的总评分值作为综合评价的结果综合 的方法可以采用简单平均法、加权平均法等。 德尔菲( d e l p h i ) 法 德尔菲法是一种多轮专家咨询法，其一般步骤为乜”： 江苏大学硕士学位论文 a 根据咨询目的向各专家发出第一轮专家咨询，请专家各自填写表格表 述自己的意见； b 收集咨询表加以整理汇集各专家意见： c 进行第二轮咨询同时将第一轮咨询结果反馈给每位专家； d 经过几轮反复咨询，意见逐渐收敛，接近于正态分布，此时咨询活动 可以结束； e 对数据进行处理得到最终结果 基于专家经验的综合评价方法原理上易于理解，应用于缺乏足够的客 观数据或者方案价值在很大程度上取决于主观因素的情况，可以收到良好 的效果。但这种方法系统性不强，受主观因素的影响大，难以保证评价结 果的客观性和准确性。特别是德尔菲法存在着对时间、人力、物力的耗费 较多的不足。 ( 2 ) 基于数值和统计的方法 加权平均法 这种方法是计算简单、应用广泛的一种方法。它是在测定各评价指标 及其权重系数的基础上，按照一定的加权方法得到方案的综合评价值。加 权平均法有加权算术平均、加权几何平均、算术平均与几何平均联合使用 等。加权算术平均法是最常见的方法，对每个评价指标给定权重系数，然 后用加权算术平均值来综合，得出被评对象的评价值。该方法适用于被评 对象的评价指标是比例型，其比值随单位的选择不同不会改变当评价指 标是比值型，其量纲的改变对综合值的影响较大时，可采用几何平均或加 权几何平均方法来消除量纲对评价值的影响位” t o p s i s 法 t o p s i s ( t e c h n i q u ef o ro r d e rp r e f e r e n c eb ys i m i l a r i t yt o i d e a l s o l u t i o n ) 称为逼近于理想解的排序方法。它的基本思想是：对归一化后 的原始数据矩阵，确定出理想中的最佳方案和最差方案，然后通过求出各 被评方案与最佳方案和最差方案之间的距离，得出该方案与最佳方案的接 近程度，并以此作为评价各被评对象优劣的依据其步骤为； a 测定各方案的指标值，构成决策矩阵； 1 4 江苏大学硕士学位论文 b 构造规格化决策矩阵； c 构造加权的规格化矩阵； d 确定最佳方案和最差方案； e 计算距离； f 计算每个解与理想解的相对接近程度； g 排序。 、 t o p s i s 法是用于科学决策的一种工业经济效益综合评价的实用方法， 其应用灵活方便，对样本量的大小无特殊要求，具有应用范围广、计算量 小、几何意义直观及信息失真小等优点，尤其适于数值型的效益性指标的 分析。 费用效益分析法 费用效益分析法是系统评价的经典方法之一口”其基本思想是要求所 投资的工程项目给社会提供财富和服务的效益必须超过其费用。这种方法 将投资效益与投资费用分开来考虑，把最终效益与相应时刻的成本费用经 过比较，其结果作为工程项目投资合理性的依据。费用效益分析法是用货 币作为统一尺度，同时也考虑货币的时间价值，通过费用效益比较得出无 量纲比值，使人们更明显更直观地看出方案之间的差异费用效益分析 法应用的关键在于如何正确测定效益以及如何估计长期投资和效益的社会 折现率。这种评价方法的不足在于仅仅从经济观点考虑效益，不能被从社 会观点考虑效益的人们完全接受，当考虑的因素难以用货币值来表现时， 就必须考虑采用其它的方法啪 主成分分析法 主成分分析法是根据评价对象的内在联系将变量进行综合，抽象出若 干带有规律性的东西，构成某种程度上简化的数学模型，再用来研究复杂 的自然现象的多元统计方法之一乜5 1 。其基本思想是以方差协方差矩阵 的内部依赖结构为出发点，设法找出较少的综合特征来代表原来较多的特 征，而且这些较少的综合特征又能尽可能多地反映较多的特征信息。也就 是说，这些综合特征之间既要相互独立，又要代表性最好啪1 在综合评价问 题研究中往往会产生两个问题：一是由于评价指标个数太多，彼此之间存 l s 江苏大学硕士学位论文 在着一定的相关性，使得所观测或研究的参数在一定程度上所反映的信息 有所重叠；二是当评价指标数较多时在高维空间中研究样本的分布规律比 较麻烦主成分分析法正是针对上述问题而提出的，它采取一种降维的思 想，从中找出少数几个综合评价指标来代表原来众多的变量，使得这些综 合评价指标尽可能多地反映原来变量的全部信息，而且彼此之间互不相关， 从而使统计分析的系统结构简化。主成分分析法应用的关键是能否找到合 适的主成分。 ( 3 ) 基于决策和智能的综合评价方法 层次分析法 层次分析法是1 9 7 3 年美国学者tls a a t y 最早提出，经过多年的发展 现已成为一种较为成熟的方法乜”。该方法是一种定性分析和定量分析相结 合的评价决策方法，其基本思路是评价者将要评价系统的备择方案的各种 要素分解成目标层、准则层、方案层，并在同一层次的各要素之间简单地 进行比较、判断和计算，就可以得出不同被评对象的重要程度，从而为选 择最优方案提供决策依据。层次分析法的优点是在对复杂的评价决策问题 的本质、影响因素及其内在关系进行深入分析的基础上，利用较少的定量 数据信息便可将人们的思维过程数学化、系统化，易于被人们所接受。但该 方法要求评价者对被评对象的本质、包含的要素及其相互间的逻辑关系了 解得十分透彻。 模糊综合评价法 模糊综合评价法是利用模糊集理论进行评价的一种方法乜“模糊集理 论不是单纯的数字和符号的形式演算，而是模拟人的思维推理过程，充分 利用人脑对模糊现象能够做出正确判断的优点，使定性化的因素向定量化 逼近，从而得出科学的结果。综合评价是人脑的思维活动，模糊性是人类 思维的特点之一，模糊综合评价法在某种程度上弥补了经典数学与统计数 学的不足，因而近年在系统评价领域得到了广泛的应用。 模糊综合评价的步骤与方法如下： a 确定评价因素集u = 缸。，甜： 即评价指标体系； b 确定评价集矿= v i ，v ：v 。) 即评语等级的模糊尺度集，如中等、好、 t 6 一 ， 江苏大学硕士学住论文 较好等； c 确定因素权重集形= h ，c o ：蛾) 即因素的重要程度； d 单因素评价，就是相对于评价因素甜，分别求出评价v 的隶属度，并 建立模糊矩阵孟； e 计算综合评价结果b ：c o r ： f 对模糊综合评价结果向量进行分析。 模糊综合评价改进了常规综合评价方法，将被评事物的变化区间做出 某种划分，对事物属于各评价等级的程度做出分析，因此对复杂事物的描 述更加深入和客观 人工神经网络法 。 人工神经网络可以模拟人脑的某些智能行为，如知觉、灵感和形象思 维等，具有自学习、自组织、自适应和非线性动态处理等特性目前在综 合评价领域研究较多的是b p 神经网络。b p 神经网络应用于复杂对象系统的 综合评价，意在建立更加接近于人类思维模式的定性与定量相结合的综合 评价模型。通过对给定样本模式的学习，获取评价专家的经验、知识、主 观判断及对目标重要性的倾向。当需要对有关评价对象做出综合评价时， 该方法便可再现评价专家的经验、知识和直觉思维。人工神经网络评价法 既能充分考虑评价专家的经验和直觉思维模式，