基于的塑料模具设计质量评价系统的建立

来源：控制工程 【在线投稿】栏目：期刊导读时间：2021-04-24

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是可以把那些影响因素多而广、看起来隐藏不外露的问题进行直观处理的简便方法，尤其对于那些不能定量分析的问题。它是美国运筹学家T.L. Saaty教授于上世纪70年代初期提出的。这种处理问题的方法是一种既思路清晰、直观又实用[1]。层次分析法分析针对影响此类复杂问题的因素和其重要性的排序提供了一种简便、直观而实用的建模方法。这种方法体现了可以使复杂问题解析出组成因素，且能看出相互关系进而形成层次结构，再进行相互比较，作出决策方案的相对重要性[2]。层次分析法在工程、机械设备、教育、基础建设以及社会活动等项目的实施决策中均有较为普遍的应用。用层次分析法建立的塑料膜具质量分析系统的目的在于可以比较直观地评价其设计质量，尤其对企业在模具设计与管理方面如何能够更合理、更有效地提高质量及达到持续改进方面具有重要意义。 1 层次分析法的基本原理与步骤人们在日常工作中会遇到很多影响因素多而且模糊的问题难以解决，诸如工程设计、预算，项目管理、设备精度分析、鉴定等过程。而且这些因素之间是彼此关联的关系。层次分析法为解决这类问题提供了一种简便、直观而实用的建模方法[3]。运用层次分析法建模，可按以下四个步骤进行：（1）建立递阶层次结构模型；（2）构造出各层次中的所有判断矩阵[4]；（3）层次单排序及一致性检验；（4）层次总排序及一致性检验。 1.1 递阶层次结构的建立与特点应用层次分析法处理复杂问题时，首先要建立一个清晰、有层次的模型，在模型中体现出问题的有条理、有层次，也就是构造出一个有层次的结构模型[5]。模型显示这一复杂问题被分解为多个元素的组成部分。这些元素又按其属性及关系形成若干层次。这些层次可以分为三类：（1）目标层：该层次中仅含单一元素，该层次是分析问题的预定目标。（2）准则层：该层次含若干个层次，含有为完成目标所涉及的中间环节，包括所需考虑的准则、子准则。（3）方案层：该层次涵盖了为完成目标能够选择的所有方法、决策方案等[6]。对于塑料模具设计质量功能的展开主要从顾客需求（要求质量到质量特性的分析，再到需求重要度的确定过程）。在塑料模具设计质量评价中某个顾客的需求（准则层）总对应相对的工程措施（方案层）。根据注塑模具的生产特点和相关工程技术措施，可得到相应的层次分析结构图如1所示。图1 模具设计质量层次结构图 1.2 矩阵标度层次结构表示出各因素之间的相互关系，而准则层中的各准则在决策的过程中，它们各自所占的份额不完全一致，分别具有一定的比例。在评估诸因子在所属因素中占据的比例时，会发现这些比例可能是难以进行量化考虑的。而且，当多因子影响某一因素时，简单评估各因子的影响比例时，会因分析没有到位、数据遗漏、混淆等问题发生，这样会导致决策者误判其重要性[7]，以致项目评估结果与实际认为的状态相差较大。 Saaty等人建议可以采取对因子进行两两比较建立成对比较矩阵的办法。即每次取两个因子xi和xj，以aij表示xi和xj对某因素Z的影响大小之比，全部比较结果用矩阵A=（aij）n×n表示，称A为Z-X之间的成对比较判断矩阵。容易看出，若xi和xj对Z的影响之比为aij，则xj和xi对Z的影响之比应为定义：若矩阵A=（aij）n×n满足则称之为正反矩阵（易见aii=1，i=1，2，…，n）. 关于如何确定aij的值，Saaty等建议引用数字1～9及其倒数作为标度。表1列出了1～9标度的含义。表1 矩阵标度意义表标度含义1表示两个因素相比，具有同等重要性。3表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要。5表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要。7表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要。9表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要。2，4，6，8上述两相邻判断的中值。倒数若元素i与元素j的重要性之比为aij，则元素j与元素i的重要性之比为aji=1/aij 1.3 构造准则层判断矩阵（1）准则层判断矩阵的构造根据相关文献及专家教授的相关内容和决策，可以得出塑料模具设计质量中准则层的判断矩阵如下：（2）将所得矩阵A进行列向量归一化：（3）准则层的处理结果为：因为Aw=λw，故： 1.4 一致性检验[8] 因为： CI=0，有完全的一致性；CI接近于0，有满意的一致性；CI越大，不一致性越严重。为衡量CI的大小，引入随机一致性指标RI，具体如表2所列。表2 RI指标表n 定义一致性比率；通过查RI表可得n=6，RI=1.24，故可得：一般，当一致性比率CR＜0.1时，认为C的不一致程度在容许范围内，有满意的一致性。因0.035 2＜0.1，故，C具有满意的一致性。 1.5 构造方案层判断矩阵（1）方案层判断矩阵的构造（2）方案层的处理结果为：同理可求出λi：（3）一致性检验同理可以得出CRi：因为，一致性比率CR＜0.1时，认为Pi的不一致程度在容许范围内，有满意的一致性。因CR＜0.1，故，Pi具有满意的一致性。 2 塑料模具设计质量评价系统的建立 2.1 评分模型的建立通过以上层次分析可以很好地得到塑料模具设计质量的评分标准： Z=（i=1,2,…，6；j=1,2,…）根据对应准则方案个数而定式中：Z为某塑料模具的设计质量得分；ωi为上述计算中，第i个准则对应的权得；ωij为上述算中，第i个准则的第j个方案对应的权得；fij为实际生活中，第i个准则的第j个方案对应的评分（100′制）。 2.2 AHP权重下的准则和方案的分值分布根据上述建立的评分模型，设当塑料模具设计质量得分为100分时，可以得出AHP权重下的准则和方案的分值分布情况，详见表3所列。表3 AHP权重下的准则和方案的分值分布情况表准则方案权重得分准则方案权重得分各板高度0.07 3加工工艺性0.47 10 C板高度0.07 3成弄钢材0.28 6导柱校核/21’分模线0.10 2模架码模板尺寸0.04 2镶拼0.16 3 0.34/34’吊模孔位置0.20 7流道冷流 4顶针板导向0.13 4浇口浇口0.50 4 0.08/8’原身止口0.13 4抽芯滑块0.50 3模板厚度0.31 10机构斜顶0.50 2 0.05/5’运水进出0.26 4顶针直径0.10 2冷却运水截面积0.26 4顶出顶针表面0.18 3系统水孔与干涉的距离0.14 2系统推板和顶针的同时性0.18 3 0.17/7’运水接头0.08 10.16/16’顶针异形时有无防转0.35 6运水回路0.26 4顶尖位置0.18 3 2.3 塑料模具设计质量评分规定 90′≤Z≤100′（塑料模具设计质量为优秀）； 80′≤Z＜90′（塑料模具设计质量为良好）； 70′≤Z＜80′（塑料模具设计质量为中等）； 60′≤Z＜70′（塑料模具设计质量为合格）； Z＜60′（塑料模具设计质量为不合格）。 3 该塑料模具设计质量评分模型计分方法设某塑料模具设计质量评价中，在冷却系统中，运水进出、运水截面积、水孔与干涉的距离、运水接头和运水回路的评价分分别为：85′、75′、98′、65′和90′，则冷却系统的得分为： C5=0.26×85+0.26×75+0.14×98+0.08×65 +0.26×90=83.92′ 根据上述的计算，可以得出，对于塑料模具的设计质量中，该模具的冷却系统设计质量的AHP评分为83.92′，质量良好。同理，若根据上述计算方法，分别得出模架、成型零/部件、流道接口、抽芯机构、冷却系统和顶出系统的AHP评分为：80.23′、75.25′、90.12′、86.63′、83.92′和98.22′，则该塑料模具设计质量的AHP总评分为：根据上述的计算，可以得出，对于塑料模具的设计质量中，该塑料模具设计质量的AHP总评分为84.603 4′，质量良好。 4 结束语本文分析了现今在塑料模具的设计中，对塑料模具的设计质量的总因素（准则）和分因素（方案），针对这些影响塑料模具设计质量的因素，建立AHP模型，通过相应的计算求出各因素的权重，建立塑料模具设计质量的评价得分模型。该塑料模具设计质量评价得分模型的建立，可以比较简便快捷地对某塑料模具的设计质量情况进行客观的评价，使塑料模具在以后的设计中，有效的保证设计质量。层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是可以把那些影响因素多而广、看起来隐藏不外露的问题进行直观处理的简便方法，尤其对于那些不能定量分析的问题。它是美国运筹学家T.L. Saaty教授于上世纪70年代初期提出的。这种处理问题的方法是一种既思路清晰、直观又实用[1]。层次分析法分析针对影响此类复杂问题的因素和其重要性的排序提供了一种简便、直观而实用的建模方法。这种方法体现了可以使复杂问题解析出组成因素，且能看出相互关系进而形成层次结构，再进行相互比较，作出决策方案的相对重要性[2]。层次分析法在工程、机械设备、教育、基础建设以及社会活动等项目的实施决策中均有较为普遍的应用。用层次分析法建立的塑料膜具质量分析系统的目的在于可以比较直观地评价其设计质量，尤其对企业在模具设计与管理方面如何能够更合理、更有效地提高质量及达到持续改进方面具有重要意义。 1 层次分析法的基本原理与步骤人们在日常工作中会遇到很多影响因素多而且模糊的问题难以解决，诸如工程设计、预算，项目管理、设备精度分析、鉴定等过程。而且这些因素之间是彼此关联的关系。层次分析法为解决这类问题提供了一种简便、直观而实用的建模方法[3]。运用层次分析法建模，可按以下四个步骤进行：（1）建立递阶层次结构模型；（2）构造出各层次中的所有判断矩阵[4]；（3）层次单排序及一致性检验；（4）层次总排序及一致性检验。 1.1 递阶层次结构的建立与特点应用层次分析法处理复杂问题时，首先要建立一个清晰、有层次的模型，在模型中体现出问题的有条理、有层次，也就是构造出一个有层次的结构模型[5]。模型显示这一复杂问题被分解为多个元素的组成部分。这些元素又按其属性及关系形成若干层次。这些层次可以分为三类：（1）目标层：该层次中仅含单一元素，该层次是分析问题的预定目标。（2）准则层：该层次含若干个层次，含有为完成目标所涉及的中间环节，包括所需考虑的准则、子准则。（3）方案层：该层次涵盖了为完成目标能够选择的所有方法、决策方案等[6]。对于塑料模具设计质量功能的展开主要从顾客需求（要求质量到质量特性的分析，再到需求重要度的确定过程）。在塑料模具设计质量评价中某个顾客的需求（准则层）总对应相对的工程措施（方案层）。根据注塑模具的生产特点和相关工程技术措施，可得到相应的层次分析结构图如1所示。图1 模具设计质量层次结构图 1.2 矩阵标度层次结构表示出各因素之间的相互关系，而准则层中的各准则在决策的过程中，它们各自所占的份额不完全一致，分别具有一定的比例。在评估诸因子在所属因素中占据的比例时，会发现这些比例可能是难以进行量化考虑的。而且，当多因子影响某一因素时，简单评估各因子的影响比例时，会因分析没有到位、数据遗漏、混淆等问题发生，这样会导致决策者误判其重要性[7]，以致项目评估结果与实际认为的状态相差较大。 Saaty等人建议可以采取对因子进行两两比较建立成对比较矩阵的办法。即每次取两个因子xi和xj，以aij表示xi和xj对某因素Z的影响大小之比，全部比较结果用矩阵A=（aij）n×n表示，称A为Z-X之间的成对比较判断矩阵。容易看出，若xi和xj对Z的影响之比为aij，则xj和xi对Z的影响之比应为定义：若矩阵A=（aij）n×n满足则称之为正反矩阵（易见aii=1，i=1，2，…，n）. 关于如何确定aij的值，Saaty等建议引用数字1～9及其倒数作为标度。表1列出了1～9标度的含义。表1 矩阵标度意义表标度含义1表示两个因素相比，具有同等重要性。3表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要。5表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要。7表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要。9表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要。2，4，6，8上述两相邻判断的中值。倒数若元素i与元素j的重要性之比为aij，则元素j与元素i的重要性之比为aji=1/aij 1.3 构造准则层判断矩阵（1）准则层判断矩阵的构造根据相关文献及专家教授的相关内容和决策，可以得出塑料模具设计质量中准则层的判断矩阵如下：（2）将所得矩阵A进行列向量归一化：（3）准则层的处理结果为：因为Aw=λw，故： 1.4 一致性检验[8] 因为： CI=0，有完全的一致性；CI接近于0，有满意的一致性；CI越大，不一致性越严重。为衡量CI的大小，引入随机一致性指标RI，具体如表2所列。表2 RI指标表n 定义一致性比率；通过查RI表可得n=6，RI=1.24，故可得：一般，当一致性比率CR＜0.1时，认为C的不一致程度在容许范围内，有满意的一致性。因0.035 2＜0.1，故，C具有满意的一致性。 1.5 构造方案层判断矩阵（1）方案层判断矩阵的构造（2）方案层的处理结果为：同理可求出λi：（3）一致性检验同理可以得出CRi：因为，一致性比率CR＜0.1时，认为Pi的不一致程度在容许范围内，有满意的一致性。因CR＜0.1，故，Pi具有满意的一致性。 2 塑料模具设计质量评价系统的建立 2.1 评分模型的建立通过以上层次分析可以很好地得到塑料模具设计质量的评分标准： Z=（i=1,2,…，6；j=1,2,…）根据对应准则方案个数而定式中：Z为某塑料模具的设计质量得分；ωi为上述计算中，第i个准则对应的权得；ωij为上述算中，第i个准则的第j个方案对应的权得；fij为实际生活中，第i个准则的第j个方案对应的评分（100′制）。 2.2 AHP权重下的准则和方案的分值分布根据上述建立的评分模型，设当塑料模具设计质量得分为100分时，可以得出AHP权重下的准则和方案的分值分布情况，详见表3所列。表3 AHP权重下的准则和方案的分值分布情况表准则方案权重得分准则方案权重得分各板高度0.07 3加工工艺性0.47 10 C板高度0.07 3成弄钢材0.28 6导柱校核/21’分模线0.10 2模架码模板尺寸0.04 2镶拼0.16 3 0.34/34’吊模孔位置0.20 7流道冷流 4顶针板导向0.13 4浇口浇口0.50 4 0.08/8’原身止口0.13 4抽芯滑块0.50 3模板厚度0.31 10机构斜顶0.50 2 0.05/5’运水进出0.26 4顶针直径0.10 2冷却运水截面积0.26 4顶出顶针表面0.18 3系统水孔与干涉的距离0.14 2系统推板和顶针的同时性0.18 3 0.17/7’运水接头0.08 10.16/16’顶针异形时有无防转0.35 6运水回路0.26 4顶尖位置0.18 3 2.3 塑料模具设计质量评分规定 90′≤Z≤100′（塑料模具设计质量为优秀）； 80′≤Z＜90′（塑料模具设计质量为良好）； 70′≤Z＜80′（塑料模具设计质量为中等）； 60′≤Z＜70′（塑料模具设计质量为合格）； Z＜60′（塑料模具设计质量为不合格）。 3 该塑料模具设计质量评分模型计分方法设某塑料模具设计质量评价中，在冷却系统中，运水进出、运水截面积、水孔与干涉的距离、运水接头和运水回路的评价分分别为：85′、75′、98′、65′和90′，则冷却系统的得分为： C5=0.26×85+0.26×75+0.14×98+0.08×65 +0.26×90=83.92′ 根据上述的计算，可以得出，对于塑料模具的设计质量中，该模具的冷却系统设计质量的AHP评分为83.92′，质量良好。同理，若根据上述计算方法，分别得出模架、成型零/部件、流道接口、抽芯机构、冷却系统和顶出系统的AHP评分为：80.23′、75.25′、90.12′、86.63′、83.92′和98.22′，则该塑料模具设计质量的AHP总评分为：根据上述的计算，可以得出，对于塑料模具的设计质量中，该塑料模具设计质量的AHP总评分为84.603 4′，质量良好。 4 结束语本文分析了现今在塑料模具的设计中，对塑料模具的设计质量的总因素（准则）和分因素（方案），针对这些影响塑料模具设计质量的因素，建立AHP模型，通过相应的计算求出各因素的权重，建立塑料模具设计质量的评价得分模型。该塑料模具设计质量评价得分模型的建立，可以比较简便快捷地对某塑料模具的设计质量情况进行客观的评价，使塑料模具在以后的设计中，有效的保证设计质量。