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基于人工免疫系统的质量功能配置研究

作　者: 蒲洪彬
导　师: 李伟光
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 质量功能配置人工免疫线性物理规划概念评价直觉模糊集最小二乘支持向量机顾客需求权重确定权重预测
分类号: TH186
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

质量功能配置（Quality Function Deployment, QFD）是一种顾客驱动的产品设计方法，是系统工程思想在产品设计过程中的具体应用。质量功能配置中的产品规划、零部件规划、工艺规划和制造规划等阶段是多目标、多学科协同决策的过程。人工免疫系统(Artificial Immune System, AIS)作为一种强大的仿生信息处理和问题求解范式，为基于QFD的产品设计提供了新的智能支持手段。鉴于质量功能配置与AIS特点，本文旨在探索AIS与质量功能配置结合方法，开展了基于AIS的质量功能配置研究，对提高基于QFD的产品概念设计过程的系统化设计水平、动态响应水平和智能化决策水平有重要意义。本文对基于AIS的质量功能配置进行研究，综合运用模糊理论、人工免疫算法、线性物理规划方法、灰色回归理论与最小二乘支持向量机，旨在探索基于AIS的质量功能配置方法。鉴于基于人工免疫系统的质量功能配置涉及的研究范围广，无法一一展开研究，开展了对基于AIS的质量功能配置框架与方法、免疫质量屋模型与构建方法、免疫质量屋中需求重要度确定、免疫质量屋中需求重要度预测、免疫质量屋配置决策方法以及质量功能配置过程中产品设计概念评价等问题进行研究，其主要研究内容包括：首先，研究了基于AIS的质量功能配置框架与方法。综合运用AIS与MDO方法提出了包含MDO优化决策、免疫产品规划（免疫质量屋）、免疫零部件规划、免疫工艺规划、免疫制造规划、免疫产品规划分析、免疫零部件规划分析、免疫工艺规划分析和免疫制造规划分析等组成的基于AIS的质量功能配置模型。运用多粒度信息融合方法与二元语义理论对传统质量屋构建方法与结构进行充实与拓展，提出了基于多粒度信息融合的免疫质量屋模型，建立了具备感知顾客需求、技术特征关系和顾客需求与技术特征关系等信息的抗原，基于多目标规划的质量屋免疫决策和基于免疫质量屋配置方案的抗体响应等机制的免疫质量屋。其次，研究了免疫质量屋中顾客需求重要度合成分析方法。利用模糊集、网络层次分析法（Analytic Network Process,ANP）和决策试验与评价实验室（Decision-Making Trialand Evaluation Laboratory，DEMATEL）法结合构成主观赋权法；采用熵值法和均方差法构建客观赋权法；通过分析企业竞争关系，建立基于三角模糊数的竞争差异最大偏差模型实现考虑竞争关系的顾客需求权重计算方法；通过顾客满意度Kano分析，建立考虑顾客满意度的顾客需求重要度分析方法；通过构建基于最小偏差法的组合模型集成主观赋权法、客观赋权法、考虑竞争关系赋权法和考虑顾客满意赋权法，实现顾客需求重要度的综合确定。再次，研究了免疫质量屋中顾客需求重要度预测分析方法。针对最小二乘支持向量机模型参数设置问题，提出了基于人工免疫算法的最小二乘支持向量机模型优化方法；提出了基于人工免疫改进的最小二乘支持向量机模型的顾客需求重要度预测方法；通过与基于二次残差修正的灰色模型的顾客需求权重预测模型和基于神经网络的顾客需求重要度预测模型比较，验证了本文提出的基于人工免疫改进的最小二乘支持向量机模型的顾客需求重要度预测方法。然后，研究了基于AIS的免疫质量屋配置方法。提出了基于AIS与线性物理规划的多目标优化方法；构建了由顾客满意度混合整数线性模型、成本约束线性模型和拓展能力线性模型组成的免疫质量屋多目标优化数学模型，采用基于AIS与线性物理规划方法的多目标优化方法实现免疫质量屋配置的求解计算，并通过与Lingo软件和基于遗传算法的免疫质量屋配置计算结果对比，验证了本文提出的基于AIS与线性物理规划方法的多目标优化方法。接着，研究了产品设计概念评价方法。提出了基于直觉模糊熵（Intuitionistic FuzzyEntropy, IFE）和逼近于理想解法(Technique for Order Preference by Similarity to IdealSolution, TOPSIS)的产品设计概念评价方法（E-IFS-TOPSIS）。构建了基于iSIGHT的数控瓦楞纸板印刷模切机伺服配置设计系统，并利用该设计系统根据顾客需求配置出5个数控瓦楞纸板印刷模切机伺服配置候选方案，通过建立直觉模糊熵最大偏差模型实现评价指标权重计算，利用E-IFS-TOPSIS方法实现候选方案的排序与优选。最后，利用基于人工免疫系统的质量功能配置研究成果，采用VC、Matlab、JADE和Ontology技术，开发了包含基于VC的免疫产品规划与评价系统、基于MATLAB的免疫产品规划与评价决策服务系统和免疫产品规划与评价Agent的原型系统。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-14
Content  14-18
图表目录  18-21
Content of figures and tables  21-24
第1章绪论  24-38
  1.1 课题的提出与研究意义  24-27
    1.1.1 研究背景与意义  24-25
    1.1.2 研究问题的提出  25-27
    1.1.3 本课题来源  27
  1.2 质量功能配置研究现状  27-33
    1.2.1 质量功能配置应用现状  27-29
    1.2.2 质量屋赋权方法研究现状  29-31
    1.2.3 质量屋配置模型与方法研究现状  31-33
  1.3 基于人工免疫系统的产品设计研究现状  33-35
    1.3.1 AIS 技术介绍  33-34
    1.3.2 基于 AIS 的产品设计研究现状  34-35
  1.4 本课题主要研究内容与组织结构  35-38
    1.4.1 本课题主要研究内容  35-36
    1.4.2 本文组织结构  36-38
第2章基于人工免疫系统的质量功能配置框架  38-48
  2.1 基于 AIS 的质量功能配置问题  38-42
    2.1.1 多学科优化方法介绍  38-39
    2.1.2 基于 AIS 的质量功能配置问题  39-41
    2.1.3 基于 AIS 的质量功能配置方法  41-42
  2.2 免疫质量屋框架  42-47
    2.2.1 多粒度信息融合方法  42-43
    2.2.2 二元语义相关概念介绍  43-45
    2.2.3 免疫质量屋框架  45-47
  2.3 本章小结  47-48
第3章顾客需求重要度合成分析方法  48-69
  3.1 顾客需求重要度合成分析整体框架  48-49
  3.2 顾客需求重要度主客观分析方法  49-55
    3.2.1 顾客需求重要度主观分析方法  49-54
    3.2.2 顾客需求重要度客观赋权方法  54-55
  3.3 考虑竞争关系与满意度 Kano 模型的需求重要度分析法  55-59
    3.3.1 考虑竞争关系的需求重要度确定方法  55-57
    3.3.2 考虑 Kano 模型的需求重要度确定方法  57-59
  3.4 顾客需求重要度组合模型  59
  3.5 顾客需求赋权实例与分析  59-68
    3.5.1 实例应用背景  59-60
    3.5.2 实例验证与分析  60-68
  3.6 本章小结  68-69
第4章顾客需求重要度预测分析方法  69-89
  4.1 基于 AIS 改进的最小二乘支持向量机的顾客需求重要度预测方法  69-74
    4.1.1 最小二乘支持向量机算法  69-70
    4.1.2 基于 AIS 改进的最小二乘支持向量机的顾客需求重要度预测方法  70-74
  4.2 基于灰色理论的顾客需求重要度预测方法  74-77
    4.2.1 二次残差修正的灰预测模型  74-76
    4.2.2 基于二次残差修正灰色模型的顾客需求重要度预测方法  76-77
  4.3 基于神经网络的顾客需求重要度预测方法  77-78
  4.4 顾客需求重要度预测实例与讨论  78-88
    4.4.1 基于灰色模型的顾客需求重要度预测  78-81
    4.4.2 基于神经网络的顾客需求重要度预测  81-82
    4.4.3 基于 AIS 改进的最小二乘支持向量机顾客需求重要度预测  82-88
  4.5 本章小结  88-89
第5章基于 AIS 的免疫质量屋配置方法  89-110
  5.1 基于 AIS 与 LPP 的多目标优化方法  89-93
    5.1.1 线性物理规划  89-91
    5.1.2 基于 AIS 与 LPP 的多目标优化方法  91-93
  5.2 免疫质量屋的多目标求解问题  93-100
    5.2.1 抗原/抗体编码  94-95
    5.2.2 克隆免疫算法  95-96
    5.2.3 亲和度计算  96-99
    5.2.4 变异与克隆  99-100
  5.3 免疫质量屋配置实例与讨论  100-109
    5.3.1 实例  100-104
    5.3.2 讨论与分析  104-109
  5.4 本章小结  109-110
第6章产品设计概念评价  110-120
  6.1 直觉模糊集与 TOPSIS  110-112
    6.1.1 直觉模糊集表示方法  110-112
    6.1.2 TOPSIS 方法  112
  6.2 基于 E-IFS-TOPSIS 的产品设计概念评价方法  112-115
  6.3 设计概念评价实例  115-119
    6.3.1 评价实例设计  115-117
    6.3.2 评价实例决策  117-119
  6.4 本章小结  119-120
第7章原型系统设计与实现  120-133
  7.1 原型系统整体构建  120-122
    7.1.1 原型系统平台描述  120-121
    7.1.2 原型系统功能划分  121-122
  7.2 原型系统系统设计  122-127
    7.2.1 免疫产品规划与评价系统设计  122-125
    7.2.2 免疫产品规划与评价服务系统设计  125-127
    7.2.3 免疫产品规划与评价 Agent 设计  127
  7.3 原型系统应用实例  127-132
    7.3.1 数控瓦楞纸板印刷模切机产品规划  128-130
    7.3.2 数控瓦楞纸板印刷模切机方案评价  130-132
  7.4 本章小结  132-133
结论与展望  133-136
参考文献  136-148
附录1 顾客需求指标重要度原始评价表  148-150
附录2 顾客需求指标满意度原始评价表  150-152
附录3 免疫质量屋配置信息表  152-157
攻读博士学位期间取得的研究成果  157-160
致谢  160-161
附件  161

基于人工免疫系统的质量功能配置研究

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