Модель анализа решений для выбора материала с использованием простого процесса ранжирования

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8631 (2023) Цитировать эту статью

402 доступа

Подробности о метриках

Большое количество материалов и различных критериев превращают проблемы выбора материалов в сложные задачи многокритериального принятия решений (MCDM). В этой статье предлагается новый метод принятия решений, называемый простым процессом ранжирования (SRP), для решения сложных задач выбора материала. Точность весов критериев оказывает прямое влияние на результаты нового метода. В отличие от текущих методов MCDM, из метода SRP исключен этап нормализации как потенциальный источник получения неверных результатов. Применение метода целесообразно для ситуаций с высоким уровнем сложности выбора материала, поскольку он учитывает только ранги альтернатив по каждому критерию. Первый сценарий жизненно-нематериального посредственного метода (ВИММ) используется как инструмент для получения весов критериев на основе экспертной оценки. Результат SRP сравнивается с рядом методов MCDM. Для оценки результатов аналитического сравнения в этой статье предлагается новая статистическая мера, известная как индекс компромиссного решения (CDI). CDI показал, что результаты методов MCDM для решения проблемы выбора материала не могут быть теоретически доказаны и требуют оценки на практике. В результате вводится анализ зависимостей - дополнительная инновационная статистическая мера, позволяющая продемонстрировать надежность методов MCDM путем оценки ее зависимости от весов критериев. Результаты показали, что SRP чрезвычайно зависит от весов критериев, а ее надежность возрастает с увеличением количества критериев, что делает его идеальным инструментом для решения сложных проблем MCDM.

Проблемы выбора материалов и методы многокритериального принятия решений (MCDM) имеют прочную взаимосвязь. Выбор подходящих материалов — самая сложная задача при проектировании и разработке новой продукции1. Инженерное проектирование вращается вокруг целей достижения высокой производительности, минимизации затрат и заботы об окружающей среде, которые часто ограничиваются материалами. Таким образом, одной из ключевых целей оптимального проектирования продукта является выбор материалов, которые соответствуют критериям проектирования, обеспечивая при этом высочайший уровень производительности при наиболее экономичных затратах2,3. Выбор материала — это сложный процесс принятия решений, который включает в себя выбор наиболее подходящих материалов из ряда доступных альтернатив на основе множества критериев. Многокритериальное принятие решений (MCDM) относится к классу математических методов, используемых для решения таких сложных задач принятия решений. Эти проблемы часто возникают в реальных ситуациях, когда лицам, принимающим решения, приходится выбирать из набора альтернатив, которые различаются по нескольким критериям или измерениям. Целью MCDM является определение наилучшей возможной альтернативы или набора альтернатив на основе предпочтений и приоритетов лиц, принимающих решения. Проблемы MCDM обычно представляются в матричном формате, где каждая строка представляет собой альтернативу, а каждый столбец представляет собой критерий. Элементы матрицы соответствуют эффективности каждой альтернативы по каждому критерию. Затем лиц, принимающих решения, просят указать веса или приоритеты для каждого критерия, указывая относительную важность каждого критерия в процессе принятия решений. Проблемы выбора материала также включают оценку и выбор наиболее подходящего материала из набора альтернатив на основе множества критериев. Проблемы такого типа требуют от лица, принимающего решения, взвесить важность каждого критерия и соответствующим образом оценить альтернативы. Решения о выборе материала обычно включают в себя множество противоречивых критериев, таких как стоимость, производительность, долговечность, физические и инженерные свойства, факторы окружающей среды, стоимость и технологичность, среди других. Эти критерии могут иметь разные единицы измерения, что затрудняет сравнение и оценку альтернатив с использованием одного показателя. Поскольку выбор материала можно преобразовать в задачу MCDM, методы MCDM являются подходящими решениями для поиска лучшего материала, отвечающего потребностям проектирования и разработки продуктов. Многие исследователи обращали внимание на связь методов MCDM с проблемами выбора материалов. По данным4, среди различных методов и приемов, которые используются для выбора наиболее подходящего материала для различных проектов, методологии MCDM являются одними из наиболее популярных подходов. Справочники5 называют проблемы выбора материалов дилеммами MCDM и6 считают, что методы MCDM являются единственным решением проблем выбора материалов, которые включают в себя большое количество конкурирующих эксплуатационных характеристик и задействованы многими лицами, принимающими решения. Подобно последним авторам7, он утверждает, что методы MCDM являются эффективными инструментами для эффективного решения проблем выбора материалов, включающих различные свойства материалов и различные критерии. В источнике8 также упоминается, что методы MCDM помогают достичь желаемых результатов от продукта, поскольку эти методы оценивают характеристики материалов по противоречивым критериям. Использование методов MCDM в задачах выбора материалов имеет ряд преимуществ. Во-первых, он обеспечивает систематический и объективный подход к оценке и ранжированию материалов на основе множества критериев. Во-вторых, это помогает лицам, принимающим решения, определить критические критерии, которые оказывают наиболее существенное влияние (имеют наибольшее значение веса) на решение. В-третьих, это позволяет лицам, принимающим решения, оценивать и сравнивать характеристики различных материалов в разных сценариях. Наконец, он обеспечивает прозрачный и структурированный подход к процессу принятия решений, который может помочь достичь консенсуса и улучшить общение между заинтересованными сторонами. Методы MCDM широко используются в задачах выбора материалов для расчета весов критериев и определения ранга материалов. Разные ученые предлагали различные категории этих двух задач. Методы взвешивания MCDM обычно можно разделить на две категории: методы субъективного взвешивания и методы объективного взвешивания. Методы субъективного взвешивания полагаются исключительно на человеческие мнения, ожидания и суждения для присвоения весов критериям, тогда как методы объективного взвешивания извлекают веса критериев из матрицы проблемы принятия решений. Методы ранжирования разделены на четыре подкатегории, включая методы опережения, методы компромиссного ранжирования, методы, основанные на расстоянии, и методы, использующие парное сравнение. Сложность задачи MCDM связана с: