基于加权相似性度量法快速成本估算

基于加权相似性度量法快速成本估算冯国栋1朱斌李雁冰张志新（长安大学工程机械学院西安710064）摘要：提出了一种产品设计早期阶段成本估算方法，根据产品参数信息计算产品之间相似度，产品有些参数是区间模糊数，本文引入区间值计算模型计算设计样本与类似已有产品相似度，根据已有产品生产成本信息估算设计样本生产成本，实现产品设计早期阶段快速成本估算。关键词：成本估算相似度区间值中途分类号：TB112文献标识码:ARapidCostEstimationbasedonWeightedSimilarityFengGuodongZhuBinLiYanbingZhangZhixin(SchoolOfConstructionMachinery,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)Abstract:Amethodforcostestimationintheearlystagesofproductdesignwaspresentedinthispaper.Accordingtotheproductparameterinformationtocalculatethesimilaritybetweentheproduct,Duetosomeparametersofproductsarefuzzy,thecalculationmodelofinterval-valuedisintroducedtocalculatesimilaritybetweensimilarexistingproductsandthedesignpatterninthisarticle,Accordingtocostinformationoftheexistingproductstoestimatethedesignpatterncost,realizethequickcostestimationintheearlystagesofproductdesign.KeyWords:CostEstimation；SimilarityWeight；IntervalValue引言准确快速地响应客户的询价请求，是企业赢得客户订单、提高产品设计与生产敏捷性的重要手段，直接影响和制约了企业的生存与发展。报价周期太长或者报价太高，会严重影响顾客对企业的满意程度，并可能导致订单流失，报价太低又会降低企业利润甚至引起亏损。在产品最终报价中占最大比例的是产品成本，如何根据客户的个性化需求准确快速地估算产品成本，对响应客户询价请求速度和准确性具有重要意义[1]。研究表明，尽管产品设计费用只占产品总成本的5%左右，却决定了产品成本的70%—80%[2]，因此在产品设计早期阶段进行产品成本的估算和分析，对于降低产品成本、提高市场竞争力具有重要意义。几种具有代表性的成本估算方法有回归分析法、参数成本法、工程成本法、类比法、作业成本估算法[3-6]。回归分析法主要是通过统计评估，借助于回归计算，求得与产品特性参数有关的成本函数，可用于产品设计的各阶段。参数成本法将成本表示为设计参数或性能参数的函数，虽然精确度较高，但是要利用参数的回归分析，确定参数与成本之间的关系，需要较多的数据、较多的时间和多次的运算。工程成本法是详细的估算方法，一般应用于设计阶段后期和生产阶段。类比法是建立在与过去类似的产品和技术经验进行类比的基础上得出成本估计，一般在产品设计的早期阶段采用。作业成本估算法是指以作业为核算对象，通过成本动因来确认和计算作业量，进而以作业量为基础分配间接费用的成本估算方法。本文根据产品设计阶段信息不足以及原有样本少的情况，提出加权相似性度量方法来解决产品设计阶段信息不足情况下的产品快速成本估算问题。作者简介：冯国栋（1990-）男，汉族，陕西延安，长安大学工程机械学院硕士研究生，机械制造及自动化专业E-mail:[e-mail]电话：152492239461成本估算模型本文提出一种有效的估算模型，根据设计样本的设计参数，按本文中相似度定义，将样本各属性参数标准化后与样本库中的样本进行相似度计算，用层次分析法(AHP)确定各属性权重。根据相似度评价结果从样本库中选出与设计样本相似度最大的的几个样本，用指数平滑法计算设计样本的成本。基于加权相似性度量法产品成本估算模型如图1所示。样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样样图1成本估算模型1.1属性相似度定义相似度主要用于同一类对象间相似程度的定量化表示，表示两个子集的近似程度。计算相似度的常用方法有Hanming距离、最相近距离、欧几里德距离等。定义m个产品的n种特征属性集为1111nijmmnaaaaaaKMML（1）其中ija表示第i个产品的第j种特征属性值，则设计样本0a与第i个样本ia第j项属性的相似度应用欧几里德距离定义为d(,)00aaaaijjjij（2）距离的大小与单位有关，当单位改变时，距离也随之改变，这显然是需要改进的；另一方面，一个绝对值很大的特征属性并不一定比一个绝对值值较小的特征属性重要。为了消除这种影响，需要对每个属性参数的分布标准化，标准化后属性值为/maxaaaijijijj（3）其中：maxaijj表示各样本第j项属性值的最大值相似度值越大表示两对象相似度越高且相似度值处于区间[0,1]之间。重新定义设计样本0a与第i个样本ia第j项属性的相似度为10jSaaijij（4）产品参数信息有确定数也有模糊数，这里将式(4)进行扩展，得到区间值属性相似度计算模型。记[A1,A2],[B1,B2]为区间值，其中A1＜A2，B1B2,A1∈[0,1],A2∈[0,1],B1∈[0,1],B2∈[0,1],。将区间值看成一个数据对，这样一个区间值对应于二维空间上一个点，将二维点之间距离的计算进行扩展，定义区间值[A1,A2],[B1,B2]间的相似度:11222sim([,],[,])1221112122AABBBABA（5）设计样本0a与样本集a各属性相似度计算完成后，得相似度矩阵1111nijmmnsssssSKMML（6）利用加权求和法计算整个样本的相似度值，用公式表示为1nSSjijij(7)式中：Si—目标实例D0与实例Di的相似度j-第j项属性权重1.2计算各属性的权重分配权重反映了各个因素在评判和决策过程中所占有的地位,采用层次分析法确定各属性权重，层次分析法确定权重的步骤如下[7，8]:（1）构造判断矩阵。建立评估因素集U={u1，u2…un}，ui，uj(i,j=1,2,…,n)表示因素，uij表示ui对uj的相对重要性数值。uij的取值选择常用1~9的标度方法，如表所示表1判断矩阵标度定义标度定义1两因素ui与uj相比较，同等重要3两因素ui与uj相比较，ui比uj稍微重要5两因素ui与uj相比较，ui比uj明显重要7两因素ui与uj相比较，ui比uj强烈重要9两因素ui与uj相比较，ui比uj极端重要2，4，6，8介于相邻判断的两个标度之间，取中值倒数若因素i与因素j重要性之比uij，那么因素j与因素i重要性之比uji=1/uij根据上述数值标度及定义，通过对评估因素集U中元素进行两两比较，构造判断矩阵P如下1111nmmnuuPuuKMOML（8）(2)计算重要性排序。根据判断矩阵,求出其最大特征值λmax所对应的特征向量w，方程如下:Pw=λmaxw，所求特征向量w经归一化得ω,即为各评价因素的重要性排序,也就是权重分配。(3)一致性检验。以上得到的权重分配是否合理,还需要对判断矩阵进行一致性检验。检验使用公式:CR=CI/RI(9)式中：CR为判断矩阵的随机一致性比率CI为判断矩阵的平均随机一致性指标它由下式给出:CI=(λmax-n)/(n-1)（10）RI为判断矩阵的平均随机一致性指标,1～9阶的判断矩阵的RI值参见表2。表2平均随机一致性指标RI的值n123456789RI000.580.901.121.241.321.411.45当判断矩阵P的CR0.1，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵作适当修正。1.3指数平滑法指数平滑法来估算产品的成本，选出与待估算产品最相似的3个样本，用这3个样本的成本值来估算待估算产品的成本，计算公式为23123123+(1T)TC(1T)(1T)3CCCCTCTC（11）式中C—估算结果C1、C2、C3—最相似的3个样本的成本值T—平滑系数（0T1）平滑系数的选择除考虑应用场合外，还需考虑原始数据的波动程度及其上升或下降趋势的强度[9]。当原数列呈现水平趋势时，一般在0.1-0.3之间，当原数列具有明显的持续上升或下降的趋势时，一般在0.3-0.5之间。2.实例分析以油泵为例进行计算，油泵主要属性参数有转速、压力、功率、进出口径、流量等。表3列出了30个实例样本(部分)，将这些产品作为研究对象，设计样本是待估算项，所有对象均取其5个主要属性。表3泵体成本估算样本信息（部分）实例转速(r/min)压力(Mpa)功率(kw)进出口径(mm)流量(L/min)生产成本（元）114500.33~0.38440133.3480214200.5~0.555.540133.3490314500.33~0.38450180510414200.42~0.47650160500514501.0~1.057.5502005403014000.36~0.416.065210535设计样本14500.6~0.655.550200注：空格表示未知表3中各参数标准化后得表4中各标准化参数表4泵体属性参数标准化信息实例转速压力功率进出口径流量110.314~0.3620.5330.6150.63520.9790.476~0.5240.7330.6150.635310.314~0.3620.5330.7690.85740.9790.4~0.4480.80.7690.762510.952~110.7690.952300.9660.343~0.390.811设计样本10.571~0.6190.7330.7690.952根据标准化信息，得设计样本与已知样本集相似度矩阵10.7430.80.8460.6830.9790.90510.8460.68310.7430.810.9050.9790.8290.93310.8110S.6190.733110.9660.77150.9330.7690.952（12）根据判断矩阵定义，若U={u1,u2,u3,u4,u5}分别表示转速、压力、功率、进出口径、流量，构造判断矩阵1131414153112121342111242111253221P（13）矩阵P最大特征值λmax=5.0517，最大特征向量w=（0.11040.24920.43020.43020.7454）。一致性检验，代入λmax=5.0517，n=5，RI=1.12，得CR=0.0115＜0.1，表明判断矩阵具有满意一致性，因此w各分量归一化后可作为权重系数,得权重系数ω=（0.05620.12680.21890.21890.3793），结合式（12）相似度矩阵，按式（7）求得设计样本与各实例的相似度如表5所示。表5设计样本与各实例的相似度选出与设计样本最相似的3个样本，用指数平滑法估算新产品的成本，其中平滑系数T据经验取0.3,最相似的三个样本成本为C1=540，C2=500，C3=510，得估算产品成本C=519.2，最终新设计油泵实际成本C’=520，验证该方法可行。3.结束语产品设计阶段产品信息少，提出加权相似性度量法快速估算相似件成本。该方法先对待估算样本与已知样本相似度进行分析，用层次分析法确定样本各属性权重，根据相似度排序，找出与设计样本最相似的几个样本，用指数