基于指标模型的机电产品性能分析

摘要：研究了机电产品性能分析的指标特征和相关性，提出了一种基于聚类分析和因子分析的机电产品指标选取方法。该方法根据指标属性构建指标体系特征层，在特征层下将信息量相似的指标聚为一类，然后通过因子分析法进行指标选取。以翅型散热片为例，其分析结果显示，该指标选取模型包含了95%以上的信息量，說明该指标选取方法是可行有效的。

关键词：机电产品分析;指标模型;聚类分析

0 引言

在指标体系构建过程中，指标较多会增加分析的复杂度，指标较少会损失一定的信息量，因此，保证指标体系的全面性和合理的计算精度是一项重要工作[1]。李思源等[2]通过对指标之间的信息量进行对比，减少了指标选取的工作量。本文根据机电产品的特点，对指标进行了特征层分类，以指标之间的相关性和对特征层的贡献度为研究切入点，提出了一种指标筛选方法。以翅型散热片为研究案例，构建评价指标体系，并对指标选取模型进行了验证。

1 指标模型原理

1.1    聚类分析模型

3 案例分析

翅型散热片是电器设备中常用的散热装置，翅型散热片的主要特征包括热力学特征、力学特征以及经济性特征，每个特征包含了指标参数，如表1所示。

用Ansys软件对翅型散热片进行热力学仿真以及有限元分析，分析结果按式（7）、式（8）进行标准化处理。为了保证研究的指标体系能够满足对翅型散热片性能描述的全面性以及代表性，本文将对已完成分配的特征层级聚类。基于Matlab软件数字模拟聚类结束后，得到翅型散热片的性能指标聚类结果：热力学特征中指标1、2、4可聚类为P11，指标3聚类为P12;力学特征指标2、3聚类为P21，指标1聚类为P22;经济性指标1、2聚类为P31，指标3聚类为P32。经过分析，将同一特征层级的指标中信息相同的归为一类。

用因子分析法分析同类型中的各项指标，首先对各特征层级的指标做相关性检验，KMO检验与巴特利检验结果如表2所示。

由表2结果可知，3种特征层级的检验结果均满足要求，可以进行因子分析。基于Matlab软件分析热力学特征层、力学特征层以及经济性特征层的因子，当出现多个指标时，由综合载荷值判断取舍，为了体现数值的代表性，本文只保留了数值较大的综合载荷值，结果如表3所示。

4 结语

本文提出了一种基于指标模型的机电产品性能分析方法，该方法应用了聚类分析和因子分析原理将机电产品的多个指标分层级归类，使机电产品性能分析更加清晰、量化。本文的分析方法适用于机电产品的整体分析，也可作为研究产品中某一零部件性能的方法。现今机电类产品种类越来越多，基于指标模型的性能分析可为相关研究提供重要参考。

[参考文献]

[1] 王晓伟，李剑峰，李方义，等.机电产品生命周期评价指标与量化方法研究[J].山东大学学报（工学版），2009，39（5）：73-78.

[2] 李思源，谭业双.基于层次分析法和信息熵的多准则指标选取[J].计算技术与自动化，2012，31（4）：99-103.

[3] 张淳.ETC系列数控车床故障分析与可靠性评估[D].沈阳：沈阳航空航天大学，2018.

[4] 王元地，陈禹.区域“双创”能力评价指标体系研究——基于因子分析和聚类分析[J].科技进步与对策，2016，33（20）：115-121.

收稿日期：2020-04-28

作者简介：黄爽（1976—），女，浙江台州人，硕士，讲师，研究方向：机电设计及控制。