シンプルなランキングプロセスを使用した材料選択のための意思決定分析モデル

Jun 16, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8631 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

多数の材料とさまざまな基準により、材料選択問題が複雑な多基準意思決定 (MCDM) 問題として形成されます。 この論文では、複雑な材料選択問題を解決するための、単純ランキング プロセス (SRP) と呼ばれる新しい意思決定方法を提案します。 基準の重みの精度は、新しい手法の結果に直接影響します。 現在の MCDM 手法とは対照的に、誤った結果を生み出す潜在的な原因となる正規化ステップが SRP 手法から削除されました。 この方法の適用は、各基準における代替案のランクのみを考慮するため、材料の選択が高度に複雑な状況に適しています。 重要-重要でない平凡な方法 (VIMM) の最初のシナリオは、専門家の評価に基づいて基準の重みを導き出すツールとして使用されます。 SRP の結果は、多くの MCDM 手法と比較されます。 分析比較の結果を評価するために、この論文では妥協決定指数 (CDI) として知られる新しい統計的尺度を提案します。 CDI は、材料選択を解決するための MCDM 手法の出力は理論的に証明できず、実践を通じて評価する必要があることを明らかにしました。 その結果、依存性分析 (基準の重みへの依存性を評価することによって MCDM 手法の信頼性を実証するための追加の革新的な統計的尺度) が導入されました。 この調査結果は、SRP が基準の重みに非常に依存しており、その信頼性は基準の数とともに増加するため、困難な MCDM 問題を解決するための完璧なツールであることが実証されました。

材料選択の問題と多基準意思決定 (MCDM) 方法には強い関係があります。 適切な材料を選択することは、新製品の設計と開発において最も困難な作業です1。 エンジニアリング設計は、高性能の達成、コストの最小化、環境への配慮を中心に展開されますが、これらの目標は材料によって制約されることがよくあります。 したがって、最適な製品設計の重要な目標の 1 つは、設計基準を満たしながら、最も経済的なコストで最高レベルのパフォーマンスを実現する材料を選択することです2、3。 材料の選択は、複数の基準に基づいて利用可能な代替品の範囲から最適な材料を選択する複雑な意思決定プロセスです。 多基準意思決定 (MCDM) は、このような複雑な意思決定の問題を解決するために使用される数学的手法の一種を指します。 これらの問題は、意思決定者が複数の基準や側面にわたって異なる一連の選択肢から選択しなければならない現実の状況でよく発生します。 MCDM の目標は、意思決定者の好みと優先順位に基づいて、可能な限り最良の代替案または代替案のセットを特定することです。 MCDM 問題は通常、行列形式で表され、各行が代替案を表し、各列が基準を表します。 マトリックスの要素は、各基準における各選択肢のパフォーマンスに対応します。 次に、意思決定者は、意思決定プロセスにおける各基準の相対的な重要性を示す、各基準の重み付けまたは優先順位を提供するように求められます。 材料選択の問題には、複数の基準に基づいた一連の代替材料からの最適な材料の評価と選択も含まれます。 このタイプの問題では、意思決定者が各基準の重要性を比較検討し、それに応じて代替案を評価する必要があります。 材料選択の決定には通常、コスト、性能、耐久性、物理的および工学的特性、環境要因、コスト、製造可能性など、複数の相反する基準が含まれます。 これらの基準には異なる測定単位が含まれる場合があるため、単一の指標を使用して代替案を比較および評価することが困難になります。 材料の選択は MCDM 問題形式の問題に変換できるため、MCDM 手法は製品の設計と開発のニーズを満たす最適な材料を見つけるための適切なソリューションです。 多くの研究者が、MCDM 手法と材料選択の問題との関係に注目しています。 4 によれば、さまざまなプロジェクトに最適な素材を選択するために使用されるさまざまな方法や技術の中で、MCDM 方法論は最も人気のあるアプローチの 1 つです。 参考文献 5 では、材料選択の問題を MCDM のジレンマと呼び、6 、多数の競合する性能特性が組み込まれ、多くの意思決定者が関与する材料選択問題に対する唯一の解決策は MCDM 手法であると考えています。 後者の著者ら 7 と同様に、MCDM 手法は、さまざまな材料特性とさまざまな基準を組み込んだ材料選択の問題を効果的に管理するための効率的なツールであると主張しています。 参考文献 8 では、MCDM 法は相反する基準の下で材料の性能を評価するため、製品から望ましい結果を達成するのに役立つとも述べています。 材料選択問題で MCDM 手法を使用すると、いくつかの利点があります。 まず、複数の基準に基づいて材料を評価およびランク付けするための体系的かつ客観的なアプローチを提供します。 第 2 に、意思決定者が意思決定に最も重大な影響を与える (最も重要な値を持つ) 重要な基準を特定するのに役立ちます。 第三に、意思決定者がさまざまなシナリオの下でさまざまな材料の性能を評価および比較できるようになります。 最後に、意思決定プロセスに対する透明性と構造化されたアプローチを提供し、利害関係者間の合意形成とコミュニケーションの改善に役立ちます。 MCDM 手法は、基準重みを計算し、材料のランクを決定するための材料選択問題で広く使用されています。 さまざまな学者が、これら 2 つのタスクに対してさまざまなカテゴリーを提案しています。 MCDM 重み付け方法は、一般に、主観的重み付け方法と客観的重み付け方法の 2 つのカテゴリに分類できます。 主観的重み付け方法は、人間の意見、期待、判断のみに基づいて基準に重みを割り当てますが、客観的重み付け方法は意思決定問題のマトリックスから基準の重みを抽出します。 ランキング方法は、アウトランキング方法、妥協ランキング方法、距離ベースの方法、およびペアごとの比較を使用する方法を含む 4 つのサブカテゴリに分類されます。 MCDM 問題の複雑さは次のことに関連しています。