设计决策

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第245页（5285字）

决策是人类的经常活动。设计决策是工程师在“设想－计算－评价－选择”这样的反复中，创造工程项目或产品方案的过程。

1．决策的思维

决策是行动的选择，而行动则是决策后的执行。人们的行为主要受思想的支配，在行动之前总要有思考与抉择的过程，这就是决策。

然而，人们的主观认识与客观实际情况总有一定的距离，存在着失真现象。这种认识上的差距，使人们对社会现象的判断以及对工程设计方案的选择，会出现一定的偏差，甚至造成错误。究其原因，有如下几点：

(1)人类生理功能并不十分精确。由于人类各部感受器官有相当大的误差，所以，人工的观测、计算和判断，如果没有先进工具的帮助，其精度是很低的。加之，人对事物的理解、认识也都有一定的局限性。

(2)思想方法的绝对化。事物的发展是从渐变到突变的辨证运动过程，设计决策也是由模棱到清晰再趋于完善的过程。但是，人们往往受环境，条件和教育等方面的限制，对事物容易产生绝对化的看法。

(3)思维的惰性。人们对客观事物的认识，以及工程师在设计产品时，常常是习惯于用已形成的传统思维考虑问题。习惯性思维方法，对科学技术产生消极的作用，它窒息人们的创造，只凭借直觉和自然发生的一些表现去思考问题，不善于引导自己的思路向不同层次的不同深度和不同领域的广度发展，因而也就不能产生新的知识交叉，创造出好的方案，设计出好的产品。在决策过程中，不打破思维惰性，就不能从正反两方面，以及从因果关系、从内部与外部系统的分析中反复推敲，因而也就不可能作出好的决策。

(4)社会因素的影响。人们在认识问题时，常常会受到所处的地位、环境和利害关系的影响；在有利害关系冲突时，难免会产生个人的偏见。譬如，在评价设计时，往往出现决策性偏差，造成不良的后果。

(5)分析方法不科学。客观事物的发展和人的主观认识都有一个过程，特别是对复杂的事物做出决策，不能仅仅根据个别现象来下结论，更不能把个别事物发展的具体过程当作必然的规律来进行决策。对于复杂的随机现象，只有进行大量的统计才会发现规律，才能做出正确的决策。

综上所述，要在工程设计的各个阶段作出好的决策，必须具有广阔的思维品质、思维能力，在不同知识领域和不同的实践范围能深入问题的各个方面进行研究；要善于思考，能够从不同角度综合决定方案的取舍；要有独立的判断能力，对方案的取舍不受客观因素的影响，并能迅速决断；而且既要懂得辨证法，又要懂得数量化方法，以便使决策时即合逻辑又有数量概念。

2．决策原则

决策是设计步骤中依次进行的依据。工程设计总是受结构、技术、经济和人等因素的影响和约束。要选择最佳的可供实施的方案，除需从几何分析、强度、刚度、振动的角度来研究结构的功能外，还要研究各项技术、经济因素之间相互依存和相互制约的数量关系，借以区别和比较。一般地说，决策的原则有：

(1)信息原则。信息是决策的基础，无论是技术还是经济信息，如资料、文件、数据、图纸、成本、消耗等，都必须完整、准确。没有充足的信息就不能做出好的决策。

(2)预测原则。任何设计都是为满足用户未来的需要。没有良好的预测，就不可能设计出先进的具有时代特征的产品。

(3)系统性原则。决策必须强调系统性，要考虑决策对象和环境的相互关系以及相互作用的效果，以便能体现出整体化、结合化、最优化。

(4)科学原则。科学的理论和方法，是保证决策正确的原则。因此，必须善于运用各学科知识，尤其是数学知识来作出定量分析。

(5)可行原则。要保证决策的结果可行，必须使决策符合科学技术发展的规律和经济规律。因此，决策时不能只考虑需要而不考虑可能；不能只考虑有利的因素和成功的机会，而不考虑不利因素和失败的风险。

(6)选优原则。决策要从两个以上不同方案、途径、方法中，经过分析、对比选出最佳方案。如果只有一个方案，没有对比，也就没有择优的余地，因而也就不存在决策了。

(7)反馈原则。反馈就是对决策所导致的结果进行调整。只有不断调整，才能使设计更科学、更合理、更完善。

(8)集体原则。随着社会的发展和科学技术的进步，许多工程项目或产品涉及的范围越来越广，功能越来越多，结构越来越复杂，不少问题的决策已非个别人所能胜任，因此必须利用集体的力量。现在，世界各国的大公司、企业、设计集团无一不采用智囊团来完成决策工作。

3．决策的步骤

确定决策目标是决策过程的第一阶段，也是决策的前提。它是根据决策所要解决的问题来确定的，把问题的关键及其产生的原因分析清楚，决策目标也就容易确定了。因此，必须对决策问题的性质、特点和范围了解清楚，尽量以差距的形式把问题表达出来，找出产生差距的真正原因。要做到这些，其关键是对问题的深入了解，在分析中深思熟虑，以及谨慎小心地运用资料，注意从变化与差异中找原因。寻找原因不能主观随意猜测。因为事物的发展变化总是有着严格的因果关系的，设计的结构总要一定的原材料予以保证，否则制出的产品就不会满足要求。对于可能原因，应当从纵向和横向深入分析。纵向分析是指从表面原因入手，通过追问“原因的原因”，逐层分析，直至找到根本原因。横向分析则是对各种可能原因的假设加以验证，舍去不会产生实际结果的假设，从中找出真正的原因。此外，也包括从复杂问题同时存在的众多真正原因中找到主要原因。验证原因的有效方法，通常是采用正面验证和反面验证两种。

确立目标不能局限在某一点。例如，工艺过程改革的目标是提高生产率、增加利润，但不能因此而增加环境污染；改革方案应当保证质量，而且要方便用户。因此，全面考虑各方面的需要，是衡量决策目标是否合理的重要条件。同时，确定决策目标时还应估计到实现这一目标的条件。最基本的条件是实现决策所需的资源条件、信息条件和决策执行者的能力等。

确定决策目标是为了实现它，因而就必须有标准，要求确定决策目标在概念、时间、条件与数量上有清晰的界线。决策目标是由总目标直到具体目标所构成的多层次的体系，下级目标往往是上级目标的手段。对这种分层目标结构的分析，往往采用树图，即决策树来分析。

许多复杂的决策，其目标往往是多个，有时各目标间还具有矛盾，因而给决策带来了困难。如产品的“物美”、“价廉”，就是两个矛盾着的目标，处理时必须同时考虑。

决策过程的第二阶段是拟定各种备选方案，这是决策的基础，在这一阶段中，首先要有轮廓设想。轮廓设想是保证备选方案的多样性，即从不同角度和多种途径设想出各种方案。一般先从过去的经验入手，在自己熟悉的事物中寻找方案，然后再进一步扩到其它领域。对于重复出现的常规决策，基本上可以依据经验拟定出备选方案。但对于新问题的决策，实质上是创新的过程，因此就需要大胆设想，大胆创新。

有了轮廓之后，就要对方案进行精心设计。如果说轮廓设想需要勇于创新和集思想象，那么，精心设计就需要以冷静的头脑和求实的精神来严格论证、反复计算和细致的推敲。在这一阶段，一是确定方案的细节，二是估计方案实施结果。

选择方案是决策的关键，是必须具备合理的选择标准。选择的标准有“最佳标准”和“满意标准”两种。因为决策的目的是为了实现决策的目标，而设计时总的考虑是满足用户需要和获取利润，其具体表现在性能指标、技术指标、使用指标和成本指标四方面，因此，越是符合这四方面的具体要求，就越是好方案。采用最佳标准决策，就是从确定的指标体系出发，在一定条件下将各备选方案进行数学估算，然后从中选出最好的方案。而满意标准则认为在实际生活中，尤其是对复杂系统多方案进行选优时，若要完全做到最优是不可能的，有些也并不需要，而只需在主要方面得到满足即可。此外，选择方案还必须具备科学的方法。选择方案的具体方法很多，归纳起来有直接决策法(经验判断)、数学分析法和试验决策法。

4．直接决策法

这是根据经验直接选择方案的方法，分有传统(或称习惯)性决策、强迫性决策和直觉性决策。其中，传统性决策是根据长期的实践经验，在各可行方案中选用满足要求的方案。一般说来，这种方法都偏保守，留有较大的余地。

强迫性决策是选择方案时为了适应已有的环境和条件而必须作出的选择。这种决策带有指令性，往往是一时应付，不会长期可靠。

直觉性决策，是在工程设计尤其在结构和工艺加工中经常采用的方法。它是以“完成就行”为标准，具有很大的随意性。

以上三种决策方法，看起来简单，用起来也似乎很方便，但在现代化工程中将会带来极大的弊病，因而使用时极应慎重。

5．确定性决策

确定性决策分表选法、极大极小法和规化法。例如设计室内照明，可通过表选法将供选择的四个方案列成表。如果要求室内最亮，则选A₁；若要求最暗则可选A₄。

对于需要确定的目标，如果可用解析式表述，则可运用极大极小法通过求其极值而获得最佳方案。而规划法则是利用线性规划、非线性规划和整数规划等方法求最佳值。

6．非确定性决策

如果在决策时对各种状态下所出现的概率全然不知，也无经验统计数据可遵循。这时，要在各方案中作出最佳决策，就全凭个人的决定了。为了使决策满意，可遵循如下原则：

(1)悲观准则(又称小中取大准则)。设计产品时，为保证其发挥功能，安全可靠，常常以最下限值为基础，从中选择最好的方案。例如，有A₁、A₂、A₃、A₄四个方案，它们分别在四种状态下的试验值如表1．2－1。选取设计值时，应从A₁中选4，A₂中择2，A₃、A₄、A₅中都选3，然后从选出的最低限值中再选取最大值，即A₁的值4做为使用值。

表1．2－1

(2)乐观准则(又称大中取大准则)。这是在计划决策阶段，为使设计的工程项目或产品有先进的指标，有高的要求和奋斗目标，而在选择方案时以最上限为基础，选择其中最好的数值。仍以表1．2－1为例，当采用大中取大准则时，A1应取7，A2取9，A3选7，A4中选8，A5中选5。然后，再从7、9、7、8、5中选最大值9。

(3)遗憾准则(又称大中取小的准则)。对待设计的目标，应该争取最佳的结果，但也要留有余地。遗憾准则的具体方法是，首先确定遗憾值，即方案在不同状态下的最大值与最小值之差。然后从各方案的遗憾值中选最小值为方案值。如表1．2－1，已知有五个方案及经设计后算出的各方案在不同状态下的值。依此表算出不同方差的遗憾值列于表1．2－2，即称为遗憾矩阵。从遗憾矩阵中选出每一方案的最大遗憾值(表中注*的值)，最后从五个值中选出最小值，即A1在S₂在状态和A₄在S₁状态下是所求的最佳值。

表1．2－2