Матрица принятия решений

При проектировании сложных систем, к которым относятся роботы, разработчики сталкиваются со множеством нетривиальных решений. Зачастую, возможно несколько различных решений задачи, и, как правило, нет «правильного» решения. Необходимо выбрать стратегию достижения цели и решить каким образом она будет реализована. Кроме того, необходимо принять множество мелких решений, которые также станут частью конструкции робота. Это не простой процесс! Одним из инструментов, который может помочь в этом процессе принятия решений является матрица принятия решений, которую также иногда называют таблицей взвешивания технических задач.

Использование матрицы принятия решений

Матрица принятия решений используется как средство сравнения нескольких различных вариантов путем их ранжирования, основываясь на списке критериев. Пользователь предварительно ранжирует важность каждого из этих сравнительных критериев на основе того, насколько хорошо эти критерии выполняются. После этого производится ранжирование каждого альтернативного шага в разработке, основываясь на том, насколько хорошо он соответствует каждому критерию.

Для того, чтобы лучше понять, как работает матрица принятия решений, пошагово рассмотрим пример «разработки исполнительного органа робота для манипулирования мячом, диаметром 0.25м».

Шаг 1 — Список альтернатив

В некоторый момент времени на шаге представления идеи процесса проектирования проектная группа проводит мозговой штурм нескольких вариантов захвата мяча. Для нашего примера, это могут быть три варианта: «роликовый захват​​», «клешня​​» и «совок». Эти различные исполнительные органы могут использоваться для захвата мяча диаметром 0.25 метра. Матрица принятия решений помогает разработчикам определить, какой из этих вариантов лучше всего соответствует их потребностям.

Роликовый захват

Роликовый захват представляет из себя тип манипулятора, использующего ролики для «втягивания» захватываемого объекта. Это пример использования силы трения для захвата.

Клешня

Этот тип манипулятора также использует силу трения для захвата объектов.

При использовании такого манипулятора обязательно должна присутствовать эластичные и жесткие элементы. Жесткие части могут присутствовать либо в захватываемом объекте, либо в самом манипуляторе. Присутствие эластичных элементов в системе позволяет получить надежное сцепление. Например, у нас может быть мягким захватываемый объект, тогда манипулятор быть достаточно жестким и наоборот, если мы планируем захватывать твердый объект, желательно, чтобы губки манипулятора были эластичными (например, были прорезинены или же были гибкими).

Совок

Этот тип манипуляторов применяется для подъема и перемещения различных объектов.

Шаг 2 — Определение критериев и сравнительный список

Следующим шагом является определение критериев, по которым будет сравниваться каждый из вариантов. Необходимо перечислить все сопоставления, которые важны. Некоторые критерии являются более общими и могут быть использованы в различных сравнениях. Некоторые примеры общих критериев:

• сложность (чем меньше, тем лучше),
• надежность (чем больше, тем лучше),
• эффективность (больше, значит лучше).

Некоторые критерии являются более конкретными. Для манипулятора из нашего примера, могут быть выбраны следующие критерии:

• сила захвата,
• требуемая точность управления,
•  скорость захвата.

Чем более тщательная работа будет проведена над выбором критериев для сравнения, тем точнее сможет быть использована матрица принятия решений для оценки альтернативных вариантов. Это может относиться как к количеству, так и к качеству сравнительных критериев.

Шаг 3 — Компоновка матрицы принятия решений

После того, как определены критерии для сравнения, можно начать формировать матрицу принятия решений.

Шаг 4 — Вес оценочных критериев

Возможно, это самый важный шаг в построении матрицы принятия решений. Это также и один из самых сложных шагов. На этом этапе разработчик ранжирует каждый из оценочных критериев на основе их «важности». В некоторых случаях, хорошей идеей будет установить максимальную сумму для весов. То есть сумма всех значений весов критериев должна составлять фиксированную величину. Использование этого суммарного значения, вынуждает пользователя делать трудный выбор важности каждого критерия. В приведенном ниже примере используется суммарный вес равный 50 единицам. Без этого ограничения, можно искусственно завысить веса. Например, можно назначить вес каждого критерия по 1 миллиону.

Можно заметить, что в приведенном выше примере для разработчика, механизм, захватывающий мяч быстро и сильно его удерживающий значит больше, чем физический вес механизма или то, насколько сложным является механизм.

Шаг 5 — Сбор информации

Для эффективного сравнения различных вариантов проекта очень важно собрать информацию о каждом из них, чтобы узнать, насколько хорошо они соответствуют каждому из критериев оценки. В идеальных условиях, нужно полностью разработать и изготовить каждый из вариантов решения, а затем можно выбрать лучшую разработку. К сожалению, в реальном мире, этот вариант редко реализуем. Но мы можем изучить каждый из альтернативных вариантов без его физического воплощения. Например, чтобы сравнить каждую конструкцию на основе критерия сложности, можно составить ведомость по материалам и оценить, сколько частей будет в каждой конструкции. Это оценочное количество деталей не будет точным, но, вероятно, будет достаточно близким к реальному, что поможет разработчику сравнить варианты.

Одним из самых полезных способов сбора информации является макетирование. Собирается макет каждой альтернативной разработки и проверяется их эффективность. Результаты этих тестов являются хорошим источником информации для получения данных в матрице принятия решений.

Шаг 6 — Оценка вариантов проектов

На этом этапе разработчик должен оценить различные альтернативные решения, насколько хорошо они отвечают сравнительным критериям. В приведенном ниже примере, каждый из вариантов оценивается по шкале от 1 до 10 (1 является худшей оценкой, 10 будет лучшим результатом). Иногда лучше работает оценка всех трех вариантов сразу, основываясь на одном критерии. Таким способом можно сравнивать различия между ними.

В приведенном выше примере показан один из вариантов оценки альтернативных решений. В этом случае, разработчик думает, что роликовый захват и клешня имеют обычную сложность, в то время как совок является очень простым и получает высокую оценку при сравнении конструкционной сложности (чем сложнее механизм, тем меньшую оценку мы ставим). Хотя это всего лишь гипотетический пример, можно понять, откуду берутся эти оценки: роликовый захват и клешня имеют больше движущихся частей, чем совок. Альтернативные варианты можно оценить и на основе других критериев аналогичным образом.

Шаг 7 — Вычисление взвешенных оценок

После того, как определены веса и оценки, легко вычислить взвешенные оценки. Каждая взвешенная оценка состоит из оценки альтернативного варианта, умноженной на вес оценочного критерия. Например, роликовый захват получил оценку 5 за сложность, и сложность имеет вес 5. Это означает, что роликовый захват имеет взвешенную оценку 5 × 5 = 25.

Другие взвешенные оценки получаются аналогичным способом:

Шаг 7 — Нахождение итоговых взвешенных оценок

Это последний этап. Теперь мы просто суммируем взвешенные оценки, чтобы найти общую взвешенную оценку для каждого альтернативного варианта. В приведенном ниже примере, роликовый захват является вариантом-победителем.

Анализ результатов

Очень часто взвешенные оценки не совпадают с предубеждением разработчика о том, какой из вариантов является «лучшим». Это хорошо! Матрица принятия решений позволяет реально сравнить варианты без предвзятости разработчика в отношении какого-либо варианта. Эта часть «волшебства» в применении этого метода, которая помогает с принятием проектных решений. Тот факт, что каждый оценочный критерий предварительно взвешивается, позволяет провести более непредвзятый анализ и выяснить, насколько хорошо каждый вариант конструкции соответствует тому, что является наиболее важным для дизайнера. Результаты редко получаются некорректными (кроме случаев, когда вес или оценки подгоняет сам разработчик, предвзято подходя к работе с самого начала процесса).

Получение достоверных результатов

Если разработчик имеет сильное предвзятое мнение о том, какие варианты «должны» выиграть, то он может «настроить» процесс путем подгонки некоторых весов или оценок. Для того, чтобы сделать эффективным этот инструмент разработки, необходимо оставаться беспристрастным, насколько это возможно, и следовать процессу правильно, без предварительного планирования его результатов.

Одним из основных способов предотвращения предвзятости, является, когда это возможно, использование количественных критериев. Количественные критерии — это те критерии, которые могут быть измерены и непосредственно сравнены. Например, если были созданы макеты каждой из концепций в нашем примере, можно непосредственно сравнить усилия, необходимые для снятия мяч с захвата. Это позволило бы обеспечить количественное измерение силы хвата, и произвести ранжирование каждой концепции достаточно просто.

Вариации методики

Перечисленные выше этапы являются лишь одним из способов применения матрицы принятия решений в процессе проектирования. Она может быть реализована множеством различных способов. В частности, числа оценок могут изменяться различными способами.

Веса в приведенном выше примере используют открытую шкалу с максимальной суммой весов равной 50, а оценки лежат в диапазоне 1-10. Эти значения могут совершенно иными. Например, каждый вес может опираться на шкалу значений от 1 до 10, а каждая оценка принимать целочисленные значения от 1 до 3. Каждый разработчик должен изменить процесс построения матрицы принятия решения, учитывая собственную специфику.

[add_ratings]