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제 7 장 의사결정과 개념 선택 PowerPoint PPT Presentation


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제 7 장 의사결정과 개념 선택. 7.1 서론 7.2 의사 결정 7.3 평가방법. 7.1 서론. 공학 설계 과정 : 부족한 정보 속에서 수행된 일련의 결정 과정 현명한 설계 결정 - 창의력 , 정보수집 능력 , 물리적 원리를 결합하여 작용하는 원리를 만들어내는 능력 의사 결정 이론 : 순수 수학 , 경제학 , 심리학 , 확률 및 기타 근거하여 예 ) OR ( Operations Research ) : 2 차대전의 군사작전문제 해결방법

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제 7 장 의사결정과 개념 선택

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Presentation Transcript


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제 7 장 의사결정과 개념 선택

7.1 서론

7.2 의사 결정

7.3 평가방법


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7.1 서론

  • 공학 설계 과정: 부족한 정보 속에서 수행된 일련의 결정 과정

  • 현명한 설계 결정

    - 창의력, 정보수집 능력, 물리적 원리를 결합하여 작용하는 원리를 만들어내는 능력

  • 의사 결정 이론 : 순수 수학, 경제학, 심리학, 확률 및 기타 근거하여

    예) OR ( Operations Research ) : 2차대전의 군사작전문제 해결방법

    [ 독일 잠수함의 공격을 피할 호위선단 배치방안 수립 ]

  • 평가 및 개념선택 단계


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7.2 의사결정

7.2.1 의사결정의 형태적 측면

  • 행동 심리학 : 개인이나 단체가 겪는 위기의 영향을 이해하게 함

  • 심리적 스트레스

  • 의사결정자가 선택한 행동에 의해 발생할 물질적, 사회적 손실에 대해 염려

  • 의사결정권자의 평판이나 자존심이 위험에 처한다는 것을 잘 알기 때문

  • 의사결정의 도전에 대처하는 다섯 가지 기본적인 유형

  • 대립 없는 집착 : 손실위험에 대한 정보를 무시, 현 활동을 지속하기로 결정

  • 대립 없는 변경 : 추천된 행동을 비판 없이 수용

  • 방어적 회피 : 대립을 피하기 위해 질질 끌거나 책임을 다른 사람에게 전가함

  • 과도한 경계 : 너무 즉각적으로 문제 해결을 탐색함

  • 경계 : 결정하기 전 공정한 방법으로 주의 깊게 평가


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7.2.1 의사결정의 형태적 측면

  • 결정에서의 기본요소와 그들 각각에 의한 기여도

  • 사실은 실질적인 지식을 추출해 내려는 시도에 의해 평가

  • 수집한 사실, 지식과 경험을 기초로 문제를 평가

  • 의사결정 과정에서가장 중요한 요소

     상황을 명확히 이해하고 판단해야 : 결정해야 할 상황이 불투명하기 때문

     should [ 목적 달성을 위해 기대되는 수행 표준 ]

    must [ 타협할 수 없는 요구사항 ]

    want [ 협상이 가능한 사항]


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7.2.1 의사결정의 형태적 측면

  • 결정을 위한 순서

  • 우선 결정의 목적이 확립되어야 한다.

  • 목적을 중요도에 따라 분류한다( must와 want로 구분한다 ).

  • 대안 행동들을 개발한다.

  • 대안들을 목적에 따라 평가한다.

  • 모든 목적에 도달할 수 있는 최선의 대안을 임시로 선택한다.

  • 임시 선택한 안에 대해 예상되는 바람직하지 않는 결과를 상세히 조사한다.

  • 예상되는 바람직하지 않은 결과를 피하기 위한 다른 행동을 취하고, 취해진 행동이

    제대로 수행되게 함으로써 최종결정의 영향을 제어한다.


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7.2.2 의사결정 이론

  • Operations Research(경영과학) : 수학에 기초한 의사결정이론

  • 의사결정이론(Decision theory) : 가치를 창출하는 효용이론(utility theory)과

    인식상태를 평가하는 확률이론(probability theory)에 기초

  • 의사결정 모델의 6가지 기본요소

  • 대안적 행동 또는 행동(Alternative courses of action)

  • 실제상황 또는 환경특성 상태(States of nature)

  • 성과(Outcome): 행동과 실제 상황의 조합의 결과

  • 목표(Objective): 달성하기 원하는 것을 선언한 것

  • 효용가치(Utility): 성과와 관련 지은 만족도의 척도

  • 인식상태(States of knowledge): 확실성의 정도


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7.2.2 의사결정 이론

  • 의사결정 모델

1) 확정적 의사결정 : 발생할 확률이 100%

2) 불확실성하의 의사결정 : 지정된 발생 확률

3) 위험하의 의사결정 : 확률은 알려져 있지 못함

4) 대립하의 의사결정 : 대립자에 의해 결정된 행동

예제 7.1 확정적 의사결정[ 자동차 흙받기(fender)의 재료선택 ]

  • 자동차 펜더의 도로 소금부식에 저항하는 최선의 재료를 선택

  • 효용가치

     재료비, 가공비, 부식저항

[숫자는 손실의 정도]

[no salt] [weak salt] [strong salt]

Steel

Aluminum

FRP

 소금이 없는 경우, steel이 가장 적합함


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7.2.2 의사결정 이론

예제 7.2 불확실성 하의 의사결정[ 자동차 흙받기(fender)의 재료선택 ]

 실제 상황에서 발생확률을 예측해야

[no salt] [weak salt] [strong salt]

 Aluminum이 가장 적합함

[no salt] [weak salt] [strong salt]

Steel

Aluminum

FRP


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7.2.2 의사결정 이론

[no salt] [weak salt] [strong salt]

Steel

Aluminum

FRP

위험 하의 의사결정 :결과와 관련된 확률을 모름

 손실최소와 성과최대의결정법칙을 활용

1) 손실최소(Max-min) 결정법칙 –손실을 최소화하는 방안을 선택[안전 위주: 비관론)

[ Minimize the maximum loss]

2) 성과최대(Max-max) 결정법칙 –성과를 최대화하는 방안을 선택[낙관론]

[ Maximize the maximum outcome]

예제 7.3 손실최소 결정법칙을 적용한 경우

  • 최대 손실을 최소로 할 수 있는 대안을 선택하는 결정

[aluminum]

예제 7.4 성과최대결정법칙을 적용한 경우

  • 최대 성과를 최대로 할 수 있는 대안을 선택하는 결정

[steel]

 실제로는 두 결정을 절충한 결과를 얻어야 함 : 낙관론 지수 를 도입


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[no salt] [weak salt] [strong salt]

7.2.2 의사결정 이론

Steel

Aluminum

FRP

위험 하의 의사결정 :결과와 관련된 확률을 모름

 낙관론 지수를 도입한 경우

예제 7.5 결정기준의 결합

  • 결정기준 : 낙관론 지수 = 0.3

 Aluminum이 가장 적합함


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7.2.3 효용 이론 :

  • 가치(Value) : 선택에 의해 포함된 대안의 특성

  • 선호도(Preference) : 상대적인 가치를 진술  의사결정권자의 주관성

  • 효용(Utility) : 선호도 순서의 척도

  • 한계효용(Marginal utility) : 소유하고 있는 양에 한 단위를 더할 경우

    얻어지는 것의 상태 한계효용 체감의 법칙

예제 7.6 소규모 R&D 실험실에 제안된 두 가지 계약

 최대성과를 원하면, 계약 1을선택

 최소손실을 원하면, 계약 2를 선택

결정권자의 선호도가 반영 안 됨

 효용함수를 도입

[ 효용함수는 비선형적 ]


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7.2.3 효용 이론

예제 7.7 $60,000 수익의 성과에 대한 효용 가치

  • 질문 1: 나는 어떤 것을 선호하는가?

    A: 확실한 $60,000 수익 또는

    B: $100,000 수익확률 75% 및 $40,000 손실확률 25%

     평가자대답 : B는 위험 부담이 너무 커서 A를 선호한다.

  • 질문 2: B의 확률을 바꾼다면 어떤 것을 선호하는가?

    A: 확실한 $60,000 수익 또는

    B: $100,000 수익확률 95% 및 $40,000 손실확률 5%

     평가자대답 : 이러한 확률이라면 B를 선호한다.

  • 질문 3: B의 확률을 다시 바꾼다면 어떤 것을 선호하는가?

    A: 확실한 $60,000 수익 또는

    B: $100,000 수익확률 90% 및 $40,000 손실확률 10%

     평가자대답 : A와 B사이에서 동전던지기를 하겠다.


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7.2.4 의사결정 수형도(decision tree)

  • 계속적으로 의사결정을 해야 하는 경우에 유용

  • 의사결정 tree:

    1) 정사각형은 의사결정 순간

    2) 원은 실제상황

    3) 마디 사이의 거리는 걸리는 시간


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7.2.4 의사결정 수형도(decision tree)

  • R&D 프로젝트 수행에 따라 예상되는 성과(payoff) : 성과 기대치를 끝부분에서 역으로 계산

    E=0.3(1.8)+0.5(1.0)+0.2(0.4)=$1.12M : 정시 프로젝트로 수행할 경우(시점 2에서)

    E=0.1(1.4)+0.5(0.8)+0.4(0.3)=$0.66M : 3년 후 프로젝트로 채택(결정시점 3에서)

    E=0.3(0.66)+0.7(0)-2= -$1.8M : 2년 후 프로젝트로 채택(결정시점 2에서)

    E=0.5(1.12)+0.5(0)-4.0=-$3.44M : 정시 프로젝트로 수행할 경우(시점 1에서)

     성과 기대치가 너무 낮으므로 이 프로젝트는 착수하지 말아야


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7.3 평가 방법

  • 평가(Evaluation)

    - 어느 대안이 최선인가에 대한 결정을

    내리기 전에 비교를 해야

- 절대적 비교 : 개념안을 제품설계사양이나

설계규정과 같은 요구사항들과 직접 비교

- 상대적 비교 : 개념안을 서로 비교


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7.3.1 절대적 기준에 근거한 비교

1) 설계의 실행 가능성에 대한 평가 –초기 평가[ 전문지식에 의해 좌우됨 ]

(a) 그것은 실행 불가능하다(작동하지 않는다).

(b) 그것은 조건에 따라 실행 여부가 달라진다.

(c) 작동할 것처럼 보인다.

2) 기술의 성숙도에 대한 평가 –사용될 기술에 대한 추가연구개발 필요 여부

(a) 알려진 공정을 통해 생산 가능한가?

(b) 기능을 좌우할 결정적인 변수는 확인되었는가?

(c) 변수의 안전한 작동범위와 민감도는 알려져 있는가?

(d) 파손의 양상은 확인되었는가?

(e) 위의 네 질문에 대해 긍정적인 대답을 보여줄 실물이 존재하는가?

3) 소비자 요구사항의 만족여부에 따른 평가

Yes  진행, Maybe  진행, No  중지


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7.3.1 절대적 기준에 근거한 비교

예제 7.8 근육에 액체의 약품을 주입하는 주사기의 개념안

  • 형태학적 차트를 사용

  • 절대적 비교평가를 위해 가능한 질문과 답변

    < 개념안 > 단단한 튜브를 통과하여 피부와 근육에 구멍을 내기 위하여 뾰족한 도구를

    사용하고, 약은 손펌프를 사용하여 주입한다. 장치는 테이프로 적절한 위치에 고정한다.

    질문 : 실제 환자 진료에서 이 기기를 사용하면, 모든 부품이 제대로 작동할 것 같은가?

    답변 1:접착테이프가 필요한 안정성을 제공할지 의심스럽다.

    답변 2:왜 단단한 튜브를 사용하는가?

    결정:중지할 이유가 없으므로 계속 진행한다.


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7.3.2 Pugh의 개념안 선정 방법

  • 각각의 개념안을 기준개념안(reference or datum concept)과 상대적으로 비교

  • 각각의 평가기준에 대하여 현안이 되고 있는 개념안이 기준 개념안과 비교

  • 두 개념안 중 어떠한 것이 나은지 또는 부족한지를 결정

     각 개념안은 절대 평가기준을 이미 통과한 것이어야


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7.3.2 Pugh의 개념안 선정 방법

  • 개념안 선정방법의 단계

    1. 개념안을 평가할 평가기준의 선택: 평가기준은 품질의 집에서 공학적 특성에 의하여 결정하고,

    부족한 것은 고객 요구사항에 근거해서 결정

    2. 결정 매트릭스의 정식화: 수평축 평가기준, 수직축 개념안

    3. 개념안의 명확화: 구성원 모두가 각 개념안에 대하여 같은 수준으로 이해해야

    4. 기준 개념안의 선택: 구성원들의 과반이 찬성하는 안을 선택하여 Datum으로 표시

    5. 각 개념안을 평가기준별로 기준안과 비교: 더 나으면  +, 더 못하면  -,

    같으면  = 로 해당 난에 표시하여 비교 등급행렬을 작성

    6. 등급의 평가: +, -, = 등급의 합을 구한 후, 각 개념안의 강점과 약점을 파악하고

    약점을 보완할 수 있는 방안을 찾는다. 평가기준의 적절성을 점검하라.

    7. 새로운 기준을 확립하고 행렬을 다시 작성함: 최고 등급을 받은 개념안을 새 기준으로

    비교등급 행렬을 다시 작성

    8. 기회를 개선하기 위해 선택된 개념안을 점검함: 가장 우수한 개념안이 결정되면,

    그 개념안에서 취약한 부분을 개선할 수 있는 방안을 모색한다.


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7.3.2 Pugh의 개념안 선정 방법

예제 7.9 직각 드릴의 on/off 스위치 설계 개선


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7.3.2 Pugh의 개념안 선정 방법

예제 7.9 직각 드릴의 on/off 스위치 설계 개선[ 비교등급 평가 행렬 ]

1) 설계안 D가 최상위 스위치

미적인 면과 인간 공학적인면에서 부정적 평가

2) 설계안 C는 재료공급 어려움이 부정적 요소

 해외공급업자 찾음

(30% 할인된 가격)

 최종 설계안 C를 선택


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7.3.3 측정등급

  • 명목 척도(명명 척도, Nominal scale): 집단 명칭[내용] -> 동일여부

  • 서열 척도(순위 척도, Ordinal scale): 서수 -> 서열변수[ 더 중요 ->1, 덜 중요 -> 0 ]

  • 등간 척도(간격 척도, Interval scale): 임의 쌍에 대한 값의 차이는 의미 있게 비교

  • 비율 척도(Ratio scale): 척도를 고정하기 위해 0값을 사용하는 등간 척도

     가중치를 확립하는 데 필요

A행 기준 : A > B  1

A < C  0

[C행 기준: C > A  1]


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7.3.4 가중치가 포함된 의사결정 행렬(Weighted Decision Matrix)

  • 설계 평가기준에 가중치를 사용하여 순위를 매기고, 설계개념안이 평가기준에 부합하는 정도에 따라 점수를 책정하여 경쟁관계에 있는 개념안들을 평가

[ 가중치를 결정하는 방법 ]

  • 직접적인 지정: 평가기준의 중요도에 따라 평가점수를 백분율로 지정, 동일 제품을 다년간 설계한 경험이 있는 팀이 주로 사용

  • 목표 나무(Objective Tree):동일한 수준에서 영역별로 비교

  • 계층분석방법(AHP: Analytic Hierarchy Process), 가장 체계적이고, 간편한 방법


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7.3.4 가중치가 포함된 의사결정 행렬(Weighted Decision Matrix)

예제 7.10 고중량 강철 기중기 고리의 설계

(1) 화염 절단한 강판을 서로 용접한다.

(2) 화염 절단한 강판을 서로 리벳이음한다.

(3) 일체형 고리로 주조한다.

  • 설계 평가기준 (1) 재료비, (2) 가공비, (3) 생산시간 (4) 내구성, (5) 신뢰성, (6) 수리가능성

  • 재료비의 가중치


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7.3.4 가중치가 포함된 의사결정 행렬(Weighted Decision Matrix)

예제 7.10 고중량 강철 기중기 고리의 설계

* 서열 척도의 표시


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7.3.4 가중치가 포함된 의사결정 행렬(Weighted Decision Matrix)

예제 7.10 고중량 강철 기중기 고리의 설계

  • 의사결정 행렬

  • 설계 평가 기준 : 비율 척도(ratio scale), 서열 척도(ordinal scale),

 최선방안 : 리벳이음


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7.3.5 계층분석방법(AHP)

  • 선택기준이 다중 목표를 나타내며, 정성적 및 정량적 측정값으로 구성되어 있을 경우,

    상호비교법으로 여러 해결안들 중에서 가장 좋은 해결안을 선택을 하기 위한 평가방법

     행렬의 수학적 특성을 이용하여

     시험하지 않은 개념안의 비교; 새로운 상황을 위한 의사결정 과정의 구조화;

    집단 의사결정의 수행 및 추적에 대한 평가; 서로 다른 원천에서 나온 결과의 통합;

    전략적 의사결정의 수행

* AHP 과정(AHP Process)

  • 한 개의 계층 수준에 대한 결정기준의 가중치를 계산

  • 상호비교법에 기초한 방법 : 상대적 등급 결정


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7.3.5 계층분석방법(AHP)

(1) 평가기준 가중치 결정을 위한 AHP 과정

 비교 행렬 [C]를 작성 : AHP등급 시스템을 이용, Excel에 데이터 입력

1) 표 7.6에 따라 평가기준의 중요도를 정하고, 평가기준 비교행렬 [C]를 완성한다.

[ 예) 재료비1, 가공비3, 수리가능성5, 내구성9, 수리 가능성7,

생산시간0.33]

2) 행렬 [C]를 정규화하여 행렬 [ Norm C ]를 만든다.

3) 행 원소의 평균을 구하고, 이것을 가중치 벡터 {W}라 부른다.

4) 표 7.8에서 설명한 것과 같이 행렬 [C]에 대한 일관성을 점검한다.


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7.3.5 계층분석방법(AHP)

(1) 평가기준 가중치 결정을 위한 AHP 과정


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7.3.5 계층분석방법(AHP)

(1) 평가기준 가중치 결정을 위한 AHP 과정


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7.3.5 계층분석방법(AHP)

(2) AHP 비교행렬 [C]의 일관성 점검 과정

1) 가중치가 포함된 합 벡터를 계산한다. {Ws}=[C]X{W}

2) 일관성 벡터를 계산한다. {Cons}={Ws}/{W}

3) {Cons}의 값들의 평균 λ를 계산한다.

4) 일관성 지수를 평가한다. CI=(λ-n)/(n-1), [ n : 평가기준의 수 ]

5) 일관성 비(CR: Consistency Ratio)를 계산한다. CR=CI/RI. Random index (RI)값은

임의로(무작위로) 형성된 행렬 [C]에 대한 일관성 지수 값이다.

6) 만일 CR<0.1 이라면 {W}는 유효하다고 간주한다. 그렇지 않은 경우 행렬 [C]의 성분을

조정한 후 반복한다.

Ws1= 1.0x0.047+0.33x0.079

+0.2x0.124+0.11x0.445

+0.14x0.272+3.0x0.033

=0.286


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7.3.5 계층분석방법(AHP)

(2) AHP 비교행렬 [C]의 일관성 점검 과정


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7.3.5 계층분석방법(AHP)

(3) 평가기준에 관한 설계 대안의 등급 결정 –각 선택기준에 대한 대안들을 두 개씩 상호비교

1) 경쟁관계에 있는 설계대안들의 쌍을 평가하기 위해 표 7.9의 1~9등급을 사용하여 비교

행렬 [C]를 완성한다.

2) 행렬 [C]를 정규화된 행렬 [ Norm C ]로 만든다.

3) 행 성분들의 평균을 구한다. –이것이 설계대안 등급의 우선순위 벡터 {Pi}

4) 행렬 [C]에 대한 일관성 점검을 수행한다.


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7.3.5 계층분석방법(AHP)

(3) 평가기준에 관한 설계 대안의 등급 결정


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7.3.5 계층분석방법(AHP)

(4) 최선의 설계대안 결정

1) 최종 의사결정 등급 행렬[Final decision Rating matrix]=[FRating]을 만든다: 세 설계방안에

대해서 각 평가기준의 상대적 우선순위를 나타내는 행렬을 만든다.

2) 우선 [FRating]의 전치(transpose)를 구하고, {설계 대안 값}을 계산한다.

(3X6)행렬과 (6X1)행렬을 곱하기 때문에 행렬 곱셈이 가능하다.

3) 설계대안의 가치가 제일 큰 것을 선택한다.


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[용접판재 설계의 가치평가]

= 0.200x0.047+0.260x0.079

+0.292x0.124+0.429x0.445

+0.260x0.272+0.260x0.033

= 0.336

7.3.5 계층분석방법(AHP)

(4) 최선의 대안 결정

3) 설계대안의 가치가 제일 큰 것을 선택한다.

 가장좋은 설계방안은 리벳이음 판재이다.

 표 7.5[가중치에 의한 평가]의 결과와 동일

 AHP는 평가기준에 대한 가중치 부여가 체계적임


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7.4 요약

  • 설계개념안 선택에 의사결정이론을 적용

  • 의사결정이론: 효용이론과 확률이론에 기초


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7.4 요약

  • 의사결정

    1) 효용가치와 확률을 기초로 기대효용가치가 최대가 되는 안을 선택

    2) 의사결정 수형도(decision tree)를 작성하고, 최대기대치를 얻을 수 있는 안을 선택

    [ 평가방법 ]

    1) 절대기준에 의한 비교

    - 제품설계사양이나 설계요구사항들에 관해서 직접 비교

    - 실행(작동)가능성, 기술 성숙도와고객의 요구사항들의 만족도를 점검

    2) Pugh 방법에 의한 비교

    - 절대기준에 의한 평가를 거친 개념안에 대해서 평가

    - 각 개념안을 기준 개념안과 상대적으로 비교


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7.4 요약

[ 평가방법 ]

3) 가중치 의사결정 행렬에 의한 비교

- 설계 평가기준에 가중치를 사용하여 순위를 매김

- 평가자의 경험적에 의하여 가중치를 부여하므로 가중치가 정밀하지 못함

4) 계층분석방법(Analytic Hierarchy Process: AHP)에 의한 비교

- 선택기준이 다수이고, 정성적 및 정량적 측정값으로 구성되어 있을 경우에

설계대안을 선택하기 위함

- 상대등급으로 표시된 비교행렬을 이용하여 평가기준의 가중치를 계산

비교행렬의 일관성 점검과정이 포함 되어 있으므로 가중치 계산이 체계적

- 평가기준에 관한 설계대안의 등급 결정

- 최선의 대안을 결정


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  • 과제 : 개념설계 보고서 제출

  • 개념설계 보고서 양식 – 학부 홈페이지 ‘강의자료실’ 에 공지됨

  • 제출일자 : 11월 21일(월)

  • 개념안 생성 및 평가 방법 :

    1) 형태학적 차트 작성[ 6장 참조 ]

    2) 가중치 의사결정 행렬[ 7장 참조 ]


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6.6.1 설계를 위한 형태학적 방법[ 사례: 근육에 약물 주입 ]


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6.6.1 설계를 위한 형태학적 방법

[사례: 근육에 약물 주입]


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[사례: 근육에 약물 주입]

  • 6.6.2 형태학적 차트로부터 개념창안하기

  • - 각 하부기능의 첫 번째 행에 나와 있는 부품의 대체안들을 결합

  • - 차트로 생성된 설계는 반드시 타당성에 대하여 조사

  •  많은 가능한 설계들에 대한 체계적인 탐구가 가능


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7.3.4 가중치가 포함된 의사결정 행렬(Weighted Decision Matrix)

예제 7.10 고중량 강철 기중기 고리의 설계

(1) 화염 절단한 강판을 서로 용접한다.

(2) 화염 절단한 강판을 서로 리벳이음한다.

(3) 일체형 고리로 주조한다.

  • 설계 평가기준 (1) 재료비, (2) 가공비, (3) 생산시간 (4) 내구성, (5) 신뢰성, (6) 수리가능성

  • 재료비의 가중치


7

7.3.4 가중치가 포함된 의사결정 행렬(Weighted Decision Matrix)

예제 7.10 고중량 강철 기중기 고리의 설계

* 서열 척도의 표시


7

7.3.4 가중치가 포함된 의사결정 행렬(Weighted Decision Matrix)

예제 7.10 고중량 강철 기중기 고리의 설계

  • 의사결정 행렬

  • 설계 평가 기준 : 비율 척도(ratio scale), 서열 척도(ordinal scale),

 최선방안 : 리벳이음


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