Um modelo de análise de decisão para seleção de materiais usando processo de classificação simples

Jun 16, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8631 (2023) Citar este artigo

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Um grande número de materiais e vários critérios transformam os problemas de seleção de materiais em problemas complexos de tomada de decisão multicritério (MCDM). Este artigo propõe um novo método de tomada de decisão denominado processo de classificação simples (SRP) para resolver problemas complexos de seleção de materiais. A precisão dos pesos dos critérios tem impacto direto nos resultados do novo método. Em contraste com os métodos MCDM atuais, a etapa de normalização foi eliminada do método SRP como uma fonte potencial de produção de resultados incorretos. A aplicação do método é adequada para situações com altos níveis de complexidade na seleção de materiais, pois considera apenas os postos de alternativas em cada critério. O primeiro cenário do método vital-imaterial medíocre (VIMM) é usado como uma ferramenta para derivar pesos de critérios com base na avaliação de especialistas. O resultado do SRP é comparado com vários métodos MCDM. A fim de avaliar os resultados da comparação analítica, uma nova medida estatística conhecida como índice de decisão de compromisso (CDI) é proposta neste artigo. O CDI revelou que os resultados dos métodos MCDM para resolver a seleção de materiais não puderam ser comprovados teoricamente e precisam ser avaliados pela prática. Como resultado, a análise de dependência – uma medida estatística inovadora adicional é introduzida para demonstrar a fiabilidade dos métodos MCDM, avaliando a sua dependência dos pesos dos critérios. As descobertas demonstraram que o SRP é extremamente dependente dos pesos dos critérios e sua confiabilidade aumenta com o número de critérios, tornando-o uma ferramenta perfeita para resolver problemas desafiadores de MCDM.

Problemas de seleção de materiais e métodos de tomada de decisão multicritério (MCDM) têm fortes relações. A seleção de materiais adequados é a tarefa mais desafiadora na concepção e desenvolvimento de novos produtos1. O projeto de engenharia gira em torno dos objetivos de alcançar alto desempenho, minimizar custos e ser ambientalmente consciente, que muitas vezes são limitados pelos materiais. Portanto, um dos principais objetivos do design ideal de produtos é a seleção de materiais que atendam aos critérios de design e, ao mesmo tempo, proporcionem o mais alto nível de desempenho com o custo mais econômico2,3. A seleção de materiais é um processo complexo de tomada de decisão que envolve a seleção dos materiais mais adequados a partir de uma gama de alternativas disponíveis com base em múltiplos critérios. Tomada de decisão multicritério (MCDM) refere-se a uma classe de métodos matemáticos usados ​​para resolver problemas complexos de tomada de decisão. Estes problemas surgem frequentemente em situações do mundo real, onde os decisores têm de selecionar entre um conjunto de alternativas que diferem em vários critérios ou dimensões. O objectivo do MCDM é identificar a melhor alternativa possível ou conjunto de alternativas com base nas preferências e prioridades dos decisores. Os problemas MCDM são normalmente representados em formato de matriz, onde cada linha representa uma alternativa e cada coluna representa um critério. Os elementos da matriz correspondem ao desempenho de cada alternativa em cada critério. Os decisores são então solicitados a fornecer pesos ou prioridades para cada critério, indicando a importância relativa de cada critério no processo de tomada de decisão. Os problemas de seleção de materiais também envolvem a avaliação e seleção do material mais adequado a partir de um conjunto de alternativas baseadas em múltiplos critérios. Este tipo de problema exige que o tomador de decisão avalie a importância de cada critério e avalie as alternativas de acordo. As decisões de seleção de materiais normalmente envolvem vários critérios conflitantes, como custo, desempenho, durabilidade, propriedades físicas e de engenharia, fatores ambientais, custo e capacidade de fabricação, entre outros. Esses critérios podem ter diferentes unidades de medida, tornando difícil comparar e avaliar alternativas usando uma única métrica. Como a seleção de materiais pode ser convertida em um problema de forma de problema MCDM, os métodos MCDM são soluções adequadas para encontrar o melhor material para atender às necessidades de projeto e desenvolvimento de produtos. Muitos pesquisadores têm chamado a atenção para a conexão entre os métodos MCDM e os problemas de seleção de materiais. Segundo4, entre vários métodos e técnicas empregados para selecionar o material mais adequado para diferentes projetos, as metodologias MCDM estão entre as abordagens mais populares. A Referência5 chama os problemas de seleção de materiais de dilemas MCDM e6 acredita que os métodos MCDM são a única solução para os problemas de seleção de materiais que incorporam um grande número de características de desempenho concorrentes e estão envolvidos com muitos tomadores de decisão. Semelhante aos últimos autores7, argumenta que os métodos MCDM são ferramentas eficientes para gerenciar eficazmente problemas de seleção de materiais incorporando diversas propriedades de materiais e critérios variados. A Referência8 também mencionou que os métodos MCDM auxiliam na obtenção dos resultados desejados de um produto, uma vez que os métodos avaliam o desempenho dos materiais sob critérios conflitantes. A utilização de métodos MCDM em problemas de seleção de materiais apresenta diversas vantagens. Primeiro, fornece uma abordagem sistemática e objetiva para avaliar e classificar materiais com base em múltiplos critérios. Em segundo lugar, ajuda os decisores a identificar os critérios críticos que têm o impacto mais significativo (com maior valor de peso) na decisão. Terceiro, permite que os tomadores de decisão avaliem e comparem o desempenho de diferentes materiais em diferentes cenários. Por último, proporciona uma abordagem transparente e estruturada ao processo de tomada de decisão, o que pode ajudar a construir consenso e melhorar a comunicação entre as partes interessadas. Os métodos MCDM são amplamente utilizados em problemas de seleção de materiais para calcular os pesos dos critérios e determinar a classificação dos materiais. Diferentes estudiosos propuseram várias categorias para essas duas tarefas. Os métodos de ponderação MCDM geralmente podem ser classificados em duas categorias: métodos de ponderação subjetivos e métodos de ponderação objetivos. Os métodos de ponderação subjetiva baseiam-se exclusivamente em opiniões, expectativas e julgamentos humanos para atribuir pesos aos critérios, enquanto os métodos de ponderação objetivos extraem os pesos dos critérios da matriz do problema de tomada de decisão. Os métodos de classificação são divididos em quatro subcategorias, incluindo métodos de superação, métodos de classificação de compromisso, métodos baseados em distância e métodos que usam comparação de pares. A complexidade de um problema MCDM está associada a: