CC BY
18
ния конструкции устройств плавности хода для определения степени соответствия комфортному состоянию человека, оценен характер применяемых систем жизнеобеспечения пассажиров в вагоне в пути следования по принципу их действия и техническим особенностям; выявить перспективные тенденции в развитии вагоностроения в России для определения основных контуров научно-технической политики в этой области; разработана методика оценки конкурентоспособности пассажирского вагона исходя из сервисной функции и определения эффективности применения различных моделей тележек. В качестве технико-экономических критериев введены показатели плавности хода, утомляемости пассажиров, собственная частота колебаний кузова для колебаний подпрыгивания и галопирования, а также масса тележек. Проведенный расчет технико-экономического показателя конкурентоспособности пассажирского вагона показал целесообразность применения тележек безлюлеч-ного типа, благодаря которым улучшаются технические характеристики плавности хода и
увеличивается срок службы подвижного состава.
Таким образом, начала технических наук зародились на основе ранее сложившихся предпосылок в XVII - XVIII вв., отдельные технические науки сформировались в XIX -начале XX в., а во второй половине XX в. технические науки превратились в институ-циализированную подсистему науки в целом и в необходимый инструмент инженерной деятельности. К настоящему времени произошел переход от системы «техническая деятельность (механические искусства) -техника - технические знания» к системе «инженерная деятельность - техника - технические науки».
Исследование технических наук в рамках научной специальности 07.00.10 «История науки и техники» (технические науки) в МИИТе позволяет воссоздать историю и перспективы модернизации конкретных хозяйств на железнодорожном транспорте с целью совершенствования их производственной деятельности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Козлов Б.И. Возникновение и развитие 2. Тарасова В.Н. История науки и техники.
технических наук. Опыт историко - теоретиче- Учебное пособие. Ч. 1-4. - Ч. 1. - М.: МИИТ - 2004 ского исследования. Л. - 1988. - С. 31, 38, 46. - С. 1-12.
А.Б. Петроченков, А.В. Ромодин, Н.И. Хорошев
ОБ ОДНОМ ФОРМАЛИЗОВАННОМ МЕТОДЕ ОЦЕНКИ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ)
В текущей экономической ситуации при эксплуатации электроэнергетических объектов в различных отраслях обычно учитываются следующие основные требования [1]:
1. Производство, передача и распределение заданного количества электроэнергии (мощности) в соответствии с заданным графиком.
2. Надежная работа установок и энерго-
системы в целом.
3. Удовлетворительное качество электроэнергии.
4. Снижение ежегодных издержек на эксплуатацию.
Нахождение оптимума при решении задачи управления с учетом ранее выдвинутых требований означает, что заданный производственный эффект (уровень надежности,
количество и качество передаваемой электроэнергии) достигается при минимально возможных затратах материальных и трудовых ресурсов. Таким образом, необходимо говорить о том, что критерий оптимальности затрагивает экономическую составляющую хозяйственной деятельности предприятия.
Комплексные критерии качества и эффективности
Целевая функция (ЦФ) как комплексный показатель качества является мерой эффективности управленческого решения, или мерой приближения к эталону. ЦФ Е * (У) необходимо строить на основе убедительной и достаточно точной модели объекта. Для этого во множество критериальных свойств (КС) должны входить все известные свойства с достоверно определяемыми показателями. Для повышения точности вычисления ЦФ необходимо применять групповые экспертные оценки, данные многократных измерений и специальных расчетов.
Существуют несколько простых случаев, согласно которым судить об эффективности вариантов можно без построения ЦФ [1]. Однако, с практической точки зрения интересна ситуация, когда некоторый проигрыш по одному КС может быть скомпенсирован выигрышем по другим КС, и наоборот (варианты попадают в зону равной надежности).
Для того, чтобы записать возможные изменения у. в удобной для анализа форме,
необходимо установить пределы у. в условиях данной задачи и перейти к относительным величинам И, отражающим положение
у.к данного к-го варианта в этих пределах.
На шкале показателей КС (рисунок 1) устанавливают границы: уВ1 - верхнее значение, достижимое при современном уровне техники; уН 1 - нижнее возможное значение; у° -граничное значение по условиям, заданным на более высоком уровне иерархии решения задачи (ограничение).
Относительное положение у^ оценива-
ется путем функционального преобразования И (у,) такого, чтобы, И (уН 1) = О, Иг (уВ1) = П , где п,. - коэффициент весомости 1-го КС (при инверсной зависимости наоборот).
На рисунке 1 показаны возможные зависимости И (у). В первом приближении преобразование можно представить в линейной форме. Угол наклона прямых задается экспертным путем, исходя из условий задачи. Прямая 1 означает отказ от движения к уВг и исключение 1-го КС из целевой функции; оно остается лишь в ограничениях. Прямая 5 задается в том случае, если значение уО1 не может считаться удовлетворительным в перспективе. Прямая 3 задается в предположении линейного роста качества при изменении у от уН1 до уВ1. Прямые 2 и 4 - линейная аппроксимация рабочего отрезка предполагаемой кривой.
Степень приближения к уВ 1 является оценкой степени идеальности значения у1к (для инверсной зависимости наоборот). Приближение к идеальному значению будем считать мерой ценности. Ценность всего объекта (варианта) будем определять как сумму ценностей каждого КС:
Е * = (уг).
1=1
Задав значения V ^ как вклад 1-го КС в качество идеального объекта (варианта) при
п
условии = 1, получаем Е * = 1.
1=1
В квалиметрии свойства объекта отражают точкой п-мерного пространства, п -число свойств, представляющих интерес при сравнении объектов (вариантов) между собой и с некоторым эталоном или идеальным объектом. Чем ближе эта точка находится от точки, отвечающей эталону, тем выше качество объекта. Сравнение вариантов управленческих (технических) решений и проектов - это с математической точки зрения аналогичная задача.
Рис. 1. Нормирующее преобразование оценок выходных показателей объекта (прямая зависимость)
Задача
В связи с существующими недостатками, выявленными в ходе анализа системы планово-предупредительных ремонтов [2], а также с ростом количества оборудования, особое значение приобретают системы мониторинга и диагностики (рисунок 2), которые позволяют в той или иной степени идентифицировать состояние электротехнического оборудования (ЭО).
Следовательно, возникает необходимость в решении задачи оптимального распределения денежных потоков на мониторинг и диагностику в рамках поддержки жизненного цикла эксплуатируемых объектов электроэнергетики. Данное решение с учетом ранее выдвинутых требований может находиться как в области определенности (параметрические оценки надежности), так и неопределенности исходной информации (непараметрические оценки).
Исходя из всего вышесказанного, задача оптимизации распределения денежных средств на проведение различных работ по выявлению состояния ЭО является актуальной задачей в рассматриваемой области народного хозяйства.
Основной целью является разработка методики экспертной оценки надежности ЭО при принятии управленческих решений в условиях неопределенности исходной информации.
Источниками исходной информации, прежде всего, должны быть соответствую-
щие базы данных (БД): измерений физических величин, статистических данных (рисунок 2). Первая БД представляет собой данные о динамике развития дефектов и повреждений, а вторая - показатели надежности [3, 4]. Также необходимо ориентироваться на ремонтные и эксплуатационные документы, материалы специальных исследований, акты расследования аварий и рекламации, которые могут выступать в качестве дополнительных источников информации.
Бесспорно, что для принятия обоснованных решений необходимо опираться на опыт, знания и интуицию специалистов. Данная составляющая является наиболее приоритетной в системе принятия решения и определяет ее эффективность.
Рассмотрим в качестве примера решение упрощенной задачи выбора объекта (цеха добычи нефти и газа - ЦДНГ) для проведения работ согласно системам мониторинга и диагностики в условиях ограниченности финансовых возможностей и неопределенности исходной информации. Данное решение будет основано на коллективной экспертной оценке каждого варианта схем электроснабжения.
Каждое решение направлено на достижение одной или нескольких целей:
- провести мониторинг и в случае необходимости диагностику ЭО;
- осуществить ремонт, измерения, другие профилактические работы, направленные на достижение надежной работы установок и энергосистемы в целом.
Выбор оптимальных решений, в т.ч. из числа попавших в зону неопределенности, производится на основе рассмотренных ранее комплексных критериев эффективности. Процедура принятия решения на данных критериев и экспертных оценок состоит из следующих этапов:
1. Выбор экспертов.
Число экспертов должно быть не менее числа свойств, учитываемых при сравнении вариантов. Состав экспертов должен определяться необходимостью присутствия специалистов, компетентных в нужной области.
Ориентировочное число экспертов - от 5 до 10. В нашем случае число экспертов N = 5.
Информация из БД и с предыдущих уровней
Рис. 2. Схема оптимизации ресурса ЭО
2. Составление перечня свойств.
Эксперты устанавливают перечень свойств, подлежащих оценке. Ориентировочно в перечне от 3 до 7 свойств.
В нашем случае в качестве КС были выбраны следующие:
- техническое состояние ЭО (БД измерений) - min (плохое);
- число отказов (аварий) ЭО (БД статистики) - max;
- устойчивоспособность наряду с передаваемой мощностью - max;
- денежные затраты на методы съема параметров - min.
Техническое состояние электротехнического оборудования на основе БД измерений оценивается параметрически [5], используя, как правило, дистанционные неразрушаю-щие методы контроля без отключения оборудования.
Число вариантов рассмотрения m = 3 (оценка трех схем электроснабжения).
3. Определение весомостей.
Каждому свойству каждый эксперт присваивает оценочный ранг, который соответствует месту, занимаемому свойством в порядке убывания его важности. Наиболее важное свойство получает первое место или ранг а = 1.
4. Обработка матрицы рангов (сак). Дает возможность оценить весомость
каждого свойства (VI) согласно формуле 1.
Весомость каждого свойства определяется следующим образом:
п
^ = щ ■ щ) -1, (1)
1=1
где щ = 1 - А • (п ■ N)-1 + п"1; N - число экспертов; п - число свойств в перечне; А; -
N
сумма рангов 7-го свойства, А7 = ^ а 1к .
к=1
Таблица 1 Матрица рангов критериальных свойств
Е Г] =
Свойство, 7 Экспе рт, к Весомость КС,
1 2 3 4 5
1 1,5 1,5 2 1,5 1,5 0,40
2 4 3,5 3 3,5 3 0,10
3 3 3,5 4 1,5 4 0,13
4 1,5 1,5 1 3,5 1,5 0,36
5. Оценка эффективности вариантов по каждому свойству.
Данная оценка основана на выявлении показателей, связанных с этим свойством наглядными зависимостями. Например, числа каких-либо элементов в схеме или частоты возможных событий. Менее желательно использовать показатели, которые требуют расчетов и новых исходных данных. Достоверность таких показателей может быть оспорена экспертами, что недопустимо. Переход от численных показателей к относительным оценкам может быть осуществлен с помощью какого-либо линейного преобразования. В случае отсутствия показателей относительные оценки получаются путем ранжирования вариантов каждым экспертом.
На основе матрицы оценок (Ь7]к), где ] -номер варианта, можно получить сумму рангов В] -го варианта по 7-му свойству (таблица 2) и эффективность е7] каждого свойства для каждого варианта (формула 4, таблица 3):
N
В] = 2 Ь 7]к ; е, = 1 - В7] ■ (т ■ N)-1 + т- , (2) к=1
где т - число вариантов.
6. Комплексная оценка эффективности.
Эта оценка производится с помощью ЦФ
[1, 3]:
- средней арифметической формы:
Е *] = 2
V ■ е
7 7]
(3)
- средней гармонической формы: 1 70
2п' еи
V 7=1
(4)
Линейная форма может иногда дать весьма близкие оценки, если проигрыш по одному свойству компенсируется выигрышем по другому. У оптимального варианта значения Е ] и Е Г]- должны быть наибольшими. При неразличимости каких-либо вариантов по комплексному критерию процедуру для них следует повторить. Если неразличимость возникла из-за большой погреш-
Т-**
ности в оценках Е , следует изменить состав экспертов.
Таблица 2
Матрица оценок (Ы]) вариантов принятия решения
Схема, ] Свойство, 7
1 2 3 4
1 2 2 1,5 1
2 1 3 1,5 2
3 3 1 3 3
Примечание: рассматривается для N=1.
Таблица 3
Комплексная оценка эффективности ва-зиантов принятия решения
Схема, ] Эффективность каждого свойства для каждого варианта, е^ Е* Е*Г]
1 2 3 4
1 0,67 0,67 0,83 1,00 0,80 0,78
2 1,00 0,33 0,83 0,67 0,76 0,66
3 0,33 1,00 0,33 0,33 0,44 0,37
Если неразличимость возникла из-за близких значений Е* у вариантов, следует составить новый перечень свойств - из числа не учтенных при первом сравнении.
Применив данный алгоритм комплексных критериев эффективности к нашей задаче, можно получить оценочные отношения, представленные ниже в виде таблиц 2 и 3.
Погрешность оценок V7 в случае определения их группой экспертов вычисляется по множеству указанных экспертами значений как среднеквадратическое отклонение от
7 =1
среднего [1]. Погрешности оценок е1 определяются погрешностями измерения показателей КС у1 и распределением вероятностей этих погрешностей. В случае определения е1 экспертным путем погрешности этих оценок вычисляются аналогично погрешностям оценок v7.
Целевые
функции:
Вариант принятия решения
Рис. 3. Средняя арифметическая и гармоническая формы трех вариантов схем
Если оставить без внимания погрешности оценок, то варианты имеют вполне различимые оценки Е . Оценка средней гармонической - самая низкая (третья схема - рисунок 3), предупреждает, что принятие этого варианта осуществляется в самую последнюю очередь, при условии остатка денеж-
ных средств.
Заключение
Из методики анализа схем электроснабжения следует, что значение целевой функции Е (формулы 3 и 4) для каждого варианта объекта или системы является комплексной оценкой его качества. В зависимости от постановки КС оптимальным значением является либо минимальное, либо максимальное значение данной функции среди множества рассматриваемых вариантов. В нашем случае оптимальным можно признать вариант, у которого целевая функция максимальна, что выделяет необходимость проведения восстановительных работ на первом участке общей схемы электроснабжения (ЦДНГ №1) среди прочих вариантов. Данное локальное решение является частью функции управления предприятием и представляет собой качественно новый способ разрешения подобных задач на базе субъективной оценки факторов риска в области электроэнергетики.
Таким образом, согласно рассмотренному примеру задача распределения денежных средств на проведение необходимых работ по оценке состояния ЭО (ряда ключевых параметров) может быть сведена к рассмотрению комплексных аспектов в оптимизации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гук Ю.Б. Комплексный анализ эффективности технических решений в энергетике / Ю. Б. Гук, П. П. Долгов, В. Р. Окороков и др.; Под ред. В. Р. Окорокова, Д. С. Щавелева. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 175 с.
2. Ящура А.И. Система технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования: справочник. - М.: НЦ ЭНАС., 2005. - 503 с.
3. Гук Ю.Б. Анализ надежности электроэнергетических установок. - Л.: Энергоатомиз-дат, 1988. - 222 с.
4. Бочкарев С.В. Диагностика и надежность автоматизированных систем: учеб. пособие для
вузов / С. В. Бочкарев, А. И. Цаплин; Пермский государственный технический университет. -Пермь: Изд-во ПГТУ, 2006. - 262 с.
5. РД 34.45-51.300-97. Объем и нормы испытаний электрооборудования. - М.: Атомиздат, 2001. - 154 с.
6. Бочкарев С.В. Автоматизация управления жизненным циклом электротехнической продукции: учеб. Пособие / С. В. Бочкарев, А. Б. Петроченков, А. В. Ромодин; Пермский государственный технический университет. -Пермь: Изд-во ПГТУ, 2008. - 365 с.
