Выбор критерия эффективности проектного решения

Функционально-стоимостной анализ инженерных решений

Анализ чувствительности и сценарный анализ в ТЭА

Выбор критерия эффективности проектного решения

Технико-экономический анализ инженерного проекта

Фазы функционирования общества

Структурная композиция общества

• Общественно-ролевой уровень – базовые состояния устойчивых социальных взаимодействий
• Институциональный. Статусно-ролевые позиции организованы и упорядочены благодаря более сложным структурным образованиям соц. …
• Социетальный – этот уровень воспроизводит связи, значимые для общества в целом и регулирует все групповые виды взаимодействий. Социетальный уровень состоит из двух взаимодополняющих способов организации связи: культуры и политической власти.

Культура задает ценностные поведения людей в виде нравственных норм и моралей, которые пронизывают институциональный и статусно-ролевой уровни общества.

Политическая власть через государственное регулирование скрепляет связи между институциональным и статусно-ролевым уровнем, в тех случаях, где нормы морали требуют подкрепления в виде права, закона и принуждения.

• Фаза динамического равновесия общества – характеризуется ореинтацией людей на статусно-ролевые предписания, благодаря чему, обеспечивается бесперебойная работа социальных институтов, а также, соблюдаются культурные и правовые нормы.
• Фаза нарушения равновесия – это увеличение несоответствия людей ролевым и статусным указаниям. Девальвация санкций, нарушение порядка.
• Фаза нового динамического равновесия – это восстановление устойчивого состояния системы

Разрушение общества (аномия)

Основной признак – нарастание девиации (обесценивание).

Аномия – это рассогласованность между нормативно-функциональными требованиями системы и реальным поведением людей, ведущая к отчуждению человека от общества.

Петр Штомпка: схема инновационного процесса развития общества

1. Создание новаций
2. Сообщение новаций (посредством СМИ)
3. Фильтрация новаций тремя уровнями: 1. правящая элита, 2. правовые нормы, 3. принятие новой новации населением.
4. Прорастание новаций – когда новация занимает определенную нишу, адаптируется в обществе.
5. Легитимация новаций – узаконивание новаций

(Лекции, часть 2)

Приведение технических решений в сопоставимый вид

Оценка эффективности технических и экономических вариантов в условиях неопределенности

Векторная оптимизация технического решения

В большинстве случаев понятие «эффективность системы» отождествляется с целевой эффективностью, не имеющей экономического содержания. Любая сложная техническая система (СТС) предназначена для удовлетворения конкретных общественных потребностей, и результат ее создания — целевой эффект — может измеряться как массой перевозимого груза, объемом обрабатываемой информации, производительностью, пропускной способностью, так и величиной материального ущерба, временем обнаружения и т.п..

Экономическая эффективность СТС обычно оценивается как отношение эффекта (как целевого, так и стоимостного, рассматриваемого как функция целевого эффекта) к затратам на всех стадиях жизненного цикла системы. Однако и сама абсолютная величина экономического эффекта может выступать в качестве показателя эффективности (результативности), если рассматривать ее по отношению к определенному (заданному) интервалу времени.

Использование количественных методов исследования всегда предполагает наличие математической модели. В каждом конкретном случае модель создается исходя из целевой направленности операций и задач исследования с учетом требуемой точности решения и достоверности используемых исходных данных.

Значения искомых переменных, удовлетворяющие граничным условиям и ограничениям, называют допустимым решением. Из набора допустимых решений надо выбрать наилучшее по принятому критерию.

В очень редких случаях анализа проектных решений критерий представляет собой непрерывную функцию учитываемых переменных. Такая задача может решаться в составе системы автоматизированного проектирования. При этом найденные значения переменных, обеспечивающие оптимум критерия, не всегда могут быть реализованы практически.

Чаще практическая реализация изделия возможна только в некоторых вариантах, характеризуемых определенными значениями искомых параметров. Именно среди этих реальных вариантов необходимо найти лучший по принятому критерию.

При решении задач, связанных с созданием сложных технических систем, в качестве критерия чаще всего используют целевой (полезный) эффект или результат Р — неэкономический показатель; затраты, связанные с созданием системы — Z, или экономический эффект (результат) Э — стоимостные критерии; время, необходимое для создания системы Т или ее жизненный цикл Тц.

Для монокритериальных задач принцип максимума целевого (неэкономического) эффекта Р чаще используют тогда, когда при ограниченных средствах необходимо добиться максимальных значений определенных технических показателей. Например, в задачах, связанных с военными операциями, с безопасностью обслуживания техники, с научными исследованиями и т.п. В ряде случаев в качестве разновидности не экономического эффекта рассматривается тот или иной ущерб (ущерб природе, например, минимизируется, ущерб врагу — максимизируется), и т.п.

Для многих СТС целевой эффект является комплексным показателем качества, который можно представить в виде функции структурных и конструктивных параметров, изменяемых в процессе разработки системы.

Принцип минимума затрат Z или максимума экономического эффекта Э находит более широкое применение. Это связано с тем, что в любой постановке задачи Р, Z и Т — функции искомых переменных, в том числе и технических. Всегда легче формализовать зависимость затрат от параметров (допустим, путем статистического моделирования), чем параметров от за трат. Поэтому для СТС невоенного назначения чаще используется формулировка: создать СТС с заданным целевым (неэкономическим) эффектом за директивное время Т с минимальными затратами или максимальным экономическим эффектом. Следовательно, предпочтение отдается такому проект ному решению, которое при выполнении требований технического задания (ТЗ) позволяет экономить финансовые средства.

Время в качестве критерия используется сравнительно редко; как правило, его стараются перевести в разряд ограничений.

При использовании комплексных (составных, дробных) критериев типа произведений или отношений (объем продаж, рентабельность) необходимо особенно тщательно учитывать ограничения на значения параметров, так как одно и то же значение критерия можно получить при различных значениях составляющих.

Например, используя в качестве критерия «объем продаж в стоимостном измерении», определяемый как произведение цены на объем продаж в натуральном измерении, важно знать верхнюю границу цены, выход за которую приведет к потере конкурентоспособности, и необходимо четко установить предполагаемую нишу рынка, определяющую реальные значения объема продаж.

При разработке сложных систем часто приходится вводить понятие глобальных и частных критериев, что связано с иерархией проектных целей. Например, строительство нового предприятия по производству автомобилей с точки зрения народного хозяйства в целом решает разные задачи: уменьшает безработицу в регионе, обеспечивает транспортные перевозки способствует уменьшению энергетических затрат и т.п. Возможно, удастся объединить эти задачи с помощью единого экономического критерия, в качестве которого можно использовать, например, чистый дисконтированный доход (ЧДД). Однако для инвестора, финансирующего часть проекта, реальным критерием будет сумма получаемой им прибыли — частный критерий.

Для использования глобальных критериев необходима, как правило, информация о взаимодействующих или взаимозаменяемых системах, или о системах более высокого уровня; часто непосредственный разработчик этой информацией не рас полагает. Поэтому целесообразно от глобальных критериев перейти к частным, согласовав их с помощью системы, ограничений. Основное требование — частный критерий не может противоречить общему. Например, проектируется система правления летательного аппарата, глобальный критерий — масса. Для увеличения надежности одной из подсистем (частный критерий) вводится резервирование, что увеличивает вес подсистемы. Таким образом, частный критерий входит в противоречие с глобальным и не может быть использован.

Следовательно, выбор критерия обусловлен задачами проектирования и технико-экономического анализа, стадией проектирования, на которой принимается решение, наличием ин формации и представляет собой творческую процедуру на основе логического анализа, интуиции и опыта.

На практике часто встречается ситуация, когда разные подходы к созданию СТС могут привести к различным значениям целевого (неэкономического) эффекта и возникает необходимость сравнивать варианты, где различны и Р, и Z, и Т.

Такие задачи обычны для ранних стадий проектирования, когда абсолютные величины Р, Z и Т еще не могут быть рассчитаны и используется балльная оценка. Суммирование оценок производится с учетом коэффициентов значимости. Важное значение имеет тот факт, какая целевая функция формируется - полезности или затрат.

Можно использовать следующую процедуру подготовки информации для принятия решения:

• согласование с заказчиком (или собственное обоснование) желательной величины целевого эффекта Р;

• прогнозирование (экспертно) или установление (директивно) затрат времени и средств для достижения Р;

• поиск и анализ вариантов создания СТС с целевым эффектом Р;

• оценка (экспертно) коэффициентов значимости для показателей Р, Z и Т;

• условная экспертная оценка значений Р, Z и Т по каждому из рассматриваемых вариантов (например, в баллах);

• обработка результатов.

Пример. Ржелат = 100, Zпрогн. = 100, Тпрогн.=100; формируем функцию полезности вида

Fj = P^ bр + Z^ bz +T^ bт,

где bp, bz, bт — коэффициенты значимости, определенные экспертно;

j — номер варианта;

Р^, Z^, T^ — нормированные значения, например,

Р^ = P/ Ржелат

Z^ = Zпрогн/Z

T^ = Тпрогн./T

Исходная матрица

Варианты	Р	Z	Т
Вариант 1	150/1,5	200/0,5	120/0,83
Вариант 2	80/0,8	90/1,11	80/1,25
Вариант 3	140/1,4	150/0,67	110/0,91
Коэффициент значимости b	0,7	0,1	0,2

Расчет критерия.

вариант 1 1,5*0,7+0,5*0,1+0,83*0,2 = 1,266

вариант 2 0,8*0,7+1,1*0,1+1,25*0,2 = 0,92

вариант 3 1,4*0,7+0,67*0,1+0,91*0,2 = 1,229

Таким образом, вариант 1 имеет наибольшее значение вы бранного критерия и вполне вероятно будет выбран для реализации. Вероятно, но не обязательно, поскольку на принятие решения могут повлиять и следующие, например, соображения: значения критерия по вариантам 1 и 3 достаточно близки; реализация варианта 1 предполагает использование трудно обрабатываемых материалов или сложного оборудования и т.п.

Следовательно, необходимо еще раз подчеркнуть, что количественные методы в ТЭА только предоставляют информацию для принятия решения, так как ни одна целевая функция не может представлять собой модель, полностью идентичную объекту (тем более сложной технической системе).

Рассмотренная матрица решений представляет собой наиболее простой вариант поликритериальной оптимизации.

Если эксперты затрудняются в определении коэффициентов важности, то для выявления лучшего варианта можно использовать критерии минимакса.

Пример. Для оценки вариантов проектируемой системы используются в виде критериев частные показатели: вероятность ошибки (G) и стоимость получения результата (Z). В техническом задании на проектирование оговорены предельные значения: G £10^-2, Z£1000.

Рассматриваются три проектных варианта системы.

Показатели	Значения показателей по вариантам
G Z	вариант 1 0,5* 10^-2 400	вариант 2 0,3*10^-2	вариант 3 0,l*10^-2

Пронормируем показатели относительно заданных предельных значений:

G¹₂ = 0,5*10^-2: 10^-2 =0,5 G¹₂ = 0,3 G¹₃ = 0,l

Z ¹₂ = 400:1000=0,4 Z ¹₂ =0,6 Z ¹₃ = 0,9

Наиболее приближенными к предельному значению, т.е. «наиболее плохими» для каждого из рассматриваемых вариантов являются:

для 1 - G¹₂ = 0,5

ля 2 - Z ¹₂ = 0,6

для 3 - Z ¹₃ =0,9.

Из этих трех «худших» показателей наиболее удален от предельного значения = 0,5; поэтому в качестве лучшего выбираем вариант 1.

Следовательно, в методе минимакса алгоритм поиска сводится к выбору минимально плохого варианта из максимально плохих.

Поликритериальная, или векторная, оптимизация чаще всего применяется при использовании в качестве критерия целевого эффекта, т.е. различных показателей качества. Как пра вило, сложные технические системы приходится сравнивать по многим частным показателям качества, между которыми не существует функциональной связи.

В этом случае рассматриваемые системы (или различные проектные варианты разрабатываемой системы) сравнимы, если: все показатели систем одинаковы; все показатели одной системы не хуже, а один - безусловно лучше. Это и будет безусловным критерием предпочтения.

Когда же системы несравнимы (например, показатели Х1 и Х2 — лучше, а X3 и Х4 хуже у первой системы по сравнению со второй), необходимо сформировать некоторый условный критерий предпочтения, т.е. «условиться» о виде функции, связывающей показатели. Предполагаемая «условная» функция может быть функцией полезности или функцией потерь, что соответствует максимизации или минимизации сформированного критерия. Формируя условный критерий предпочтения, необходимо избавиться от различной размерности показателей, переведя их абсолютные значения в относительные (пронормировать). Это можно выполнить различными способами.

1. Например, при наличии аналога базой нормирования могут служить его показатели, т.е. Xотн = Xi / Xa. При этом возникает вопрос о направлении влияния изменения отдельных показателей на критерий предпочтения. Так, увеличение массы, числа отказов в единицу времени, вероятности ошибки и т.п. ухудшает качество системы и, следовательно, должно уменьшать функцию полезности, тогда как увеличение производительности, быстродействия, вероятности поражения должно увеличивать функцию полезности. Это можно учесть, используя обратное отношение для показателей, ухудшающих качество: Xотн = Xa / Xi.

При таком подходе учитываемые показатели становятся безразмерными и однонаправленными и могут быть объединены, например, в аддитивную функцию (функцию сложения):

Р = Sbi Xотнi

де bi — коэффициент важности i-го показателя, определяемый экспертно.

При наличии альтернативных вариантов в процессе проектирования относительные показатели лучше определять по отклонению от заданных предельных значений или от значений, соответствующих лучшему из вариантов:

Xотн = |Xmax – Xa| / Xmax.

2. При этом чем меньше отклонение, тем лучше, и рассмат риваемая условная функция становится функцией потерь. Показатели, увеличение которых ухудшает качество системы в целом, перед расчетом приводят к виду

Xi* = 1/ Xi

i - номер варианта.

Пример. Проектируемая система характеризуется такими показателями, как быстродействие, число отказов и масса. Рассматриваются два варианта.

1. Один из вариантов принимается в качестве базового (аналога):

Показатели	Обозначение	Коэффициент важности b,	Значение показателей, условных единиц
			проектные (п)	базовые
Быстродействие	X1	0,5
Число отказов в единицу времени	X2	0,3		0,5
Масса	Х3	0,2		1,5

X1отн п = 100/50 = 2

X2отн п = 0,5/1 = 0,5

X3отн п = 1,5/2 = 0,75

Роб/б = 1

Роб = 2*0,5+0,5*0,3+0,75*0,2 = 1,3; 1,3>1, т.е. функция полезности имеет для проектируемой системы большее значение.

2. Варианты рассматриваются как альтернативные

Показатели	Обозначение	Коэфф. важности b,	Значения по альтернативному варианту	Скорректированные значения
проектное	базовое	проектное	базовое
Быстродействие Число отказов в единицу времени Масса	X1   X2 X3	0,5   0,3 0,2		0,5 1,5	1/2 кг	1/0,5 1/1,5

X1отн п = 0; X1отн б = (100-50).100 = 0.5

X2отн п = (2-1).2 = 0.5; X2отн б = 0

X3отн п = (2.3 – 1.2): 2/3 =0.25; X3отн б = 0

Роб = 0+0.5*3+0.25*2 = 0.2

Роб б = 0.5*0.5 +0.5*0.3+0 = 0.4

Таким образом, функция потерь для проектируемого варианта имеет меньшее значение, следовательно он предпочтительнее.

Наиболее часто используемые в ТЭА критерии эффективности и рекомендации по их применению.

1. Один из показателей технического уровня, принятый в качестве главного и связанный функционально со многими единичными показателями (например, производительность автомобиля, быстродействие вычислительной машины, мощность радиопередатчика и т.п.).

Используется, когда целевая эффективность объекта определяется в основном уровнем этого главного показателя. Экономические и временные характеристики выступают в роли ограничений и граничных условий, равно как и некоторые единичные технические показатели; некоторые из технических показателей варьируются, играя роль независимых переменных.

2. Обобщающий показатель качества Роб. Этот условный критерий предпочтения целесообразно использовать на ранних стадиях проектирования при недостаточности информации по экономическим показателям — себестоимости, цене, капитальным вложениям и т.п. Прогнозируемые значения экономических показателей также могут быть включены в создаваемую условную функцию со своими коэффициентами значимости, либо могут выступать в роли ограничений или граничных условий.

3. Также на ранних стадиях разработки объекта находит применение интегральный показатель качества, определяемый отношением целевого неэкономического эффекта к суммарным затратам на разработку, производство и эксплуатацию изделия за жизненный цикл.

4. Технологическая себестоимость объекта ТЭА, определяемая суммой затрат на осуществление технологического процесса изготовления. Используется только в тех случаях, когда при организации производства изделия по сравниваемым вариантам нет существенных отличий в капитальных вложениях, а показатели качества изделия, определяющие его эффективность для потребителя, одинаковы.

Дата добавления: 2014-01-04