Об одном формализованном методе оценки управленческих решений (на примере управления электротехническими обьектами)

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

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

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

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]

- средней гармонической формы: 1 70

2п' еи

V 7=1

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.