Устройство для оценки и выбора предпочтительного варианта изделия

Полезная модель относится к цифровой вычислительной технике, а именно к цифровым вычислительным устройствам для оценки качества сравниваемых сложных систем, средств и изделий, описываемых значительным числом разнородных единичных показателей.
Полезная модель может быть использована для планирования, разработки, создания и оценки в военной отрасли - более совершенных систем и средств вооружения, а в гражданской - более качественных и конкурентоспособных товаров и изделий.
Техническим результатом является расширение арсенала технических средств для оценки качества и выбора из ряда сравниваемых изделий предпочтительного варианта изделия.
Сложность технических средств, необходимость удовлетворения требований в отношении многих качественных свойств, достаточно высокая стоимость их создания вызывает необходимость учета значительного числа противоречивых факторов и показателей в целях более объективной и обоснованной оценки изделий.
Оценка и выбор предпочтительного средства связан, как правило, с решением многокритериальной задачи.
Не существует единого подхода к разработке критерия выбора предпочтительного варианта изделия по эффективности, учитывающих множество показателей. [1, 2].
Для комплексной оценки эффективности и выбора предпочтительного варианта из множества альтернативных на практике используют ряд способов, каждый из которых обладает определенными преимуществами и имеет некоторые недостатки. [3, 4, 5].
Способ, предусматривающей сравнение вариантов по одному главному показателю, при этом остальные переводят в разряд ограничений, обладает сравнительной простотой, т.к. находится только экстремум одного показателя. Недостатком данного способа является то, что для сложных многоцелевых объектов практически невозможно выделить главный показатель качества изделия.
Способ поиска оптимального решения, основанный на использовании метода последовательных уступок, позволяет видеть, какой ценой достигается выигрыш следующего показателя. Его недостаток - громоздкость способа, что требует значительных затрат на его реализацию.
Способ поиска оптимального решения с использованием обобщенного критерия, учитывающего множество показателей качества изделия. Достоинство данного способа заключается в том, что решение находится с учетом всех выбранных показателей качества изделия. Существенным недостатком является то, что необходимо на множестве показателей качества изделий разной физической природы построить обобщенный показатель (критерий), характеризующий изделие наиболее полно.
Существует несколько достаточно известных методов решения многокритериальной задачи выбора предпочтительного изделия с использованием обобщенного критерия.
Метод анализа иерархий и его модификации [2] предусматривает возможность установления соотношения характеристик сравниваемых изделий. При возможности установления таких соотношений задача сводится к нахождению коэффициентов весомости и объединению нормированных единичных показателей в комплексный. Однако в случае наличия у рассматриваемых изделий явно разнородных свойств (характеристик) становится невозможным использование метода иерархий и его модификаций.
Известны экспертные методы оценки качества рассматриваемых изделий. Это лексикографический метод, метод усреднения единичных показателей, максиминный метод оценки качества, метод идеальной точки и другие.
Всем рассмотренным методам выбора предпочтительного изделия присущи погрешности экспертных систем, связанные с наличием «субъективизма».
Наиболее близким методом, реализуемому полезной моделью является способ оценки и выбора предпочтительного варианта изделия [6], заключающийся в том, что для каждого варианта сравниваемых изделий формируется функция предпочтения в виде аддитивной функции оценочных функционалов каждого нормированного показателя качества изделий, оценочные функционалы каждого нормированного показателя качества изделий формируются в виде линейной функции полезности, а учет важности показателя изделия осуществляется с помощью весовых коэффициентов, т.е.
i,j
i,j
где U(P) - функция полезности j-го показателя качества i-го изделия;
i,j
[P] - нормированный j-й показатель качества i-го изделия.
Функция предпочтения каждого i-го изделия, в виде аддитивной функции полезности каждого нормированного показателя качества изделия, определяется соотношением:
j
где b - весовой коэффициент j-го показателя качества изделий;
Предпочтительным вариантом изделия будет i-й вариант изделия I, обладающий максимальным значением функции предпочтения, т.е.
i
i,j
I=max U(P)
Недостатком данного метода оценки и выбора предпочтительного варианта изделия является низкая чувствительность оценочного функционала от таких показателей, как вероятность выполнения задачи за время, не превышающее заданное, коэффициент функциональной готовности изделия и т.п., т.к. их значения находятся, как правило, в пределах от 0,95 до 0,998 и отличаются второй или третьей значащей цифрой, а другие показатели, такие как технический уровень, удобство эксплуатации и т.п., значения которых находятся в пределах от 0,5 до 0,9 и отличаются первой или второй значащей цифрой. В результате влияние наиболее важных показателей, таких как вероятность выполнения задачи, за время, не превышающее заданное, коэффициент функциональной готовности изделия, на выбор предпочтительного изделия незначительна, что может привести к неверному результату.
С целью повышения чувствительности оценочного функционала от показателей, значения которых находятся, как правило, в пределах от 0,95 до 0,998 и отличаются второй или третьей значащей цифрой предлагается для оценки и выбора предпочтительного варианта изделия использовать модель со степенной оценочной функцией полезности:
j
i,j
Параметр Z функции U(P) выбирается из условия ,
j
j
где U(P) - функция полезности P показателя качества изделия;
i,j
P - нормированный j-й показатель качества i-го изделия;
- допустимое значение нормированного j-го показателя качества изделий.
Тогда, .Сделав несложные преобразования по переходу от одного основания логарифма к другому, например, к десятичному получим:
На фиг. 1 показан пример построения оценочной функции показателя качества на основе степенной функции полезности.
j
j
Так, например, если , то Z=13,5, если , то Ζ=1.
Достоинствами предлагаемой модели для оценки и выбора предпочтительного варианта изделия являются:
- возможность формирования шкалы оценки при наличии разнородных свойств (характеристик) оцениваемых объектов;
- отсутствие требования наличия высоко квалифицированных экспертов для выявления важности свойств при назначении им коэффициентов весомости;
- отсутствие ограничений, как на количество единичных показателей, так и на число сравниваемых изделий;
- возможность реализации метода в виде устройства, что приводит к полной автоматизации процесса определения предпочтительного изделия.
Проведенный патентный поиск показал, что аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство для оценки качества изделий (Авт. Св. СССР №1485274).
Данное устройство не позволяет реализовать предложенную модель для оценки и выбора предпочтительного варианта изделия.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является устройство для оценки качества изделий (Авт. Св. СССР №1597883), содержащее блок синхронизации, блок ввода информации, блок памяти, блок вычисления отклонения показателей качества, блок вычисления матрицы рассеивания, блок нормализации, блок организации пересылки данных, блок вычисления показателей качества, блок индикации, коммутатор, формирователи весовых коэффициентов параметров, блок формирования режимов работы.
Недостаток данного устройства заключается в том, что оно не позволяет реализовать предложенную модель для оценки и выбора предпочтительного варианта изделия.
Цель создания полезной модели расширение арсенала технических средств, реализующих модели оценки и выбора предпочтительного варианта изделия, с использованием обобщенного критерия, учитывающего множество показателей качества изделия.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок памяти параметров объектов, введены генератор импульсов, первый и второй счетчики, элемент «ИЛИ», дешифратор, устройство ввода, блок памяти параметров, блок вычисления параметра, блок вычисления функции полезности, первый и второй блоки элементов, накапливающий сумматор, первый и второй элементы задержки, устройство сортировки чисел, устройство выдачи результатов оценки.
Устройство для оценки и выбора предпочтительного варианта изделия, реализующее предложенную выше модель, приведено на фиг. 2.
i
i
i,j
i
Устройство содержит генератор импульсов 1, первый и второй счетчики 2, 3, элемент «ИЛИ» 4, дешифратор 5, устройство ввода 6, блок памяти параметров объектов (Μ×Ν) 7, блок памяти параметров Z (i=1,N) 8, блок вычисления параметра Z 9, блок вычисления функции полезности U(P) 10, первый блок элементов «И» 11, накапливающий сумматор 12, второй блок элементов «И» 13, первый и второй элементы задержки 14, 15, устройство сортировки чисел 16, устройство выдачи результатов оценки 17, вход запуска устройства 18, причем вход запуска устройства 18 соединен с входом запуска генератора импульсов и первым входом элемента «ИЛИ» 4, выход генератора импульсов 1 подключен к входу первого счетчика 2 и через элемент задержки 14 к управляющему входу первого блока элементов «И» И, управляющий выход первого счетчика 2 соединен со вторым входом элемента «ИЛИ» 4, управляющим входом второго блока элементов «И» 13 и через элемент задержки 15 с входом установки в нулевое состояние накапливающего сумматора 12, выход элемента «ИЛИ» 4 соединен с входом второго счетчика 3, управляющий выход которого соединен с входом останова генератора импульсов 1, информационные выходы первого и второго счетчиков 2, 3, соединены с входами дешифратора 5, выходы которого с адресными входами блока памяти параметров объектов 7 и блок памяти параметров 8, выходы устройства ввода 6, соединены с информационными входами блока памяти параметров объектов 7 и входами блока вычисления параметра Z 9, выходы которого соединены с информационными входами блока памяти параметров 8, выходы блока памяти значений показателей изделий 7 соединены с первыми входами блока вычисления функции полезности 10, ко вторым входам которого подключены выходы блока памяти параметров 8, выходы блока вычисления функции полезности 10 соединены с входами первого блока элементов «И» 11, выходы которого соединены с входами накапливающего сумматора 12, выходы накапливающего сумматора 12 соединены с входами второго блока элементов «И» 11, выходы которого соединены с входами устройства сортировки чисел 16, выходы устройства сортировки чисел 16 соединены с входами устройства выдачи результатов оценки 17.
i
i
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии счетчики 2, 3, накапливающий сумматор 12 находятся в нулевом состоянии. С помощью устройства ввода 6 в блок памяти 7 записываются нормированные значения показателей изделий. С помощью устройства ввода 6 в блок в блок вычисления параметра вводятся нормированные допустимые (требуемые) значения показателей изделий. На основании нормированного допустимого значения показателя изделия по формуле 2 вычисляется параметр Z, который записывается в блок памяти параметров 8. После ввода нормированные значения показателей изделий и для каждого показателя изделий значения параметров Z в блоке памяти 7 будут записаны для каждого из Μ изделий нормированных значений показателей качества, в блоке памяти 8-N значений параметров на вход запуска устройства 18 подается импульс, который через элемент «ИЛИ» 4 устанавливает счетчик 3 в единичное состояние и запускает генератор импульсов. Период следования импульсов выбирается таким, чтобы были закончены все переходные процессы. По первому сгенерированному импульсу счетчик 2 установится в единичное состояние. На выходе счетчиков 2, 3 будет значение «один, один», а на выходе дешифратора адрес первого нормированного значения показателя качества первого изделия и адрес первого параметра Ζ, которые поступают в блоки памяти 7, 8, где по формуле 1 вычисляется нормированное значение функции полезности первого параметра первого изделия. С выхода элемента задержки 14 сигнал разрешает запись через блок элементов «И» 11 нормированного значения функции полезности первого параметра первого изделия в накапливающий сумматор 12.
По второму сгенерированному импульсу счетчик 2 установится в состояние «два». На выходе счетчиков 2, 3 будет значение «два, один», а на выходе дешифратора адрес второго нормированного значения показателя качества первого изделия и адрес второго параметра Z, которые поступают в блоки памяти 7, 8, где по формуле 1 вычисляется нормированное значение функции полезности второго параметра первого изделия. С выхода элемента задержки 14 сигнал разрешает запись через блок элементов «И» 11 нормированного значения функции полезности второго параметра первого изделия в накапливающий сумматор 12. Работа устройства будет продолжена описанным выше способом. При генерации N+1 импульса счетчик 2 установится в состояние «один» на его управляющем выходе появится сигнал, по которому значение из сумматора 12 через блок элементов «И» 13 поступит в устройство сортировки чисел 16, значение счетчика 3 увеличится на единицу, сигнал с выхода элемента задержки 15 установит сумматор 12 в нулевое состояние. На выходе счетчиков 2, 3 будет значение «один, два», а на выходе дешифратора адрес первого нормированного значения показателя качества второго изделия и адрес первого параметра Z, которые поступают в блоки памяти 7, 8, где по формуле 1 вычисляется нормированное значение функции полезности первого параметра второго изделия. С выхода элемента задержки 14 сигнал разрешает запись через блок элементов «И» 11 нормированного значения функции полезности первого параметра второго изделия в накапливающий сумматор 12. Работа устройства будет продолжена описанным выше способом. При достижении в счетчике 3 значения М+1 на управляющем выходе счетчика 3 появится сигнал, который поступит на вход останова генератора импульсов 1 и работа устройства на этом закончена. В результате в устройстве сортировки чисел будут записаны в порядке убывания значения оценочных функций каждого из Μ изделий. Предпочтительным будет изделие, обладающее максимальным значением оценочной функции. Устройство вывода позволяет получить полученные результаты оценки сравниваемых изделий.
Таким образом, поставленная цель создания полезной модели - расширение арсенала технических средств, реализующих модели оценки и выбора предпочтительного варианта изделия, с использованием обобщенного критерия, учитывающего множество показателей качества изделия, достигнута.
Список использованных источников
1. Г.Г Азгальдов. Квалиметрия в архитектурно-строительном проектировании. М., Стройиздат, 1989.
2. Саати Т. Принятие решений при зависимостях и обратных связях: Аналитические сети. Пер. с англ. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ». 2009.
3. Черноруцкий И.Г. Методы принятия решений. СПб.БХВ-Петербург, 2005.
4. Фишберн П. Теория полезности для принятия решений. - М.: Наука, 1978.
5. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений: Пер. с нем. - М.: Мир: 1990.
6. Рассохин Г.Н., Кондаков С.Е., Попов И.А. Способ построения оценочного функционала качества КСА. Сборник трудов XXVI межрегиональной НТК СВИ РВ, 2007.
7. Авт. Св. СССР №1485274.
8. Авт. Св. СССР №1597883.