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.
Проведенный патентный поиск показал, что аналогом предлагаемой полезной модели является устройство для оценки качества изделий (Авт. Св. СССР №1485274).
Данное устройство не позволяет реализовать предлагаемую 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 изделия 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 предлагаемую модель для оценки и выбора предпочтительного варианта изделия.
Цель создания полезной модели - необходимость расширения арсенала технических средств для оценки и выбора предпочтительного варианта изделий.
Задача сравнительной оценки и выбора предпочтительного варианта изделия заключается в том, чтобы определить способ нормирования и свертки показателей качества изделия, провести расчеты сравниваемых изделий и подготовить данные (проект решения) для лица, принимающего решение по выбору предпочтительного изделия.
Анализ показателей показывает, что все частные показатели, влияющие на эффективность выполнения изделием заданных функций, подразделяются на два типа:
количественные;
качественные.
В частном случае значение каждого качественного показателя может быть представлено в балльной, например пятибалльной, шкале на основе экспертных оценок. Таким образом, каждый частный качественный показатель может быть оценен количественно, несмотря на его возможный качественный характер. Отсюда следует, что качественные показатели можно преобразовать в количественные показатели.
Количественные показатели могут быть как с положительным (чем больше показатель, тем лучше), так и с отрицательным (чем меньше показатель, тем лучше) ингредиентом.
Между количественными показателями с положительным ингредиентом и эффективностью имеется прямо пропорциональная зависимость, т.е. чем выше показатель, тем эффективность выполнения i-м изделием заданных функций выше.
Количественные показатели с отрицательным ингредиентом и эффективностью имеют между собой обратно пропорциональную зависимость, т.е. чем меньше показатель, тем эффективность выполнения i-м изделием заданных функций выше.
Для оценки и выбора предпочтительного варианта изделия необходимо решить задачу свертки частных показателей, влияющих на эффективность выполнения изделием заданных функций, в критерий предпочтительного выбора изделия, обеспечивающий наиболее эффективное выполнение изделием заданных функций.
Не существует единого подхода к разработке критерия выбора предпочтительного варианта изделия по эффективности, учитывающего множество показателей [Черноруцкий И.Г. Методы принятия решений. СПб.БХВ-Петербург, 2005].
Сложность технических средств, необходимость удовлетворения требований в отношении многих качественных свойств, сравнительно высокая стоимость их создания вызывают необходимость учета значительного числа противоречивых факторов и показателей в целях более объективной и обоснованной оценки изделий.
Для комплексной оценки эффективности и выбора предпочтительного варианта изделия из множества альтернативных на практике используют ряд способов, каждый из которых обладает определенными преимуществами и имеет некоторые недостатки. [Фишберн П. Теория полезности для принятия решений. - М.: Наука, 1978; Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений: Пер. с нем. - М.: Мир: 1990].
Наиболее часто используют способы поиска оптимального решения с использованием обобщенного критерия, учитывающего множество показателей качества. Достоинство данных способов заключается в том, что решение находится с учетом всех выбранных частных показателей. Существенным недостатком является то, что необходимо на множестве показателей разной физической природы построить обобщенный показатель (критерий), характеризующий изделие наиболее полно.
Существует несколько достаточно известных методов решения многокритериальной задачи с использованием обобщенного критерия.
Наиболее распространены экспертные методы оценки. Это лексикографический метод, метод усреднения единичных показателей, метод идеальной точки и другие.
Всем рассмотренным методам выбора предпочтительного изделия присущи погрешности экспертных систем, связанные с наличием «субъективизма».
Предлагается в данной полезной модели использовать способ оценки и выбора предпочтительного варианта изделия, заключающийся в том, что для каждого изделия формируется функция предпочтения на основе оценочных функционалов каждого частного показателя.
Оценочный функционал для количественных показателей с положительным ингредиентом определяется по формуле
i,j
i,j
где U(P) - оценочный функционал j-го показателя i-го изделия;
i,j
P - значение j-го показателя i-го изделия;
j,min
P - минимальное значение j-го показателя по всем сравниваемым изделиям;
j,max
P - максимальное значение j-го показателя по всем сравниваемым изделиям;
Оценочный функционал для количественных показателей с отрицательным ингредиентом определяется по формуле
Функция предпочтения для каждого изделия формируется в виде аддитивной функции оценочных функционалов количественных показателей качества изделия и определяется соотношением
j
где b - весовой коэффициент j-го показателя.
Предпочтительным будет I-е изделие, обладающее максимальным значением функции предпочтения, т.е.
Описанная математическая модель реализована в предложенном устройстве для оценки и выбора предпочтительного варианта изделия.
1
N
1
N
Устройство для оценки и выбора предпочтительного варианта изделия (фиг. 1) содержит генератор импульсов 1, первый и второй счетчики с коэффициентами пересчета соответственно N и М (N - количество оцениваемых изделий; М - количество параметров, по которым проводится оценка) 2, 4, первый, второй и третий элементы И 3, 10, 11, первый, второй, третий и четвертый дешифраторы 7, 21, 28, 29, первый и второй элементы задержки 5, 6, первый и второй блоки хранения 9, 27, триггер 8, первый, второй, третий и четвертый блоки элементов И 12, 15, 22, 23, первый и второй блоки сравнения 13, 14, первый и второй регистры 16, 18, блок элементов ИЛИ 24, первый, второй и третий блоки вычитания 17, 19, 20, блок деления 25, блок умножения 26, группу из N блоков элементов И 30 - 30, N накапливающих сумматоров 31 - 31. На схеме показан вход запуска устройства 32.
1
N
1
N
N
1
N
Вход запуска устройства 32 подключен к входу запуска генератора импульсов 1, выход генератора импульсов 1 подключен к входу первого счетчика 2 и через первый элемент задержки 5 - к первым входам второго и третьего элементов И 10, 11, выход первого счетчика 2 подключен в первому входу первого элемента И 3 и через второй элемент задержки 6 - к счетному входу триггера 8, информационные выходы первого счетчика 2 соединены с первыми входами первого дешифратора 7 и с входами четвертого дешифратора 29, выход первого элемента И 3 соединен с входом установки в нулевое состояние первого регистра 16, с входом установки в единичное состояние всех разрядов второго регистра 18 и с входом второго счетчика 4, выход которого соединен с входом останова генератора импульсов 1, информационные выходы второго счетчика 4 соединены с входами третьего дешифратора 28 и со вторыми входами первого дешифратора 7, выходы которого подключены к управляющим входам блока хранения 9, выходы блока хранения 9 подключены к информационным входам первого и второго блоков элементов И 12, 15, к первым входам первого и второго блоков сравнения 13, 14, к входам вычитаемого второго блока вычитания 19 и к входам уменьшаемого третьего блока вычитания 20, нулевой выход триггера 8 подключен ко второму входу второго элемента И 10, единичный выход триггера 8 подключен ко второму входу первого и третьего элементов И 3, 11, выход второго элемента И 10 соединен с управляющим входом первого и второго блоков сравнения 13, 14, выход третьего элемента И 11 соединен с первыми управляющими входами группы из N блоков элементов И 30 - 30, выходы первого блока элементов И 12 соединены с входами первого регистра 16, выходы которого соединены со вторыми входами первого блока сравнения 13 и с входами уменьшаемого первого и второго блоков вычитания, 17, 19, выходы второго блока элементов И 15 соединены с входами второго регистра 18, выходы которого соединены со вторыми входами второго блока сравнения 14 и с входами вычитаемого первого и третьего блоков вычитания 17, 20, выходы второго дешифратора 21 соединены соответственно с управляющими входами третьего и четвертого блоков элементов И 22, 23, информационные входы которых соединены соответственно с выходами второго и третьего блоков вычитания 19, 20, выходы третьего и четвертого блоков элементов И 22, 23 соединены соответственно с первыми и вторыми входами блока элементов ИЛИ 24, выходы которого соединены с входами делимого блока деления 25, к входам делителя которого подключены выходы первого блока вычитания 17, выходы блока деления 25 соединены с первыми входами блока умножения 26, выходы второго блока хранения 27 подключены ко вторым входам блока умножения 26 и к входам второго дешифратора 21, выходы третьего дешифратора 28 соединены с входами второго блока хранения 27, выходы первого и второго блоков сравнения 13, 14 соединены с управляющими входами соответственно первого и второго блоков элементов И 12, 15, выходы блока умножения 26 соединены с информационными входами группы из N блоков элементов И 30 - 30, ко вторым управляющим входам которых подключены соответствующие выходы четвертого дешифратора 29, выходы группы из N блоков элементов И 301 - 30 соединены с входами соответствующих N накапливающих сумматоров 31 - 31.
Работает устройство следующим образом.
1
N
В исходном состоянии счетчик 2, триггер 10, регистр 24, накапливающие сумматоры 31 - 31, находятся в нулевом состоянии, счетчик 4 - в состоянии «один», а все разряды регистра 25 в единичном состоянии. В блоке хранения 9 записаны все параметры всех изделий.
При запуске устройства импульс (сигнал) поступит на вход запуска генератора импульсов 1, с выхода генератора импульсов 1 первый импульс установит счетчик 2 в состояние «один» и поступит на вход элемента задержки 5. Период следования импульсов от генератора 1 выбирается таким, чтобы были закончены все переходные процессы в устройстве.
Т.к. счетчики 2 и 4 находятся каждый в состоянии «один», то с помощью дешифратора 7 из блока хранения 9 первый показатель первого изделия поступит на входы блоков сравнения 13, 14, на вторые входы которых поступят соответственно значения кодов, записанных в регистрах 16 и 18.
С выхода элемента задержки 5 через открытый элемент И 10 на управляющий вход блоков сравнения 13, 14 поступит импульс, по которому происходит сравнение кодов на входах блоков сравнения. Элементы задержки служат для исключения конфликтов, а длительность задержки определяется длительностью переходных процессов.
Т.к. значение первого показателя первого изделия больше, чем значение кода, записанного в регистре 16, и меньше, чем значение кода, записанного в регистре 18, то на выходе блоков сравнения 13, 14 появятся импульсы, которые откроют блоки элементов И 12, 15 и значение первого показателя первого изделия через открытые блоки элементов И 12, 15 запишется в регистры 16, 18.
В дальнейшем с выхода генератора импульсов 1 импульс поступит на вход счетчика 2, увеличив его содержимое на единицу. С помощью дешифратора 7 из блока хранения 9 значение первого показателя второго изделия поступит на входы блоков сравнения 13, 14, на вторые входы которых поступят соответственно значения кодов, записанных в регистрах 16 и 18 (значение первого показателя первого изделия). Если значение первого показателя второго изделия больше, чем значение первого показателя первого изделия, то при поступлении импульса с выхода элемента задержки 5 через открытый элемент И 10 на управляющий вход блоков сравнения 13, 14 только на выходе блока сравнения 13 появится сигнал, который откроет блок элементов И 12, и значение первого показателя второго изделия запишется в регистр 16. Если значение первого показателя второго изделия меньше, чем значение первого показателя первого изделия, то при поступлении импульса с выхода генератора 1 через элемент задержки 5 и открытый элемент И 10 на управляющий вход блоков сравнения 13, 14 только на выходе блока сравнения 14 появится сигнал, который откроет блок элементов И 15, и значение первого показателя второго изделия запишется в регистр 18. При поступлении очередного импульса с выхода генератора импульсов значение первого показателя очередного изделия поступит на блоки сравнения 13, 14 и сравнится со значениями кодов, записанными в регистрах 16, 18.
Если значение первого показателя очередного изделия больше, чем значение первого показателя, записанного в регистре 16, то описанным выше способом в регистр 16 запишется большее значение первого показателя.
Если значение первого показателя очередного изделия меньше, чем значение первого показателя, записанного в регистре 18, то описанным выше способом в регистр 18 запишется меньшее значение первого показателя.
Таким образом, после поступления N-го импульса с выхода генератора импульсов 1 в регистре 16 будет записано максимальное, а регистре 18 - минимальное значение первого показателя по всем изделиям.
После поступления N-го импульса с выхода генератора импульсов 1 счетчик 2 установится в состояние «ноль», а на его выходе появится импульс, который пройдя элемент задержки 8, установит триггер 8 в единичное состояние. Элемент И 10 закроется, а элементы И 3, 11 откроются.
Очередной импульс с выхода генератора импульсов 1 поступит на вход элемента задержки 5 и установит счетчик 2 в состояние «один».
j,max
j,min
j,max
j,min
i,j
j,min
Т.к. счетчики 2 и 4 находятся каждый в состоянии «один», то с помощью дешифратора 7 из блока хранения 9 первый показатель первого изделия поступит на вход уменьшаемого блока вычитания 19 и на вход вычитаемого блока вычитания 20. На вход уменьшаемого блока вычитания 17 поступает максимальное значение первого показателя из регистра 16. На вход вычитаемого блока вычитания 17 поступает минимальное значение первого показателя из регистра 18. В результате на выходе блока вычитания 17 будет значение P - P. На входы блока вычитания 19 в качестве уменьшаемого поступает максимальное значение первого показателя из регистра 16, а в качестве вычитаемого - значение первого показателя из блока хранения 9. В результате на выходе блока вычитания 19 будет значение P - P. На входы блока вычитания 20 в качестве уменьшаемого поступает значение первого показателя из блока хранения 9, а в качестве вычитаемого - минимальное значение первого показателя из регистра 18. В результате на выходе блока вычитания 20 будет значение P - P.
j,max
j,min
В зависимости от ингредиента текущего показателя, код которого поступает из блока хранения 9 на вход дешифратора 21, открыт либо блок элементов И 22 - при положительном ингредиенте, либо блок элементов И 23 - при отрицательном ингредиенте текущего показателя. Разность с выхода блока деления 19 или 20 поступает через блок элементов И 22 или И 23 и блок элементов ИЛИ 24 на вход делимого блока деления 25, на вход делителя поступает разность P - P с выхода блока вычитания 17.
1
N
В результате на выходе блока деления 25 частным, в зависимости от ингредиента текущего показателя, будет значение либо  либо  которое поступит на вход блока умножения. В качестве другого сомножителя поступает из блока хранения 27 весовой коэффициент текущего показателя. С выхода блока умножения результат умножения поступает на информационные входы группы блоков элементов И 30 - 30.
1
1
1
Т.к. счетчик 2 находится в состоянии «один», то на первом выходе дешифратора 29 будет высокий потенциал, который подается на второй управляющий вход блока элементов И 30. По сигналу с выхода элемента задержки 5 через элемент И 11 блок элементов И 30 откроется и оценка первого показателя, либо  либо  запишется в накапливающий сумматор 31.
N
Далее устройство работает аналогично до тех пор, пока оценка первого показателя N-го изделия не запишется в накапливающий сумматор 31. После этого очередной импульс от генератора 1 установит счетчик 2 в состояние «ноль», сигнал с выхода счетчика 2 поступит через открытый элемент И 3 на вход счетчика 4 и увеличит его содержимое на единицу, с выхода элемента И 3 импульс установит регистры 16, 18 в исходное состояние и, пройдя элемент задержки 6, установит триггер 8 в состояние «ноль». Закроются элементы И 3, И 11, а элемент И 10 откроется.
1
N
Далее устройство работает описанным выше способом для второго и последующих показателей изделий. После записи в N-й накапливающий сумматор оценки М-го показателя сигнал с выхода счетчика 4 остановит работу устройства. В результате в накапливающих сумматорах 31 - 31будет оценка рейтинга каждого изделия, с учетом значимости каждого показателя.
Предпочтительным будет изделие, обладающее максимальным значением оценочной функции.
Достоинствами предлагаемой модели для оценки и выбора предпочтительного варианта изделия являются:
возможность формирования шкалы оценки при наличии разнородных свойств (характеристик) оцениваемых изделий;
отсутствие требования наличия высококвалифицированных экспертов для выявления важности свойств при назначении им коэффициентов весомости;
отсутствие ограничений как на количество единичных показателей, так и на число сравниваемых изделий.
При осуществлении или использовании предложенной полезной модели можно проводить оценку изделий, предполагаемых к использованию, что позволяет лицу, принимающее решение, обоснованно осуществлять выбор предпочтительного изделия.
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.