Имя материала: Экономическая эффективность и конкурентоспособность

Автор: Д.Ю. Муромцев

4.2. метод динамической альтернативности

 

Основная идея принципа динамической вариантности (альтернативности) заключается в следующем. На первом этапе проектирования формируется множество (группа) альтернативных вариантов, которые начинают разрабатываться параллельно. После каждого этапа производится сеанс экспертизы и принимается решение о приоритетности вариантов и составе группы.

 

 

I

 

С

1

Действие

 

O

 

Q

1

Принятие

 

 

R

 

т

 

M

т

 

S(M)

 

 

Рис. 4.1 Схема узла модели принятия решения

 

Принцип динамической вариантности (ДВ) базируется на следующих предпосылках:

1) на каждой фазе выполнения проекта рассматривается несколько альтернативных вариантов; 2) состав группы альтернативных вариантов после завершения очередной фазы может изменяться;

в качестве основного критерия при сравнении вариантов рассматривается вероятность достижения успеха (получения желаемого результата);

для каждой фазы ЖЦ характерны свои признаки генерации вариантов, например, способы действия объекта, техническое исполнение, учет возможных состояний функционирования и т.д.;

исключение "неперспективных" вариантов производится условно, в случае необходимости к ним можно возвращаться и продолжить их разработку;

исходные данные задачи проектирования по мере поступления новой информации в ходе жизненного цикла проекта корректируются, и часть расчетов пересматривается (по принципу обратной связи).

При проведении сеансов экспертизы необходимо учитывать, что наблюдения ведутся лишь над частью целого, поэтому результаты содержат ошибки и отклонения; следует больше доверять конкретным фактам, а не абстрактным идеям; стремиться выражать факты в количественной форме, связанной с применением конкретных процедур измерения, а не с помощью слов и эмоций; устойчивые тенденции можно выявить только в результате многочисленных наблюдений, опирающихся на надежную информацию.

Данные предпосылки соответствуют многим рекомендациям для выполнения ответственных проектов, например: "все подвергай сомнению", "опора на факты", "оптимальное решение на каждом шаге не гарантирует общего оптимального результата", "рассматриваемое число вариантов ограничено возможностями (ресурсами) предприятия", "окончательный результат в ходе проектирования неизвестен".

Повышение вероятности успеха проектирования при использовании принципа ДВ достигается за счет следующих факторов:

непосредственное рассмотрение нескольких вариантов;

возможность изменения состава группы альтернативных вариантов по результатам выполнения отдельных этапов;

анализ вариантов и принятие решения после каждого этапа;

использование информации, поступающей в ходе проектирования, например, о характеристиках проектируемого продукта у возможных конкурентах;

пересмотр ранее принятых решений на основе новой информации, существенной для проекта;

применение нескольких критериев при сопоставлении вариантов.

Рассматриваемый метод учитывает два аспекта динамики выполнения проекта. Во-первых, на каждой стадии может изменяться число и состав альтернативных вариантов. Во-вторых, на протяжении времени проектирования (оно может составлять несколько месяцев и даже лет) могут изменяться различного рода параметры, относящиеся к постановке задачи и формулировке целей в связи с поступлением информации из внешней среды, например, о значениях ключевых компонентов объекта проектирования, их важность и т. д.

Применение метода ДВ рассмотрим на следующем примере.

Объектом проектирования является система управления прецизионной шестисекционной печью, используемой в производстве позисторов. Мотивацией проекта является большое энергопотребление, высокий процент брака и относительно низкая надежность нагревательных элементов печи (графитовых стержней).

Основными стадиями проектирования системы управления являются: маркетинговые (предпроектные) исследования, формирование концепции, идентификация модели объекта (научно-исследовательская работа (НИР)), эскизный проект (разработка алгоритмического обеспечения) и техническое проектирование (выбор аппаратных средств и программирование).

Модифицированная функциональная модель этих работ приведена на рис. 4.2. Рассмотрим подробно каждый этап проектирования, т.е. действия Д j и принятия решений rJPj, j = 0,4 •

До - выполнение предпроектной стадии. На основе имеющейся информации J0 разрабатывается ориентир проектирования системы управления в виде массива ключевых компонентов проекта (ККП):

К   =(kоп kоп  kоп  kоп)

 

где kg11,     , k™, k0>]п - коэффициенты, учитывающие соответственно снижение затрат энергии и брака (\%), повышение

надежности (\%) и окупаемость системы управления (лет).

Управлениями С01, С02 при разработке ККП являются технико-экономическая документация печи и методика

разработки ККП, а основными ресурсами М01 - персонал службы маркетинга и М02 - Internet.

Учитывая неопределенность на рынке сбыта продукции возможны две ситуации функционирования печи: h1 -нормальное функционирование, т.е. печь загружена более 50 \% календарного времени; h2 - низкая загруженность печи (< 30 \%). Эти условия характеризуются следующими значениями:

h,: p(h) = 0,6, Коп(h) = (4;6;5;2); p(h2 )= 0,4, Коп h )=(5;8;5;2,5). Таким образом, выход блока Д0 содержит значения Коп (hi), p(hi), i = 1, 2 .

ПР0. Для принятия решения на продолжение работ требуется оценить вероятность P0 успешного выполнения проекта. С этой целью определяются вероятность Роп правильности выбора ОП, весовые коэффициенты компонентов (с1, с2, с3, с4) и доли dk (h) массивов Коп (h), которые имеют достаточные основания для улучшения.

Эти значения определяются как средние на основе высказываний экспертов (S01) и обработки результатов с использованием АРМ проектировщика (S02) в соответствии с методикой проведения экспертизы Qo. В нашем случае

Роп = 0,95;    с = 0,35; с2 = с4 = 0,3;  с3 = 0,05; dk (h1 ) = с1 + с2 + с4 = 0,95 ; dk (h2 ) = c1 + c4 = 0,65 ; dk = dk (h )p(h1)+ dk h)p(h2)= 0,83 , P = dkPоп * 0,79.

При расчете dk (h1) предполагалось, что имеются предпосылки для достижения значений k°u,     ,     , а при расчете

dk (h ) - kэ0П ,  kо0П .

Полученная вероятность P0 = 0,79 (результат R0), достаточно высока и работы следует продолжить, риск примерно составляет 21 \%.

Д1. Разработка концепции и формирование множества альтернативных вариантов системы управления. В результате обследования печи и существующей системы управления в виде шести систем автоматического регулирования (САР) температуры в секциях разработана структура дерева, формирующего варианты ui новой системы управления (рис. 4.3).

А А

Здесь  ветвь,   образующая  подмножество  вариантов  с  символом   A,  т.е.   и1 = AM 1ПРПК, и2 = AM 1ПРК   и т.д.,

предусматривает разработку устройств энергосберегающего управления динамическими режимами нагрева и остывания печи, а также определения оптимальных режимов, обеспечивающих повышение качества продукции при сохранении существующих САР. Таким образом, варианты ветви A относятся к категории "мягкого" реинжиниринга.

Варианты ветви B предусматривают создание новой системы оптимального управления для режимов нагрева (остывания) и стабилизации температуры. Это варианты "жесткого" реинжиниринга. Таким образом, множество V1

содержит 16 вариантов, различающихся, кроме вида реинжиниринга (А и В), моделями динамики (M1 - модели в форме одного дифференциального уравнения, M2 - модели в форме дифференциальных уравнений с разрывной правой частью), стратегиями реализации оптимального управления (ПР - программная, Пз - позиционная, т.е. с обратной связью по фазовым координатам) и аппаратными средствами (ПК - используется компьютер, К - контроллер).

В общем случае на каждом уровне иерархии (дерева) может рассматриваться большее число элементов, например, модели M1 различаются порядком дифференциального уравнения и т.д.

Для блока Д1 (рис. 4.2) управлениями являются: R0 и C1 - техническая документация; входами - информация J1 о моделях, стратегиях и аппаратных средствах; основным механизмом M1 - персонал службы автоматизации; выходом O1 -множество вариантов V1 и значения массивов ККП в форме "тройственных" оценок - нижняя граница (кн), наиболее вероятное значение (к) и верхняя граница (кв). Эти оценки имеют обобщенный характер для двух групп вариантов VA с мягким реинжинирингом и VB - с жестким и обозначаются соответственно

ka = (kA , Ka , KB ), kb = (кВ, KB, KB )■

ПР1. Эксперты должны согласиться или скорректировать "тройственные" оценки (k", ~и, k,"), и g {VA U VB } вариантов. В случае поступления дополнительной информации во время выполнения 1-го этапа работ могут быть изменены вероятности p(h), h є {h1, h2}, значения Kоп(h), а также введены новые ситуации.

Возможные исходы принятия решения на данном этапе:

группы вариантов VA и VB остаются для последующего рассмотрения, если

KA ~ Коп , КВ ~ Коп , KA ~ КВ ;  (4.5)

остается только множество вариантов VA , если

К a ~ Коп, К~в < Коп (h), Kb < Коп (hi), Ka > Kb ;           (4.6)

остается только множество вариантов VB , если

K~B ~ Коп , K~A < Коп (h ) , К a < Коп (h2 ), K~A < K~B ;       (4.7)

группа вариантов VA и VB отклоняются для создания новых вариантов, если

3 i є {э, бр, нд, ок}:

{((оп(h)U(h2))є[*», k»h&nh)UС(h2))є[*», ku]}; (4.8)

работы по проекту прекращаются как неперспективные, если

j(k°n(h1 )ukr(h2))g [kA;kA] ^{k^(h1 )UКоп(h2))g[kB;^]},

Viє{э, бр, нд, ок }; (4.9) где k," ((") - минимальное (максимальное) значение i -го компонента KA (кА) или KB (кВ); знак g в (4.9) следует понимать в том смысле, что все значения интервала [k",    ], и є {VA U Vb } "хуже" любого k°n (h), h є {h1 h2} .

На основе значений      ,Ки,К)), иє{{А, VB}, Kоп(h), hє{^,h2} и соотношений (4.5) - (4.9) эксперты назначают

тройственные оценки рискам (qu, ~и, qu) для реализации вариантов VA и VB . Эти риски используются для подсчета общих рисков по формулам:

йи4-(1 -Єоп)(1 -~и)] -Ю0\%; Єоп = 1 -^;

Єй =[1 - (1 - Єоп)) -    )] • 100\%, j є [н, в], и є {Va , Vb }. (4.10)

А     А      А    ~~ В     В В

Используя полученные значения Q1 , Q1 н, Q1 в, Q1 , Q1 н, Q1 в, принимается решение по результатам выполненных работ на этапе формирования концепции.

Пусть выполняется условие (4.5) и (q^ = 0,02, ~А = 0,03, = 0,05), (qB = 0,04 , ~в = 0,05, qB = 0,07) , тогда в соответствии с формулами (4.10)

Qf = 1 - 0,95 • 0,97 = 0,0785 (7,85 \%),       = 6,9 \%,       = 9,75 \% ,

Є~1В = 9,75 \% ,       = 8,8 \%, QU = 11,65 \%.

На основе рассмотрения рисков и учитывая, что стоимость работ следующего этапа незначительно зависит от числа рассматриваемых вариантов, лицо, принимающее решение (ЛПР), считает целесообразным продолжить исследования с

V = Va U Vb .

Таким образом, для сеанса экспертизы ПР1 входами являлись - множество вариантов V1 и информация КА, Кв, управлением Q1 - методика принятия решений, ресурсами - персонал (S11) и АРМ проектировщика (S12), выходом R1 -решение о множестве вариантов V1 .

Д2 - выполнение НИР с целью идентификации модели динамики, выявления связей между входными и выходными переменными, определения оптимальных режимов.

На основе спланированных, проведенных и обработанных экспериментов данных получены два вида модели динамики M1, M2 . Модель M1 в форме одного дифференциального уравнения 3-го порядка, модель M2 - многостадийная,

отдельные стадии описываются различными дифференциальными уравнениями 2-го порядка. Точность модели  M 2 несколько выше. С учетом М1 и М2 множество V2 представляет собой объединение четырех альтернативных подмножеств:

V2 = VAM1U VAM 2 U VBM1 U VBM 2 .

Кроме того, выделены факторы, которые существенно влияют на показатель кбр , вместе с тем не обнаружено факторов, имеющих тесную связь с компонентой кнд. На основе этого пересматриваются значения Kоп (h1), Коп (h2), компонента кнд из массива ККП исключается. Новые значения равны

h,: p(h ) = 0,6,       (h ) = (5;8;2),

p(h2 ) = 0,4,     (h2 ) = (6;10;2,5).

Соответственно изменяется состав и значения компонентов массивов Kv, Kv н, Kv в, v є V2.

Спецификация входов (і 2), управлений (С2), механизмов (M 2) и выходов (O2) для блока Д2 содержит описание:

входы - множество вариантов V1 и информация J2;

управление С2 - методика идентификация модели;

механизмы M21 - оборудование и приборы для проведения экспериментов, M22 - программный модуль идентификации моделей динамики, M23 - персонал;

выход O21 - модели динамики, O22 - множество вариантов V2 .

ПР2. Основными задачами принятия решения на данном этапе является сравнительный анализ подмножеств вариантов

VAM1, VAM2,   VBM1, VBM 2 и оценка для них значений риска.

Используя значения   (ко н, K0, K0 в),   оє V2   и       (h),   h є {h1 h2}   методом Парето-оптимизации эксперты

формируют множество V" =  ={VAM2 U VBM1 U VBM2} и по аналогии с ПР1 (см. (4.10)) определяются риски Q°, Q°j,

j є {н,в}, о є V2n , которые для этих вариантов получились приемлемыми.

Таким образом, по результатам сеанса экспертизы ПР2 число рассматриваемых на следующих этапах вариантов сокращается с 16 до 12. Спецификация входов, Q2, S2 и R2 для ПР2 содержит

входы - модели динамики М1, М2 и множество вариантов V2n ;

управление Q2 - методики Парето-оптимизации и расчета рисков;

ресурсы S2 - персонал группы экспертов и программное обеспечение модуля принятия решений;

выход R2 - подмножества вариантов VAM2, VBM 1,VBM2.

Дз. На этапе эскизного проектирования выполняются анализ оптимального управления (ОУ) с целью определения возможных видов функций ОУ и стратегий реализации управления, а также оценки величины эффекта энергосбережения.

Возможные  значения  эффекта  энергосбережения  для  вариантов   оє^п = VAM2 U VBM1 U VBM2   оцениваются с

использованием программных модулей экспертной системы "Энергосберегающее управление динамическими объектами". Исследования производятся с учетом возможных изменений напряжения сети и различных видов продукции. Спецификация компонентов I3, С3, M3, O3 для Д3 содержит:

входы - варианты системы V2n и информация J3;

управление С3 - методика анализа энергосберегающего управления на множестве состояний функционирования;

механизмы M31 - АРМ проектировщика с экспертной системой, M32 - персонал;

выход O31 - алгоритмы управления, использующие программную стратегию (ПР), и алгоритмы с позиционной стратегией (Пз).

ПР3. Для принятия решения при завершении эскизного проекта заполнялась матрица эффективностей по основному компоненту, т.е. проценту экономии энергозатрат кэ. В табл. 4.1. занесены средние значения кэ для трех состояний

функционирования:  Н1  - выпускается одна номенклатура продукции при стабильном напряжении сети; Н2 - одна

номенклатура продукции и возможны колебания (отключения) сети; Н3 - выпускается продукция разных видов, что требует

изменения заданий на температурный режим. Учитывая, что следующий этап технического проектирования требует значительных трудозатрат, необходимо существенно сократить число вариантов системы.

Данные табл. 4.1. обрабатываются разными методами - равной вероятности (критерий q), Гурвица ^г), Шанявского

(qni) и Максимина ^мм). Рассчитанные значения критериев (при весовом коэффициенте с = 0,5 для q1, и q1]1) приведены в правой части табл. 4.1.

В   соответствии   с   используемыми   критериями   наиболее   предпочтительными   следует   считать варианты и є {{вм2 Пр U VBM2 Пз}. Таким образом, число вариантов сокращается до четырех (см. рис. 4.3). Спецификация входов, Q3, S3, R3 для ПР3 содержит:

входы - алгоритмы управления для вариантов V3 = V2 ;

управление Q3 - методика принятия решений в условиях неопределенности;

 

ресурсы S3 совпадают с S2;

выход R3 - подмножество вариантов V3* = VBM2Пр UVBM2Пз.

Матрице эффективностей (табл. 4.1) соответствует следующая матрица упущенных возможностей для определения критерия Сэвиджа (табл. 4.2)

 

Таблица 4.2

 

 

 

Варианты

Состояния функционирования

r

г max

 

H1

H 2

 

H3

 

УаМ2, ПР U   УаМ2, Пз

3

6

 

5

6

4

V ВМ1, ПР U V ВМ1, Пз

2

3

 

0

3

2,5

V ВМ2, ПР U V ВМ2, Пз

0

0

 

2

2

1

 

 

В соответствии с используемыми критериями наиболее предпочтительными следует считать варианты иє{УАМ2> ПР U

VАМ2, Пз}.

Д4. В результате выполнения этапа технического проектирования должен быть разработан вариант системы управления, пригодной для окончательной реализации. Используя возможности экспертной системы и SCADA-системы Трейс-Моуд, разрабатывается полное алгоритмическое и программное обеспечение для вариантов СОУ и13 -и16 (рис. 4.4). Варианты и13, и15, использующие компьютер, обладают большими функциональными возможностями, чем варианты и14, и16 (на контроллерах). Вместе с тем, последние варианты дешевле, для них меньше срок окупаемости. Варианты и15, и16 имеют несколько выше точность соблюдения технологического регламента.

Спецификация компонентов Д4 :

выход - варианты V3* и информация J4;

управление С4 - методики проектирования алгоритмического и программного обеспечения;

механизмы M41 - АРМ проектировщика с экспертной системой и SСADA-системой; M42 - персонал;

выход O4-документация на варианты и13,и14,и15,и16.

Энергосбережение    Сэ 0,36        Качество   Ск 0,34        Цена      Сц 0'3

 

 

ПР4. Задачей сеанса экспертизы является выбор из четырех вариантов одного для практического внедрения. Для принятия решения использован метод иерархического анализа, в качестве критериев учитываются энергосбережение (кэ),

снижение доли брака (кбр) и затраты (кок). Структура иерархии и результаты промежуточных расчетов для этого случая

приведены на рис. 4.4. Расчет рейтингов вариантов показывает: R(o13) = 0,228, R(o14) = 0,24 , R(o15) = 0,2566 ,

R(o16 ) = 0,2754 .

Таким образом, в качестве оптимального варианта выбирается вариант и16, в котором используются модель М2, позиционная стратегия (Пз) и техническое средство - контроллер.

Спецификация компонентов ПР4: выход - документация на варианты и13, и14, и15, и16; управление Q4 - методика принятия решений в условиях

 

определенности; ресурсы S4- совпадает с S2; выход R4 - документация на вариант и16.

Таким образом, рассмотренный пример показывает, что использование принципа динамической вариантности расширяет возможности управления высокотехнологичными проектами за счет перераспределения состава альтернатив на стадиях жизненного цикла, более полного использования поступающей информации и эволюции методов принятия решений по мере уменьшения неопределенности при проектировании.

 

Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 |