Эффективность инженерных решений

Основные и специфические показатели эффективности инженерных решений

1.Эффективность инженерных решений

2. Общие положения оценки эффективности инженерных решений.

3. Основные показатели качества мехатронных систем

Эффективность инженерных решений

Цель определения эффективности системы - оптимизировать систему в процессе разработки (модернизации) или выбрать вариант системы для реализации, наиболее близкий к оптимальному за выбранным показателем эффективности.

Особенностью сложных систем является необходимость их оценки по нескольким частным показателям качества: точности, надежности, стоимости и т.д. В соответствии с принципом однозначности, показатель эффективности системы в целом как критерий оптимума должен быть представлен в виде одного общего показателя, что включает все частные показатели качества, которые учитываются. В общем случае эффективность внедрения или модернизации системы оценивается показателем

E = (2.1)

где D - эффект, то есть величина, показывающая целесообразность применения новой системы или модернизации существующей;

С - расходы на разработку, внедрение и эксплуатацию или модернизацию системы.

Теоретически показатель эффективности новой системы Е учитывает все расходы и целесообразность от ее введения, затраты общественного труда, качественное удовлетворение новых потребностей, улучшение качества продукции и т.інш. Однако не все эти показатели могут быть измерены. Потому в промышленности чаще всего пользуются понятиям экономической эффективности, которая оценивается экономией расходов общественного труда. Если эффект от внедрения системы может быть определен в денежном выражении, то абсолютное значение экономической эффективности, например годовой экономический эффект, оценивается как разница

Е= Е_год - Е_нС (2.2)

где Е_год - годовой прирост прибыли в результате внедрения новой системы;

Е_н - нормативный коэффициент капитальных расходов в данной отрасли техники. В этом случае эффективность внедрения системы определяется показателем экономической эффективности

Е= Е_год/C (2.3)

Внедрение новой системы (или модернизация существующей) будет целесообразным, если фактический показатель экономической эффективности Е будет выше нормативного коэффициента капитальных вложений Е_н, который обеспечивается при использовании капитальных вложений на внедрение уже освоенных в данной отрасли систем:

Е Е_н (2.4)

Преимущество в реализации предоставляется варианту системы, для которого показатель экономической эффективности Е наибольший по сравнению со всеми другими разработанными вариантами системы (ИР). Если полный эффект от внедрения новой системы не может быть представлен в денежном выражении, то используется понятие технико-экономической эффективности, которое кроме экономии расходов общественного труда учитывает измеряемые технические показатели новой системы

Е=F(y₁,y₂..., y_l, C) (2.5)

где y₁,y₂..., y_l, - измеряемые технические показатели (частные показатели качества);

l - количество частных показателей качества, которые учитываются.

Расходы С на разработку, внедрение и эксплуатацию новой техники можно рассматривать как один из частных показателей качества, потому формулу (2.5) можно записать в общем виде следующим образом

Е=F(y₁,y₂,..., y_n) (2.6)

где п - общее количество частных показателей качества, которые учитываются, включая расходы С=у_n.

Частные показатели качества зависят от структурных и конструктивных параметров, которые можно изменять в процессе разработки и внедрения системы:

y_i = (x₁, x₂, ..., x_m), i=(1, n), (2.7)

где x₁, х₂ ,.., х_m - структурные и конструктивные параметры системы и ее элементов.

Если функции и F известны, то есть выражены аналитически, то не представляет трудностей определения показателя эффективности Е, поскольку параметры x₁, х₂ ,.., х_m известны для каждого варианта системы. Именно они являются объектами управления при оптимизации системы в процессе ее разработки и модернизации, поскольку разработка и модернизация системы сводятся к выбору структуры и элементов системы, которые обеспечивают ее максимальную эффективность.

Если функция Fнеизвестна, иногда ограничиваются оценкой эффективности системы по одному из наиболее важных частных показателей (например, по y_i),а на другие налагают ограничение, чтобы они не выходили за определенные границы

E= y_i (2.8)

y_нi y_i у_вi, і = 2,3,4,…,n,

где y_нi и у_вi - нижняя и верхняя границы і-го частного показателя качестваа. В зависимости от показателя качестваа одна из границ (верхняя или нижняя) может быть не ограниченной.

Оценка эффективности системы по отдельному частному показателю при ограничении остальных показателей имеет тот недостаток, что решение задачи оптимизации или выбора для реализации практически оптимального варианта системы будет неоднозначным. Можно получить много вариантов систем с одинаковым или приблизительно одинаковым основным частным показателем качества у_i при том, что существенно различаются другие частные показатели, значения которых удовлетворяют ограничением. В этом случае нельзя с уверенностью определить, какой вариант системы будет ближе к оптимальному. Потому как один из методов определения эффективности было предложено для определения практически оптимального варианта сложной системы заменять функцию показателя эффективности (2.6), если не известно ее аналитическое выражение, линейной функцией, что включает все основные частные и показатели качества

E = b₁y₁ + b₂y₂ + ... + b_ny_n , (2.9)

где b₁, b₂,. ., b_n - весовые коэффициенты.

При наличии ограничений y_нi y_i у_вi, линейная форма (2.9) показателя (критерия) эффективности сложных систем является наиболее простой функцией, что учитывает все основные частные показатели качестваа. Ее используют для выделения практически оптимального (из тех, что конкурируют) варианта без особенных трудностей.

Самостоятельным заданием при использовании линейной функции (2.9) является определение перечня частных показателей качества системы y_i и их весовых коэффициентов b_i.

Общие положения оценки эффективности инженерных решений

Узловым моментом оценки эффективности является выбор критерия эффективности для ее количественной оценки и разработка модели эффективности проектируемой или модернизуемой системы. В общем случае модель эффективности системы включает исходный эффект и расходы. Исходный эффект системы определяется методами исследования операций, которые позволяют провести анализ применения системы по назначению и определить место каждого показателя качества в достижении необходимого результата. При разработке модели эффективности должны быть отображенные расходы на этапах проектирования, производства и эксплуатации системы.

Определение эффективности системы является сложным и трудоемким процессом даже для разрабатывающих эти вопросы научно-исследовательских учреждений. Модернизация же ИР, что проводится в основном силами отдельных конструкторских бюро (ОКБ) серийных предприятий, требует разработки инженерной методики выбора наилучшего варианта модернизуемой системы, доступной инженерам (не очень трудоемкой в реализации). Сравнение разных критериев эффективности приводит к выводу, что наиболее приемлемыми являются критерии, которые позволяют при знании весовых коэффициентов частных показателей качества системы (таких как точность, стоимость, надежность, вес, габариты и тому подобное) определить практически оптимальную систему. Под практически оптимальной системойпонимается система, которая имеет наивысший показатель эффективности среди данных систем, даже если ни по одному из частных показателей качества (ЧПК) не достигнуто экстремальное значение. Знание весовых коэффициентов значительно упрощает поиск оптимальной системы.

Важное значение имеют также оценки необходимых расходов на создание и внедрение системы (ИР) в эксплуатацию. Как следует из модели эффективности, расходы имеют значительное влияние на эффективность, а следовательно, и на выбор наилучшего варианта системы. Стоимостный критерий, вне сомнения, играет существенную роль, поскольку в настоящее время стоимость построения сложных систем и расходов на эксплуатацию составляет миллионы и миллиарды гривен. Например, стоимость проектирования и эксплуатации по программе «Аполлон» в США составила 25 млрд. дол., что превышает стоимость десятков мощных гидроэлектростанций. Высокая стоимость системы часто является причиной невозможности ее внедрения.

Инженерные решения одной и той же задачи на современном этапе допускают несколько разных вариантов, каждый из которых реально выполнимый. От инженера требуется умение найти наилучшее в технико-экономическом плане решение. Потому окончательное решение можно принять только на основе расчетов по оптимизации или опытных проверок, которые сводятся к поиску варианта с экстремальным или относительно наилучшим значением принятого критерия эффективности. Экстремальное или относительно лучшее значение критерия отвечает искомому оптимуму, которого должен добиваться инженер.

Чтобы оценить данный вариант создания или модернизации системы по выбранному критерию с учетом всех показателей качества, необходимы начальные объективные данные и оптимизационные методики, по которым можно получить оценку. При этом очевидно, что варианты решений должны удовлетворять заданным качественным критериям.

Большинство современных промышленных изделий являются составной частью сложных комплексных систем. Расширение круга заданий, которые разрешаются с помощью ИР, допускает последующее осложнение комплекса устройств. В связи с этим задание проектирования и модернизации приобретают новую качественную особенность - результаты их решения должны быть такими, чтобы обеспечить оптимизацию системы (комплекса) в целом. Сеть разработки заключается, как правило, в изучении технического вопроса, выработке технических требований, выполнении эскизного и технического проектов, в разработке всей необходимой документации, изготовлении и испытании макетных и опытных образцов, проведении лабораторных и государственных испытаний. При позитивных результатах испытаний система (ИР) передается для освоения в промышленность. Абсолютно очевидно, что успех освоения системы зависит от качества выполненной разработки. В то же время известные случаи, когда разработанные системы не были внедрены, поскольку не смогли быть освоены промышленностью из-за технологических трудностей.

Из табл. 2.1 видно, что период от выдачи технического задания к передаче системы в промышленность длится обычно 3-4 года, а от получения технических требований к внедрению системы в эксплуатацию - до 7 лет. При этом для разных типов систем, собранных в группы 1, 2, 3 по однотипности технологии и функционального назначения, разработанных разными НИИ и освоенных на протяжении последних 25 лет, этот процесс приблизительно одинаков. В целом на практике этот процесс занимает 5-8 лет и при оптимальном управлении производством может быть сокращен на 3-4 года. Опыт работы с осваиваемыми системами на производстве и в эксплуатации показывает необходимость и целесообразность их модернизации. Для этого есть ряд следующих обстоятельств:

- в связи с большим периодом от разработки к освоению новые, усовершенствованные схемы и технические средства, разработанные и внедренные в производство на протяжении этого периода, не смогли быть примененные в системе при ее изготовлении;

- из-за значительной трудоемкости этапа от разработки к испытанию и жестким срокам на его выполнение разработчик систем часто преследует цель удовлетворить технические требования, а не найти как можно лучше во всех отношениях решения;

- отсутствующий опыт серийного производства и эксплуатации изготовленной системы на серийно выпускаемых комплектующих, а не на опытных образцах комплектующих элементов. Разработчик системы, начиная процесс разработки,

Табл.2.1. Сроки освоения сложных систем по этапам разработки

абсолютно правильно закладывает в него новые перспективные элементы, которые часто еще серийно не изготовляются, а выпускаются в виде опытных образцов институтами- разработчиками этих же элементов;

- характеристики элементов, которые серийно выпускаются, обычно отличаются от опытных образцов, чаще всего в худшую сторону. Например, нужный разработчикам класс точности элементов, используемых в системе (потенциометрических датчиков, сельсинов и т.д.), в ряде случаев не может быть обеспечен при серийном производстве этих элементов;

- у разработчиков еще не накоплены сведения о малонадежных и «узких» местах системы, которые не могут быть полностью обнаружены в ходе лабораторных и государственных испытаний;

- в процессе эксплуатации часто возникает необходимость расширить диапазон заданий, которые разрешаются системой, повысить ее точностные и надежностные характеристики.

Практика показывает, что объем работ по модернизации систем, которые серийно выпускаются предприятиями или таких, что не выпускаются, но находятся в эксплуатации, составляет до 30% от объема общих работ. Необходимость модернизации систем в условиях серийного производства и эксплуатации требует оценки ее экономической эффективности, эксплуатационной и производственной целесообразности.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: