Инноватика

Глава 13. Высокие технологии

Методу главного показателя присущи следующие недостатки:

1)в большинстве случаев нет достаточных оснований для того, чтобы считать какой-то один, и притом вполне определенный,

показатель качества (конкурентоспособности) главным, а все

q2(S), ..., qm(S), переводимых в разряд ограничений, достаточно трудно установить их допустимые значения. Лексикографический метод. Предположим, что показатели

упорядочены по важности, например, q1 (S) > q2 (S) >...> qm (S). Суть метода заключается в выделении сначала множества альтернатив с наилучшей оценкой по наиболее важному показателю. Если такая альтернатива единственная, то она считается наилучшей; если их несколько, то из их подмножества выделяются те, которые имеют лучшую оценку по второму показателю и т.д.

Метод результирующего показателя качества. Суть данного

В зависимости от того, каким образом частные критерии объединяют в обобщенный критерий, различают следующие основные разновидности обобщенных критериев:

−аддитивный критерий;

−мультипликативный критерий;

−максиминный (минимаксный) критерий.

Аддитивный критерий . В этом случае целевую функцию получают путем сложения нормированных значений частных критериев. В общем виде целевая функция обычно имеет следующий вид:

где n – количество объединяемых частных критериев; Ci – весовой коэффициент i-го частного критерия; Fi(X) – числовое значение i-го частного критерия; F0i(X) – i-й нормирующий делитель; fi(X) – нормированное значение i-го частного критерия.

***

341

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

Пример. Определить оптимальный вариант компоновки робототехнического комплекса (РТК) с использованием обобщенного (интегрального) аддитивного критерия технического уровня системы машин. Частными критериями, с помощью которых в данном примере оценены варианты РТК, являются производительность и надежность (наработка на отказ). По каждому из этих критериев требуется получить максимальное значение параметра. Исходные данные для решения задачи приведены в табл. 13.2.

Т а б л и ц а 13.2 Исходные данные для определения оптимального варианта

компоновки РТК

Целевую функцию на основе аддитивного критерия (13.16) можно записать следующим образом:

Значения обобщенного аддитивного критерия рассчитываются для каждого варианта:

Вариант 1 (напольный робот + 1 станок) F(X)=0,6·(30/120)+0,4·(4/4)=0,55; Вариант 2 (напольный робот + 2 станка) F(X)=0,6·(60/120)+0,4·(2/4)=0,5;

Вариант 3 (подвесной робот + линия из 4 станков)

F(X)=0,6·(120/120)+0,4·(1/4)=0,7.

Парето-оптимальным является 3 вариант компоновки робототехнического комплекса по критерию максимума технического уровня, так как ему соответствует максимальное значение обобщенного аддитивного критерия. Недостаток этого метода, как видно из примера, заключается в том, что весовые коэффициенты назначает проектировщик.

***

342

Глава 13. Высокие технологии

где Сi – весовой коэффициент i-го частного критерия; Fi(X) – числовое значение i-го частного критерия.

Преимущества мультипликативного критерия в том, что не требуется нормирование частных критериев; практически всегда определяется одно оптимальное решение. К недостаткам метода относят:

−трудности (субъективизм) в определении весовых коэффициентов;

−перемножение разных размерностей;

−взаимная компенсация значений частных критериев.

Максиминный (минимаксный) критерий. Максиминный

показатель обеспечивает наилучшее (наибольшее) значение наихудшего (наименьшего) из частных показателей качества. Эти критерии работают по принципу компромисса, который основывается на идее равномерности. Сущность принципа максимина заключается в следующем. При проектировании сложных систем, при наличии большого числа частных критериев установить между ними аналитическую взаимосвязь очень сложно. Поэтому стараются найти такие значения переменных (параметров) X={x1,x2,…, xm}, при которых нормированные значения всех частных критериев равны между собой:

При большом количестве частных критериев из-за сложных взаимосвязей добиться выполнения указанного выше соотношения очень сложно. Поэтому на практике варьируют значениями переменных проектирования x1, x2, …, xm, при этом последовательно «подтягиваются» те нормированные критерии, численные значения которых в исходном решении оказались наименьшими. Так как эта операция производится в области компромисса, подтягивание «отстающего» критерия неизбежно приводит к снижению значений

343

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

части остальных критериев. Но при проведении ряда шагов можно добиться определенной степени уравновешивания противоречивых частных критериев, что и является целью принципа максимина.

Широко распространенным методом решения многокритериальных задач является также метод сведения многокритериальной задачи к однокритериальной путем свертывания векторного критерия в интегрированный критерий. При этом каждый критерий умножается на соответствующий ему весовой коэффициент (коэффициент важности).

m

Ф(x) = ∑ai × Fi (x) ,

i=1

(13.20)

Многокритериальная оптимизация технологических процессов по критериям максимального технического уровня и минимальных затрат. В целях использования рассмотренных методов многокритериальной оптимизации для анализа высоких технологий13 (технологических процессов) распределим их по уровням технологии (рис. 13.8).

По уровню технологии

Непаспортизированная Паспортизированная

Рис. 13.8. Уровни технологических процессов

Показателями, которые чаще всего используют для выбора высоких технологий в проектном деле для технического перевооружения производства, рассматриваются следующие (табл. 13.3)

13 Селиванов С. Г., Иванов Ю. М. Многокритериальная оптимизация высоких и критических технологий в проектах технического перевооружения производства // Проблемы машиноведения и критических технологий в машиностроительном комплексе РБ: сб. научных трудов. Уфа. 2006.

344

Глава 13. Высокие технологии

Т а б л и ц а 13.3

Обозначения показателей

С помощью программного обеспечения14 в среде Matlab составим матрицы сравнения для всех анализируемых разновидностей технологических процессов и определим весовые коэффициенты для каждого показателя технологического процесса.

В качестве примера многокритериальной оптимизации была рассмотрена оптимизация технологического процесса изготовления деталей типа «фланец». Для данной ситуации были найдены значения показателей для всех видов технологических процессов.

14 Селиванов С. Г., Иванов Ю. М., Никитин В. П. Методы автоматизации технологической подготовки технического перевооружения производства // Вестник УГАТУ. 2006.Том 8. №2.

345

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

Т а б л и ц а 13.4

Распределения оценки относительной важности требований к технологическим процессам (технологиям)

346

Глава 13. Высокие технологии

С помощью разработанного в среде Matlab программного обеспечения произведен автоматический расчет коэффициентов сменности, загрузки, производительности оборудования и других показателей данного проектного технологического процесса для всех вариантов технологических процессов, определяемых многовариантным технологическим графом (рис. 13.3).

По полученным результатам для многокритериальной оптимизации выявлен ряд зависимостей (взаимосвязей) между различными технико-экономическими показателями технологических процессов, которые учитывают показатели их технического уровня

(рис. 13.9, а, б).

Рис. 13.9, а. Эмпирические взаимосвязи и изменения основных технико-экономических показателей технологических процессов, учитывающие технический уровень технологий

347

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

Рис. 13.9, б. Эмпирические взаимосвязи и изменения основных технико-экономических показателей технологических процессов, учитывающие технический уровень технологий

Эти взаимосвязи с учетом изложенного выше по выбору метода многокритериальной оптимизации позволяют определить Паретооптимальные технологические процессы для анализа возможностей применения высоких технологий в проектах технического перевооружения производства.

348

Глава 13. Высокие технологии

Выводы

1.По мере развития технических систем во времени характеристики (показатели) техники и технологии непрерывно улучшаются за счет изобретательской, рационализаторской деятельности и проведения НИОКР и/или опытнотехнологических работ, что приводит к продвижению данной технологии вверх по S-образной кривой развития в область так называемых «высоких технологий».

2.Высокие технологии, наряду с критическими технологиями, в инновационной экономике превратились в стратегический фактор научно-технического, экономического и социального развития. Теории, основанные на высоких технологиях, становятся решающими элементами геополитического статуса ведущих государств и систем их национальной безопасности.

3.Высокие технологии необходимо рассматривать с разных точек зрения: не только как высокие технологические знания о способах и средствах проведения производственных процессов, воплощенных в конкурентоспособной технике, но и как технологические процессы, в которых воплощены новейшие научно-технические достижения, обеспечивающие одновременно и высокий технический уровень, и наименьшие затраты.

4.Для выбора проектных технологических процессов в целях технологического перевооружения производства используют не только экономические показатели, например, минимум технологической себестоимости или приведенных затрат, но и различные показатели технического уровня. При этом наивысшие значения критерия технического уровня позволяют утверждать, что данная технология является «высокой».

349

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

Вопросы для самоконтроля

1.Что называют высокими технологиями?

2.Для каких целей разрабатывают комплекты проектной технологической документации?

3.Какие критерии используют для оптимизации проектных технологических процессов?

4.Какие методы структурной оптимизации проектных технологических процессов вы знаете?

5.Как построить сетевую модель для структурной оптимизации проектного технологического процесса?

6.Как можно воспользоваться методами теории игр для анализа рекуррентных свойств сетевых графов?

7.Что такое «поле чистых стратегий»?

8.Какие критерии используют для анализа «высоких технологий»?

9.Какие показатели используют для оценки технического уровня?

10.Для каких целей необходимо знать значения показателей технического уровня?

11.Для каких расчетов в проектах технологического перевооружения производства можно использовать различные показатели технического уровня?

12.Как можно осуществить многокритериальную оптимизацию проектных технологических процессов по критериям высокого технического уровня и наименьших затрат?

13.Какие методы многокритериальной оптимизации технологий вы знаете?

350