Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экспертные методы управления технологичностью промышленных изделий. Монография
.pdf
Глава 3. Применение экспертных методов в управлении технологичностью
свершившихся ранее фактах и их количественном или качественном
выражении, т.е. фактографической информации, в то время как экспертные методы базируются на обработке данных о перспективах
развития объекта, полученных в результате организованного опроса
экспертов по узкоспециализированной теме.
Математические методы прогнозирования отличаются рядом
достоинств, среди которых объективность получаемой информации,
высокая точность, возможность автоматизации расчётов. Однако эти
методы требуют чётко сформулированной математической модели
прогнозируемого объекта и точности оценки её неизвестных параметров.
Эвристические решения и прогнозы, полученные от экспертов,
эффективны во многих случаях, связанных с неопределённостью ситуации, её вероятностным характером, неточностью, недостаточностью информации. Однако некоторые специалисты считают экспертное прогнозирование субъективным, весьма сложным и трудоёмким
процессом [11, 103], хотя эти недостатки в последнее время весьма
успешно преодолеваются.
При оценке и прогнозировании технологичности конструкций
изделий и процессов проектирования и производства необходимо сочетать и математические и экспертные методы. Например, при прогнозировании базовых показателей технологичности новых изделий
определенного класса, проектированием и освоением которых предприятие занимается длительное время и имеет богатый статистический материал по аналогам, прототипам, целесообразно использовать
аналитические методы, либо вывести модели зависимостей основных
показателей технологичности конструкции от тактико-технических и
организационных факторов. А при определении комплексного показателя технологичности на ранних этапах проектирования изделия,
когда нет информации и документов для прямого расчёта, может использоваться экспертное прогнозирование, базирующееся на эвристических процессах.
Проверка точности полученного прогноза является заключительным и весьма сложным этапом прогнозирования. Сложность заключается в том, что прогнозируемая величина достигнет своего предсказываемого значения через определённый период времени, а потому
сиюминутное воспроизведение результата и сопоставление его с прогнозом для оценки точности невозможно. Однако верификация и
131
Глава 3. Применение экспертных методов в управлении технологичностью
-
оценка точности прогнозов в такой области, как проектирование,
подготовка и организация производства жизненно необходимы для
сведения к минимуму нежелательных последствий и производственных потерь.
Для математических методов прогнозирования точность прогноза в значительной степени зависит от точности, с которой определяются неизвестные параметры модели. А эти параметры зависимы от
случайных помех на участке наблюдения и прогнозирования. Поэтому при прогнозировании выделяется некоторая область возможных
значений прогнозируемой величины, в которую с заданной вероятностью попадёт действительное значение этой величины в заданный
момент времени в будущем и при заданных значениях известных параметров.
Различают точечный и интервальный прогнозы. Под точечным
прогнозом понимают значение функции, характеризующей детерминированную основу процесса в заданный момент времени и при заданных значениях известных параметров. Под интервальным прогнозом понимают область значений прогнозируемой величины, в которую с заданной вероятностью попадает прогнозируемое значение в
заданный момент времени и при заданных значениях известных параметров (рис. 3.4).
y
Точечный
прогноз
интервал
интервал наблюдения прогнозиро-
вания
Интер
вальный
прогноз
t0 t t+∆t t
Рис. 3.4. Точечный и интервальный прогнозы
132
Глава 3. Применение экспертных методов в управлении технологичностью
Точность эвристических прогнозов, выносимых экспертами, при соблюдении правильной методологии проведения опросов, определяется
погрешностью 5…10 %, что вполне соизмеримо с погрешностью многих
аналитических методов. Оценивают точность эвристических прогнозов
обычно двумя способами:
проверка воспроизводимости оценок, назначенных одним и тем же
-
экспертом различными методами (например, непосредственным ранжированием и парным сравнением), либо одним методом, но через некоторый промежуток времени;
-
определение близости оценок, даваемых разными экспертами в
один и тот же период времени.
Проверка выполнения условий воспроизводимости требует выбора
меры, оценивающей близость оценок, назначенных экспертами, а этот
выбор часто носит субъективный характер, так как не существует единого критерия.
С другой стороны, если взгляды экспертов существенно расходятся
это означает, что есть неопределённость, проблема, «узкое место». В
–
частности, при экспертном прогнозировании технологичности изделий
расхождения во мнениях экспертов различной профессиональной направленности (разработчики и изготовители) использовались для выявления направлений совершенствования конструкции по технологичности, обозначения производственных проблем по отработке изделий на
технологичность.
Выявление согласованности экспертных оценок также является составной частью оценки точности прогнозов, полученных эвристическими методами. Здесь можно говорить о двух подходах. Первый состоит в
том, что выбирается некоторый показатель разброса, подобный дисперсии. Этот показатель нормируется таким образом, чтобы он принимал
значения от 0 до 1 (или от +1 до -1). Крайние значения говорят об отсутствии согласованности и наибольшей возможной согласованности соответственно.
Во втором случае на содержательном уровне формулируется понятие согласованности для каждой конкретной ситуации. Подбираются
подходящие статистические гипотезы: нулевая и альтернативная. Строится статистика для проверки гипотез, при нулевой гипотезе H
выясня-
0
ется её распределение. Далее проверка согласованности сводится к проверке соответствующих гипотез. Если нулевая гипотеза H
вует об отсутствии, то альтернативная H
133
– о наличии согласованности.
1
свидетельст-
0
Глава 3. Применение экспертных методов в управлении технологичностью
Если H
отвергается при заранее заданном уровне значимости α <<1, то
0
декларируется наличие согласованности.
Таким образом, точность и объективность экспертных методов прогнозирования может быть повышена, если обоснованно подойти к вопросам подбора компетентных экспертов и оценки их качества, определения их оптимального числа, выбора методов проведения экспертиз и
получения информации от экспертов, выбора статистических методов
обработки экспертных оценок.
3.4.4. Обоснование применения экспертного метода для
решения задачи прогнозирования технологичности
изделий
Сегодня не существует достаточно надёжных, достоверных и эффективных математических методов оценки и прогнозирования технологичности проектируемых и осваиваемых в производстве изделий. Часто численные процедуры, используемые инженерами для определения
показателей технологичности сложных изделий, являются приближёнными и необъективными, не отражают реальных умозаключений специалиста. В ряде случаев результаты логических рассуждений экспертов
при решении задач классификации (а оценку и прогнозирование технологичности можно уверенно отнести к таким задачам) расходятся с результатами численных методов. Последние при этом не пользуются доверием и не находят должного применения.
Таким образом, решение задачи прогнозирования технологичности
конструкций изделий методами формализованного представления
должно дополняться и качественным (эвристическим) анализом, сопряжённым со способностью эксперта оперировать с нечётко очерченными
факторами, влияющими на технологичность, формировать решения на
базе прошлого опыта, интуиции, инженерного «чутья», создавать целостный образ изделия, экономичного по всем видам затрат. По шкале
сложности эвристических решений задача разработки технологичной
конструкции детали, узла, изделия отмечается в [10] как самая сложная,
наравне с шахматной игрой.
Эвристические методы решения задач применяются, когда исследуются сложные процессы и объекты, формализация которых часто
приводит к чрезмерной идеализации и абстрагированию от сущности
134
Глава 3. Применение экспертных методов в управлении технологичностью
процесса (объекта) или такая формализация вообще невозможна в силу
отсутствия или неполноты информации об объекте. Такие методы ещё
называют качественными, экспертными, а в последнее время был предложен термин «методы, направленные на активизацию использования
интуиции и опыта специалистов» [81]. Дедуктивные решения, характеризуемые относительной простотой моделируемости объекта, однозначностью и приемлемой достоверностью результата являются грубыми
для многофакторных задач с неопределёнными исходными данными и
параметрами. Эвристические методы предполагают, что подходы, используемые для формирования прогноза, не изложены в явной форме и
неотделимы от лица, делающего прогноз, при разработке которого доминируют интуиция, прежний опыт, творчество и воображение.
Создание конструкций новых промышленных изделий является результатом творческого процесса, синтезирующего в себе как объективные предпосылки, так и субъективные качества специалистов. Оптимальные решения могут быть выбраны только с учётом комплексного
влияния на технологичность конструкции факторов, повышающих или
снижающих её. Таких факторов множество, их вес, силу, период действия, направленность и т.д. не всегда возможно описать известными математическими моделями. Но необходимо отметить, что в производственных условиях эту нетипичную задачу по оценке и прогнозированию
технологичности конструкций приходится решать довольно часто, так
как технологичность является одним из основных ресурсосберегающих
показателей качества изделия. Как справедливо отмечается в [75] решать
такие задачи, «… сочетать опыт и знание конструктора, подготовленность технолога и экономиста может только высокоэрудированный специалист…».
Еще один фактор, влияющий на необходимость применения эвристических методов прогнозирования технологичности, неполнота и неопределённость (противоречивость) информации об объекте. Они вызваны ограничениями процесса прогнозирования во времени. Прогноз
этого показателя должен быть сформирован на ранних этапах проектирования изделия, начиная с этапа разработки технического задания и не
позже создания технического проекта. Здесь общие и локальные технические решения получают предварительное, схематичное описание в виде эскизов и набросков, могут содержать ошибки и неточности. Варианты этих решений касаются использования различных принципов действия, физических эффектов, компоновок и конструктивных схем про-
135
Глава 3. Применение экспертных методов в управлении технологичностью
мышленных изделий. Эскизные наброски технических вариантов и их
краткое описание несут столь мало количественной информации, что
прогнозировать по ним технологичность сколько-нибудь корректно невозможно. Таким образом, недостоверность данных об объекте может
быть вызвана следующими причинами:
собрана не вся информация об объекте, причина характеризует не-
-
полноту информации в силу временных или ресурсных ограничений;
собрана не вся необходимая информация (недостаточность) для
-
принятия эффективного решения в виде выбора наиболее технологичного исполнения конструкции;
ряд факторов, элементов объекта, условия и т.д. определены не-
-
точно, в виде набросков, т.е. имеется неопределённость объекта;
-
ряд элементов объекта и условий описаны по аналогии с уже оценёнными объектами или классами объектов, имеется лишь «замещающее» описание, т.е. неадекватность информации;
-
нечёткость исходной информации об объекте, обусловленная наличием в описаниях задачи понятий и отношений с нестрогими границами, а также высказываний с многозначной шкалой истинности.
Тем не менее, чтобы процесс проектирования не прерывался, необходимо прибегнуть к эвристическим методам, использующим специфические приемы продуктивного мышления, сформированные у человека в
ходе решения одних задач и сознательно переносимые на другие задачи.
Модель прогнозирования технологичности конструкции изделия
может быть представлена в виде кортежа
TSEAM ,,,= ,
где A – множество рассматриваемых вариантов конструкции изделия; E
среда задачи прогнозирования технологичности; S – структура свойств
–
оцениваемой конструкции; T – решающее правило или некоторый алгоритм, позволяющий выделить наиболее технологичную конструкцию
функция выбора).
(
Разработчик изделия вынужден обращаться к экспертным методам
прогнозирования также из-за того, что на ранних этапах проектирования
сложных (или оригинальных) объектов имеется ряд альтернативных вариантов проектирования, но неизвестно точно, какими именно свойствами будет обладать объект, созданный на том или ином этапе. Проработка всех вариантов, моделирование их невозможны из-за временных и
136
Глава 3. Применение экспертных методов в управлении технологичностью
стоимостных ограничений на ресурсы. Это вынуждает разработчиков
привлечь богатый опыт и знания экспертов для более «экономного» решения задачи.
В силу существенной неопределённости задачи прогнозирования
технологичности методы её решения могут быть построены на основании дополнительной информации, полученной от экспертов. Поскольку
эта информация носит субъективный характер, возникает необходимость проверки согласованности её по критериям полноты, непротиворечивости, избыточности, а также необходимость анализа зависимости
информации от входных факторов и их изменений. Возникает потребность использования компьютера для автоматизации процедур экспертного прогнозирования в режиме диалога «эксперт-компьютер». Это позволяет сочетать преимущества компьютера при выполнении формализованных операций (быстрота, память, точность) с творческой способностью эксперта осуществлять не поддающиеся формализации операции
на основании опыта и интуиции. Целесообразность интерактивного режима решения задачи прогнозирования технологичности изделий можно
объяснить и тем, что он учитывает итеративный процесс получения и
полноту учёта информации экспертом, способствует рациональному использованию информации, полученной от эксперта, обеспечивает оперативный характер решения задачи.
Необходимо признать, что на современном этапе развития техники
эвристические, в том числе и экспертные методы прогнозирования и
оценки уровня технологичности должны использоваться более активно,
так как на протяжении долгого времени потенциал их оставался не реализованным для решения прикладных задач, а возможности расчётноаналитических методов исчерпаны.
3.4.5. Прогнозирование технологичности изделий на базе
учета и минимизации разногласий экспертов
В основу предлагаемого метода прогнозирования технологичности
изделий экспертным способом положен принцип учёта и последующей
минимизации разногласий экспертов, принадлежащих двум профессиональным группам – конструкторам-разработчикам (Кн) и технологам-
изготовителям (Тх) объекта экспертизы. В качестве управляющей ин-
формации при этом рассматривается уровень разногласий этих специа-
137
Глава 3. Применение экспертных методов в управлении технологичностью
листов по тем или иным параметрам комплексной оценки технологичности конструкции, в качестве которых выступали качественные факторы, выбранные по методике, изложенной в § 3.2.
Использование принципа учёта разногласий экспертов можно обосновать следующими соображениями. Понятие технологичности, как уже
отмечалось, охватывая широкий круг конструкторско-технологических
вопросов, несёт в себе определённые противоречия, которые базируются
на имеющемся объективном различии точек зрения конструктораразработчика и технолога-изготовителя в оценке технологичности конструкции [15, 16]. Конструктор при проектировании стремится обеспечить, прежде всего, заданные тактико-технические характеристики изделия и не всегда имеет возможность глубоко анализировать степень технологического совершенства создаваемой конструкции, трудоёмкость
изготовления различными методами. Технолог, в свою очередь, заинтересован получить от разработчика простое в изготовлении изделие, иногда даже за счёт снижения его отдельных функциональных характеристик. Конструктор может считать созданную им конструкцию достаточно технологичной, в то время, как технолог, основываясь на оценке технологического уровня своего предприятия, требует изменения конструкции с целью обеспечения высокоэффективного и экономичного производства. Основой разрешения этих противоречий является согласование тех изменений в конструкции, которые обеспечат достижение компромиссного уровня её технологичности, приемлемого для изготовления
при безусловном обеспечении эксплуатационных характеристик изделия
[57].
Таким образом, в основу метода экспертного прогнозирования технологичности конструкции промышленного изделия было бы целесообразным заложить принцип учёта разногласий в оценках качественных
факторов технологичности двумя группами экспертов – технологами,
представителями изготовителя и конструкторами, представителями разработчика изделия. Очевидно, что чем больше уровень разногласий между группами экспертов, тем больший вклад вносит этот фактор в
ухудшение технологичности конструкции.
Метод разрабатывался, апробировался и совершенствовался автором в течение определенного времени [8, 45, 60, 62]. Последовательность реализации метода представлена в виде блок-схемы на рис. 3.5 и
четко разделена на четыре этапа:
-
подготовка экспертизы;
138
Глава 3. Применение экспертных методов в управлении технологичностью
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Подготовка
Опрос экспертов
Расчет и статистическое оценивание
Анализ результатов
Формирование списка
качественных факторов технологичности
Формирование экс
пертных групп из раз-
работчиков и изгото-
вителей
Конструкторская
документация на
изделие
Разработчики (Кн) Изготовители (Тх)
Парное сравнение и
непосредственное
ранжирование факто-
ров
Парное сравнение и
непосредственное
ранжирование факто-
ров
Оценка согласованно
сти мнений в группе и
её статистической зна-
чимости
Оценка согласованно
сти мнений в группе и
её статистической зна-
чимости
Определение обоб
щённого ранжирова-
ния по группе экспер-
тов-разработчиков
Определение обоб
щеёного ранжирова-
ния по группе экспер-
тов-разработчиков
Определение технологич
ности изделия как коэффициента ранговой кор-
реляции К
т
Уровень пофак
торных разногла-
сий
экспертов
0,5 ≤ Кт ≤ 1
-1 ≤ К
Анализ К
т
< 0,5
т
Технологичность из
делия высокая, отра-
ботка конструкции не
требуется
Рис. 3.5. Блок-схема реализации метода экспертного прогнозирования
технологичности конструкции промышленного изделия
Технологичность из
делия низкая, требует-
ся отработка конст-
рукции
139
Выявление факторов,
по которым требуется
отработка
Глава 3. Применение экспертных методов в управлении технологичностью
- опрос экспертов с получением их индивидуальных оценок;
-
обработка результатов, статистическое оценивание и получение
прогноза;
-
анализ прогноза и выдача рекомендаций по отработке технологич-
ности.
В ходе подготовки экспертизы сначала подбирается рабочая группа,
которая затем и формирует экспертные группы из числа специалистов
предприятия-разработчика и предприятия-изготовителя, имеющих непосредственное отношение к разрабатываемому изделию. При этом проводится отбор специалистов с использованием модели комплексной оценки качества эксперта, изложенной в § 2.5 с учетом рекомендаций по количественному составу, выработанных в § 2.3.
Необходимо отметить, что экспертизу можно также проводить, ограничиваясь специалистами одного предприятия. В этом случае в отдельные подгруппы можно включить представителей конструкторского
и технологического подразделений предприятия. Несмотря на строгий
предварительный отбор экспертов с целью получения достоверных результатов, проводится окончательный их отсев по компетентности. Эта
процедура выполняется как неотъемлемая составная часть экспертизы и
будет изложена далее.
Экспертам предлагается упорядочить качественные факторы по интенсивности их влияния на технологичность конструкции разрабатываемого изделия. Упорядочение проводится методом парных сравнений.
Составляется матрица парных сравнений, столбцам и строкам которой
соответствуют факторы технологичности, причём строке и столбцу с
одинаковыми номерами соответствует один и тот же фактор. Матрица
заполняется следующим образом: на пересечении i-й строки и j-го
столбца ставится 1, если i-й фактор не в меньшей степени ухудшает технологичность рассматриваемой конструкции, чем j-й фактор, и ставится
в противном случае. При m факторах в списке эксперту будет предъ-
0 –
явлено для сравнения m(m - 1)/2 всевозможных пар этих факторов.
Таким образом, сумма элементов i-й строки характеризует предпочтительность i-го фактора по сравнению с (m - 1) остальными и называ-
ется числом предпочтений этого фактора. По результатам построчного
суммирования составляется ранжирование факторов технологичности
данного эксперта. Фактору с наибольшим числом предпочтений присваивается ранг r
(1)
= 1.
140
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]