Категория эффективности

Категория эффективности имеет большое теоретическое и практическое значение. На основании оценки эффективности:

1. сравниваются однотипные системы;

2. выбираются однотипные группы систем;

3. оперативно оценивается деятельность (действие системы);

4. продолжается или прекращается создание (разработка) системы;

5. проверяется соответствие системы назначению;

6. решается вопрос о принятии или неприятии готовой системы для применения;

7. определяется перспективность системы;

8. выясняется наличие или отсутствие целенаправленности (если это неизвестно);

9. определяется повышение или понижение степени соответствия системы назначению ( или целенаправленности );

10. определяется соответствие реальной целенаправленности системы нормативной или предположительной.

Теория эффективности не может быть чисто математической теорией. Теория эффективности является аппаратом разработки проблем «дальнего прицела» и в то же время средством решения текущих, насущных, оперативных задач практической деятельности. Вот некоторые из этих проблем [134]:

1.Оптимальное распределение ресурсов между отраслями производства.

2. Наращивание энергетического ресурса для обеспечения растущих потребностей, не вызывающее отрицательных экологических последствий.

3. Выбор правильного соотношения в распределении людских и производственных ресурсов.

4. Выбор рациональных направлений развития техники.

5. Определение ресурсов, выделяемых на капитальное строительство для рационального развития техносферы и биосферы.

6. Валютная политика и оптимальное соотношение между экспортом и импортом, как в целом, так и по номенклатуре.

7. Определение ресурсов, выделяемых на охрану и развитие окружающей среды.

В настоящей работе рассматривается целенаправленная система, поведение которой преследует сформированную надсистемой цель: «достигнуть заданного уровня», обеспечить минимальную себестоимость или максимальную прибыль в транспортном процессе. Математически это выражается тем, что система из всех возможных принимает состояние, обеспечивающее увеличение (сохранение) некоторого функционала состояния [134]. Этот функционал есть мера целенаправленности, и носит наименование эффективности:

• понятие эффективности является внешним по отношению к системе, т. е. никакое описание системы не может быть достаточным для введения эффективной меры;

• оценка эффективности требует учета свойств надсистемы и в этом смысле охватывает как систему, так и надсистему;

• нецеленаправленные (не имеющие цели) системы эффективностью не характеризуются.

Большинство терминов и определений, связанных с оценкой уровня продукции, стандартизировано. Основные термины и их определения приведены в табл.5.8.

Перейдем к формальным определениям.

Показатели качества - неупорядоченное дискретное множество

, (1)

где Q_i определены на различных множествах (в различных функциональных пространствах) и разноразмерны.

Каждый из показателей качества – упорядоченное множество (непрерывное, дискретное или состоящее из переменных).

, ,Q_i1  Q_i2 … Q_im (2)

Качество системы есть частично упорядоченное множество:

, , (3)

где φ – отображение прямого (декартова) произведения J хQ в множество Q , а J – «упорядочивающее» множество.

Эффект G есть упорядоченное множество

либо , (4)

где отображения,Т- множество моментов времени (вполне упорядоченное).

Эффективность есть вполне упорядоченное множество:

(5)

fH х G x W x TЭ либо fH х Q x W x TЭ

где f- отображение; W- израсходованный на интервале T ресурс (вполне упорядоченное множество); H - упорядочивающее множество.

Упорядочивающее множество есть множество (не обязательно упорядоченное), с помощью которого в заданное неупорядоченное множество вносится отношение порядка. Его природа может быть разнообразной и не существует общего способа его формирования, оно зависит от содержания задачи и должно быть выбрано ( если угодно – придумано ). Именно к таким множествам относятся J и H.

Можно указать несколько способов построения упорядочивающего множества L = {L_i }, вводящего порядок и исходное неупорядоченное множество N = {N_i }, где (V_i) (N_i>0): пороговый, весовой, ранговый.

В исследованиях эффективности сформировались два направления, первое из которых опирается на телеологическую, а второе на естественно научную концепцию [134].

Таблица 7

Таблица 8

№№ п/п	Термин		Определение
1	2		3
1	Продукция (изделие)		Автомобиль, агрегаты, узлы, детали
2	Качество		Совокупность всех свойств, необходимых для всесторонней оценки изделия на соответствие назначению и предъявляемым требованиям.
3	Свойство, группа свойств		Объективная особенность изделия, проявляющаяся при его создании, эксплуатации, потреблении (ГОСТ 1567-90)
4	В развитие термина «показатель качества продукции» (ГОСТ 15467-90, п.3)	Критерий	Признак, характеризующий свойство, на основе которого производится выбор измерителя количественной оценки
		Измеритель	Физическая величина – число, имеющее размерность; коэффициент; система балллов, применяемая при субъективной экспертной оценке (переход к количественной оценке).
		Норматив	Ограничения, накладываемые на измеритель свойства (ГОСТ, ОСТ и др.), отражающий уровень качества (в развитие термина «базовый показатель качества продукции» по ГОСТ 15467-90).
5	Уровень качества продукции (ГОСТ 15467-90, п.8)		Относительная характеристика качества продукции, основанная на сравнении совокупности показателей ее качества в сопоставлении с нормативами или образцами, принятыми за эталон (в развитие определения ГОСТ 15467-90, п.8)
6	Управление качеством продукции		Установление, обеспечение и поддержание необходимого уровня качества продукции при ее разработке, производстве, эксплуатации или потреблении, осуществляемое путем систематического контроля качества и целенаправленного воздействия на условия и факторы, влияющие на качество продукции (ГОСТ 15467-90).
7	Эффективность		Уровень фактически достигнутых во времени результатов (экономических, технических и др.) в процессе реализации продукции, определенного уровня качества, в конкретных условиях производства эксплуатации, сбыта и конкуренции.
8	Эффект		результаты, следствие каких-либо причин, действий
9	Эффективный		дающий эффект, действенный. Отсюда – эффективность, результативность.
10	Эффективность		нормированный к затратам ресурсов результат действия или деятельности системы на определенном интервале времени (отношение эффекта к затраченному ресурсу, разность между ними, эффект при ограниченном ресурсе, функционал, учитывающий эффект и затраченный ресурс).
11	Эффективность		это скаляр, учитывающий качество системы, расход ресурсов и время действия, определимый для систем с несколькими (в том числе альтернативными ), а также скрытыми, неизвестными системе (надсистеме) и пользователю целями (последнее характерно для биологических систем)

Диапазон изменения показателей основных свойств газомоторных топлив Термины и определения, формирующие категории

«Качество» и «Эффективность»

№№ п/п	Наименование показателя	Единица измерения	Диапазон изменения
1	2	3	4
Показатели свойств ГМТ определяющих рабочие процессы в ДВС	Теплота сгорания стехиометрической смеси (при 150С, давлении 760 мм.рт.ст.)	МДж/м3	2,993,99
	Минимальная энергия зажигания	МДж	(0,020,29)10-3
	Количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания (при 150С, 760мм.рт.ст.)	м3/м3	3,7238,1
	Энергетический фактор топлива Фэ	МДж/м3	3,133,57
	Октановое число (ОЧ/Н)		56120
	Температура горения стехиометрической смеси	0С	20202370
	Температура воспламенения	0С	220700
	Диапазон воспламенения горючей смеси нижний верхний	% %	0,630 677
Показатели свойств ГМТ, определяющие рабочие процессы, их конструкцию, метод хранения топливоподачи	Плотность топлива при 150С 760 мм.рт.ст.	кг/м3 кг/л	0,672,46 0,0710,855
	Температура кипения	0С	-25386
	Низшая теплота сгорания	МДж/м3 МДж/л	10,228111,7 8,58332,812
	Коэффициент сжимаемости для компримированных газов (при 20,0 МПа)	-	0,811,14
	Упругость паров(для сжиженных газов и жидких фаз) при 200С	МПа	1,05,0
Показатели свойств ГМТ, определяющие безопасность своего использования в транспортном процессе	Область воспламенения % по объему	% по объему	0,775
	Температура пламени	0С	7502050
	Скорость горения	м/с	0,342,78
	Скорость распространения в воздухе	м/с	0,00170,025
	Коэффициент диффузии в воздухе	м2/с	5.10-6200.10-6
	Максимальное давление взрыва	МПа	0,720,9

Первое направление характеризуется функциональным отношением к обоснованию категории «эффективность» и способам ее оценки. Оцениваемая система рассматривается с точки зрения надсистемы, а под эффективностью системы понимается то (количественно выраженное), положительное влияние, которое система оказывает на функционирование надсистемы. Соответственно критерий и мера эффективности носят функциональный характер. Конкретное содержание оцениваемой системы отходит на второй план, уступая первенство оценке вклада системы в деятельность надсистемы. Функциональные критерии носят нормативный либо вероятностный характер. К первым относятся процент выполнения плана, соответствие дохода на единицу капиталовложений заданному уровню, степень использования основных фондов и т. д.; ко вторым – математическое ожидание успеха, вероятность достижения цели или решения задачи.

Недостатки:

• неизмеримость и плохая определимость критерия;

• неоднозначность связи с техническими параметрами;

• зависимость конкретного содержания критерия от условий работы (отсутствие инвариантности);

• широкий доверительный интервал вычислительной оценки; трудность учета обратных связей;

• слабая согласованность критериев взаимодействующих систем, возможная альтернативность критериев, порождающая конфликты.

Второе направление исходит из возможности введения физически измеримого критерия эффективности. Предполагается, что, поскольку взаимодействие между подсистемами внутри системы, а также системы с надсистемой имеет физическую природу (вещественную, энергетическую, информационную) и, следовательно, практически мы имеем дело с физическими величинами, то и понятие эффективности не может не иметь конкретного физического содержания. Задача теории эффективности усматривается в обосновании способа обобщения всех факторов взаимодействия с целью доведения (путем последовательной композиции) до единой физической величины, которая и называется критерием эффективности.

Основополагающим пунктом является физическая измеримость критерия эффективности, что создает большие преимущества, главное из которых является их большая оперативная сила. В сложных и неопределенных ситуациях, когда требуется принимать ответственные решения, вскрывать и преодолевать противоречия и практические трудности, связанные с нагромождением альтернатив, применение физически измеримых критериев может дать выдающийся результат. Однако если модель составлена неудачно, прагматизм физических критериев может оказаться иллюзорным, а результаты – неверными, такая опасность реально существует и нисколько не уменьшается от обилия удачных примеров. Экспериментальная проверка адекватности модели затруднена уникальностью системы.

Однако, для сложных технических систем «чисто» физические критерии имеют следующие достоинства:

• измеримость - возможность непосредственной оперативной оценки с помощью физических приборов;

• инвариантность - независимость от условий работы, области применения и системы отсчета;

• однотипность и однообразие для всех подсистем и системы в целом и вытекающая отсюда однотипность описаний;

• возможность оперативной оценки нецелесообразности любых мероприятий и воздействий, направляемых на изменение системы;

• применимость при оценке систем с неоднозначной, но вполне определенной и даже неизвестной целевой функцией;

• прогностичность.

В качестве примера использования физических критериев рассмотрим транспортную систему «грузовой автомобиль» с показателями качества: Q₁ – скорость, Q₂ – проходимость, Q₃ – эксплуатационный ресурс, Q₄ – грузоподъемность, Q₅ – время погрузки (разгрузки), Q₆ – стоимость, Q₇ – затраты на 1000 км пробег.

Применим упорядочивающее множество в составе: h₁ – длина трассы, h₂ – состояние дорог, h₃ – допустимый суточный пробег, h₄ – объем работ (количество груза), h₅ – коэффициент, учитывающий производительность погрузочно-разгрузочных процессов, h₆ – энергетический эквивалент единицы стоимости, h₇ – энергетический эквивалент затрат на эксплуатацию.

Элементы декартова произведения

((Q_1, h₁), (Q_2, h₂), (Q_3, h₃), (Q_4, h₄), (Q_5, h₅), (Q_6, h₆), (Q_7, h₇))

(остальные элементы не имеют физического смысла и считаются равными нулю, например, комбинация: скорость автомобиля и характер груза) характеризуют эффект от использования автомобиля (первые пять) и затраты на его приобретение и эксплуатацию последние два). В самом деле, t₁= h₁/Q₁ – время пробега на трассе; k₂= Q₂/ h₂ – коэффициент замедления из-за недостатков пути; t₃= Q₃/ h₃ – время эксплуатации (в эквивалентных сутках работы с полной нагрузкой); k₄= h₄/Q₄ – число ездок, необходимых для переброски груза; t₅= Q₅/ h₅ – время простоя для погрузки и разгрузки; k₆= Q₆/ h₆ – энергетический эквивалент стоимости автомобиля; k₇= 10^-3 Q₇/ h₇ – затраты на эксплуатацию.

Отсюда:

• время одного рейса t_p = k₂ t₁+ t₅;

• средняя скорость движения и средняя загрузка автомобиля

V= Q₃/ t_p Р= h₄/ k₄;

• суммарные затраты

W= h₆ Q₆+10³ k₄ Q₁/( h₇ Q₇).

Примем:

за качество Q=PV;

за эффект – величину G=PV²/2;

за эффективность – величину Э=PV²t₃/(2W).

Качество имеет размерность импульса [Q]=[L⁴T^-3]; эффект – размерность энергии [G]=[L⁵T^-4], а эффективность – размерность времени [Э]=[Т].

В нашем случае речь идет о том, чтобы при заданном режиме работы обеспечить на единицу затрат наибольшую продолжительность эксплуатации автомобиля, что достигается рациональным повышением загрузки и скорости.

Можно в качестве эффективности принять величину Э = PV, т.е. «импульс перевозимых грузов». Величина Э может быть использована для сравнительной оценки автотранспортных систем с одинаковым ресурсом. Логарифмируя Э, получаем logЭ=logР+logV. При Э=const это – уравнение прямой, на которой система с заданными P и V отображается точкой.

Любые изменения показателей качества повлекут за собой переход в другую точку; если показатели качества повышаются, точка смещается вправо вверх. Предсказать последствия воздействия на систему, даже если они представляются разумными, невозможно. Например, увеличение рейсовой скорости может повысить потребность в ремонте, в результате средняя скорость уменьшиться; увеличение загрузки может привести к уменьшению рейсовой скорости и увеличению продолжительности простоев и т.д. Главное достоинство критерия – измеримость: ежесуточно, если нужно - ежечасно. Поэтому легко проверить полезность любых мероприятий, чрезмерно не рискуя: увеличение числа ремонтного персонала за счет водителей, назначение премий за сокращение погрузки и разгрузки, переход на другое горючее.

Однако, не все мероприятия можно оценить таким образом. Например, увеличение контингента водителей (связанное с увеличением фонда заработной платы и некоторым снижением среднего уровня квалификации из-за новичков) или смена ремонтного оборудования (дополнительные затраты) могут дать только кратковременное повышение эффективности.