Реферат: Технико-экономическое обоснование выбора проектного решения

Сначала ранжируют варианты решений по критерию А1. Для этого надо определить: в каком решении критерий А1 наилучшим образом реализован. В приведенном примере предпочтение отдано варианту Y1, и ему присвоен ранг 1. Остальные варианты решений менее предпочтительны, и им присвоены ранги в пределах 2…5. Затем решения ранжируют последовательно по остальным критериям.

Определение области эффективных решений делается путем попарного сравнения вариантов решений. Сравнение выполняются по принципу Парето, согласно которому одно решение Yi предпочтительнее другого решения Yj, если выполняется векторное отношение “не хуже”:

(уi1, уi2, … уiq,) ³ (уj1, уj2, … уjq,).

Таким образом, одно решение предпочтительнее другого, если все значения рангов первого решения не хуже значений соответствующих рангов второго решения и, по крайней мере, для одного критерия имеет место строгое предпочтение.

Будем сравнивать решения попарно. Сравниваем ранги решений Y1 и Y2. Первое решение будет предпочтительнее второго, так как его ранги выше, а шестой ранг не хуже чем у второго. Второе решение исключается из дальнейшего рассмотрения.

Затем сравниваем Y1 и Y3. Все ранги первого решения выше, чем у третьего, но  второй ранг хуже и поэтому третье решение исключить из рассмотрения нельзя.

Сравнивая попарно остальные решения, приходим к выводу, что все они хуже, чем решения Y1 и Y3. Все они исключаются из дальнейшего рассмотрения.

Таким образом, область допустимых решений сужена до двух эффективных решений Y1 и Y3.

19.3.5. Определение единственного решения

Определение единственного решения – заключительный этап процедуры выбора. Для решения задачи нужна дополнительная информация.     Если такой информации нет, то решение можно выбрать из области эффективных решений волевым порядком. Волевое решение будет близко к        оптимальному.

Дополнительная информация может быть подготовлена группой экспертов, которые могут установить вес wj  для каждого выбранного      критерия. Вес критерия назначают в пределах 0…1 (1 – существенная      значимость критерия; 0,5 умеренная значимость; 0 – несущественная       значимость). Для оптимального решения

,                                        (40)

где Кs – значения рангов для каждого решения.

Для предыдущего примера результаты выбора рационального решения сведены в табл. 22.

Таблица 22

Выбор рационального решения

Оптимальным будет решение Y1.

Таким образом, рациональным будет то решение, для       которого указанная сумма будет минимальна.

19.3.6. Пример выбора оптимального решения

Дано: на начальной стадии проектирования лесопильной установки для распиловки бревен на пиломатериалы было предложено три варианта установки: лесопильная рама Р, ленточнопильный станок Л, круглопильный станок Ц.

Основные требования, предъявляемые к лесопильной установке:

–    минимум энергопотребления;

–    максимальная производительность;

–    максимальный выход пиломатериалов за счет сокращения доли опилок;

–    минимальная металлоемкость;

–    надежность, безотказность в работе.

Требуется выбрать для дальнейшего проектирования лучшую лесопильную установку.

Решение. За критерии оценки вариантов приняты указанные требования:

К1 – критерий энергопотребления;

К2 – критерий производительности;

К3 – критерий выхода пиломатериалов;

К4 – критерий надежности;

К5 – критерий металлоемкости.

Определение множества эффективных решений. Для этого составим табл. 23 и проведем ранжирование вариантов по каждому критерию.

Таблица 23

Ранжирование вариантов по критериям

Критерий К1 – энергопотребление. Энергопотребление будет меньше для того станка, у которого пила будет тоньше. По энергопотреблению предпочтение отдается ленточнопильному станку и ему присваивается  ранг 1. Лесопильная рама менее предпочтительна, а круглопильный станок – самый энергоемкий.

Критерий К2 – производительность. Анализ производительности сделан по известным серийно выпускаемым станкам моделей Ц8Д8,    2Р50-3, ЛБЛ-150. Максимальная скорость подачи Vsm приведена к одной пиле:

для круглопильного станка Ц8Д8 –  ранг R = 1;  

   Vsm = VsZ/1000 = 60 × 8 = 480 м/мин;

для лесопильной рамы 2Р50-3 – ранг R = 2;  

   Vsm = S2xnZ/1000 =  75 × 360 × 10/1000 = 270 м /мин;

для ленточнопильного станка ЛБЛ-150 – ранг R = 3;   Vsm = 90 м/мин.

Критерий К3 – выход пиломатериалов. Предпочтение вариантов связано с толщиной пилы станка. Чем тоньше пила, тем меньше образуется опилок и тем больше выход пиломатериалов.

Критерий К4 – надежность, безотказность в работе. О надежности работы станка будем судить по безотказной работе пилы (возможные отказы – обрыв полотна пилы, потеря плоского напряженного состояния).

Критерий К5 – металлоемкость. Считаем, что самым легким станком будет ленточнопильный, ему присвоим ранг 1.

Сравнение вариантов ведем попарно по принципу Парето. Согласно принципу Парето первый вариант решения предпочтительнее второго, если ранги первого решения по всем критериям не хуже соответствующих рангов второго решения.

Попарное сравнение вариантов показало, что эквивалентных и заведомо плохих вариантов станков нет. Все варианты можно отнести к эффективным решениям.

 Поиск единичного, наилучшего решения. Для выбора наилучшего варианта необходимо дополнительно знать весовой коэффициент Кs для каждого критерия. Значения коэффициентов находятся экспертной комиссией на основании личных предпочтений каждого из экспертов. Оптимальное решение находится минимизацией суммы эффективных вариантов (табл. 24):

.

Таблица 24

Оптимизация вариантов

Лучший вариант – ленточнопильный станок.

Контрольные вопросы

1.   При каких условиях возможно решение задачи оптимизации?

2.   Поясните  содержание концепции принятия решений при оптимизации.

3.   Что такое ранжирование? Какова процедура его  выполнения?

4.   Приведите пример ранжирования.

5.   Как осуществляется оценка вариантов по принципу Парето?

6.   Как найти наилучший вариант решения задачи?

20. Технико-экономическое обоснование проектного решения

Любая приближенная оценка разрабатываемого технического решения лучше, чем отсутствие оценки

(Из книги Евланова Л.Г. "Теория и практика применения решений")

  Каждое техническое решение, закладываемое в разрабатываемый объект, влечет за собой определенные затраты в изготовлении, эксплуатации и последующей утилизации и поэтому должно быть экономически оправданным.

Уже в начальной стадии проектирования разработчик имеет дело с вариантами решения задачи. Хорошо бы дать качественную и количественную оценки каждого из этих вариантов. Однако в начале проектирования конструктор не располагает достаточными данными для количественной оценки критериев. Значения критериев можно сосчитать только лишь при детальной проработке интересующего варианта конструкции, на что будет потрачено время и материальные ресурсы. В связи с этим выбор       варианта производят по методике, изложенной выше.

Ниже разобран пример решения задачи.

20.1. Задача

  Пусть темой проекта будет разработка линии для сращивания короткомерных пиломатериалов по длине. Информационные исследования уже выполнены и представлены на рис. 12 и 14. Опираясь на них, надо выбрать прототип с целью его улучшения. Это ответственная задача, так как прототип формирует сущность проектного решения. Если прототип будет выбран неудачно, то и проектное решение будет слабым.

Улучшая прототип, надо подготовить множество альтернативных вариантов решения задачи с тем, чтобы из них выбрать наилучшее решение. Алгоритм разработки проектного решения можно представить схемой (рис.36) [14, 43].

1. Описание проблемной ситуации.   В деревообрабатывающем цехе  образуются   кусковые  отходы  сухих  пиломатериалов  длиной 100 ... 300 мм. Объем отходов – 2 м3 в смену.  Сейчас эти отходы не находят применения и сжигаются. Цех несет убытки.

Для разрешения проблемной ситуации кусковые отходы древесины можно склеивать по длине на зубчатые шипы. Так, по крайней мере, делается в мировой практике.

Этому мешает отсутствие необходимого оборудования. Существующие линии, например фирмы Dimter, позволяют склеивать пиломатериалы длиной только 220...1000 мм или 300...2000 мм. Эти линии имеют большую производительность и значительные габариты (ширина их 5 м, а длина 15 м).  Линии не пригодны для работы в небольших цехах – они занимают большую производственную площадь, и их невозможно загрузить по производительности.  

Решение проблемы позволит дополнительно получить около 1,7 м3 пиломатериалов в смену по одному цеху.

  2. Описание функции технического объекта. Обобщенное описание: линия должна обеспечить нарезание зубчатых шипов на обоих торцах заготовок немерной длины, нанесение клея на шипы, сборку и продольное прессование склеиваемых заготовок. Получаемая на выходе бесконечная лента пиломатериала должна раскраиваться на заданный размер по длине.

Количественное описание: размеры склеиваемых заготовок, мм:  длина   100...300,  ширина   50...150,  толщина    25...50,  производительность – 2 м3 кусковых отходов в смену.

  3. Выбор прототипа и составление списка требований к нему. На основании имеющейся обобщенной информации (см. рис.12 и 14) можно сделать вывод, что наиболее перспективными являются те линии сращивания пиломатериалов по длине, в которых заготовки складываются в пакет формы "брус" для нарезания зубчатых шипов и нанесения клея, а затем поштучно подаются на сборку и продольное сжатие в продольный пресс.

  Список требований. Улучшенная линия должна обеспечить:

  – обработку кусковых отходов древесины размерами, мм: длиной 100...300; шириной 50...150 и толщиной 25...50;

  – образование на линии минимума новых древесных отходов;

  – снижение энергоемкости пресса;

  – уменьшение габаритов;

  – производительность линии около 2 м3 в смену.

            4. Список недостатков прототипа. Прототип имеет следующие недостатки:

а) на линии невозможно обработать заготовки длиной 100 мм, так как их трудно сбазировать и зафиксировать на конвейере, а затем передать пакет на следующий конвейер. Это объясняется тем, что радиус барабанов, на которые надета  лента конвейера, соизмерим с длиной заготовки;

б) шипы на переднем и заднем торцах заготовок нарезаются зеркально,  в  результате  чего  после  склеивания  боковая  кромка  ленты получается  ступенчатой,  уходящей  в  отход  при  последующей  обработке   (рис. 37, б);

в)  линия имеет большие габаритные размеры и занимает большую производственную площадь;

г) пресс слишком энергоемок.

Указанные недостатки можно ранжировать (расставить по важности) следующим образом: а, б, г, в.

5. Формулировка задачи.

Дано:  Линия для склеивания пиломатериалов по длине на зубчатые шипы включает шипорезный станок с поворотным на вертикальной оси конвейером, упором и механизмом резания на суппорте и продольный пресс с конвейером и тормозной колодкой.

Список требований (изложить кратко): длина заготовок 100...300 мм, количество новых отходов, энергоемкость и габариты линии свести к минимуму, производительность – 2 м3  в смену.

Список недостатков прототипа (изложить кратко): невозможно обработать короткие заготовки, образуется много новых отходов, пресс энергоемок, большие габариты линии.

Требуется изменить прототип и устранить его недостатки при заданных ограничениях.

20.2.Преобразование задачи

При решении сложную задачу делят на несколько простых. Количество простых задач равно количеству недостатков. Для каждой простой задачи формулируется техническое противоречие, и подбираются приемы решения.

Недостаток 1 – невозможно на ленточном конвейере сбазировать и закрепить пакет  из коротких заготовок для механической обработки. Обычный способ устранения недостатка (СУ) – уменьшить радиус барабана конвейера. Для идеального случая радиус барабана должен равняться нулю. Нежелательный эффект (НЭ–2), который при этом возникнет – при радиусе барабана, равном нулю, лента конвейера не сможет перемещаться. Технические противоречия: ТП–1 – если радиус барабана  конвейера уменьшить до нуля, то короткие заготовки хорошо базируются и фиксируются на конвейере, но лента конвейера не  может  двигаться  (конвейер  становится  неработоспособным); ТП–2 – если радиус барабана не уменьшать, то конвейер работоспособен, но на нем невозможно сбазировать и зафиксировать короткие заготовки для нарезания шипов. При базировании заготовки с помощью ленты конвейера должны упереться торцами в упор.

Подберем эвристические приемы (см. приложение 1).

ЭП1 – 1.4. Перейти от криволинейных частей к прямолинейным.

ЭП2 – 3.1. Изменить традиционную ориентацию объекта в пространстве: горизонтальное положение на вертикальное.

ЭП3 – 7.12. Выделить в объекте самый нужный элемент и усилить его или улучшить условия его работы.

Использовать стандарты  1.1.1,  1.1.3 (см. п. 7.2).

Недостаток 2 – из-за зеркального нарезания шипов на заготовках боковые кромки склеенной ленты получаются ступенчатыми, из-за чего образуются новые отходы.

СУ – при перебазировании пакета для нарезания шипов с другой стороны  заготовок  пакет надо сдвинуть вбок на половину шага шипов. НЭ–2 – усложняется кинематика устройства базирования пакета. Технические противоречия: ТП–1 – если пакет заготовок сдвинуть вбок на полшага шипов, то боковая кромка склеенной ленты будет плоской, и количество отходов при последующей обработке будет сведено к минимуму, но усложняется кинематика устройства для базирования; ТП–2 – если пакет вбок не сдвигать, то кинематика механизма базирования не усложняется, но объем отходов при последующей обработке увеличивается.

Для решения воспользуемся стандартом  1.1.3.

ЭП1 – 5.11. Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга.

Недостаток 3 – пресс слишком энергоемок.

СУ – исследования показывают, что усилие прессования зубчатых шипов можно снизить, если статическое усилие сжатия заменить усилием ударного или вибрационного действия. НЭ–2 – существенно усложняется   конструкция  тормозного устройства. Технические противоречия:  ТП–1 – если тормозное усилие пресса выполнить ударным, то снижается усилие прессования, но усложняется конструкция тормозного устройства; ТП–2 – если тормозное усилие сохранить обычным, то конструкция тормоза не     усложняется, но усилие сжатия шипов велико.

Страницы: 1, 2, 3