Критерии эффективности (стр. 1 )

Критерии эффективности

На всех этапах разработки технических систем необходимо принимать решения, делать выбор. Это происходит всегда, когда есть цель и возможны различные способы (варианты) ее достижения. При этом качество принятого решения при прочих равных условиях зависит от полноты критериев, определяющих относительную ценность вариантов проекта.

Под критериями понимаются признаки, по которым производится оценка альтернативных вариантов системы.

На формирование комплекса критериев влияет ряд внешних факторов (рис.129РМ).

Комплекс основных критериев можно разделить на четыре больших группы: социально-технические, технические, экономические и производственные (рис130РМ).

Степень того, насколько та или иная система отвечает этим критериям, показывает насколько обосновано и целесообразно ее создание, что включает в себя:

- обоснование целесообразности существования и развития системы;

- обоснованность технической целесообразности;

- экономическое обоснования;

- обоснования возможности изготовления.

Эти обоснования дают ответы на вопросы: нужна ли эта система, можно ли реализовать идею, экономична ли она и возможно ли сделать эту систему технологически.

Социально-технические (антропологические) критерии

Определяются отношением между техническими средствами и их создателями, потребителями и лицами, не имеющими отношения к этой системе.

1) Критерии эргономичности

Показывают степень приспособления системы к физиологическим, психологическим и интеллектуальным возможностям человека, использующего техническую систему или управляющего ею.

В любой человеко-машинной (эрготической) системе должна быть обеспечена совместимость человека и машины. Эргономические критерии изучаются эргономикой.

Эргономика – наука, формирующая условия оптимизации отношений между человеком и машиной в трудовом процессе.

Различают пять видов совместимости человека и машины.

1. Информационная совместимость Z1, характеризует совместимость характеристик изделия (например, скорость выдачи информации, формы представления данных) и возможностей человека по приему, хранению, переработке и передаче информации.

2. Энергетическая совместимость Z2, определяет согласование силовых и мощностных характеристик изделия (например, усилия на рукоятки управления) с силовыми и мощностными характеристиками человека, с его физическими возможностями.

3. Пространственно-антропометрическая совместимость Z3, обеспечивает согласование пространственного расположения органов управления и рабочего места оператора с антропометрическими характеристиками человека. То есть речь идет об обеспечении удобства при управлении.

4. Биологическая совместимость Z4 , согласовывает микроклимат, создаваемый работой машины (например, температура, влажность, вибрации, шум, запыленность и т. д.) с физиологическими характеристиками человека, то есть с возможностями человека без вреда здоровью и ощущения дискомфорта работать в этих условиях.

5. Технико-эстетическая совместимость Z5, предполагает художественно-эстетическое оформление машины в соответствии с художественным восприятием человека.

Не всякая машина, имеющая привлекательный вид, надежна в желаемой мере, но любая машина, имеющая внешние огрехи, вызывает сомнения в своей надежной работе.

Каждая из характеристик Z1 - Z5 определяется комплексом переменных. Например, информационная характеристика Z1 определяется скоростью выдачи информации Z11 , способом передачи Z12, видом кодирования Z13, способом отображения выходной информации Z14 и т. д.

Z1 = j( Z11, Z12, Z13,..., Z1m)

В целом эргономическая эффективность эрготической системы оценивается эргономической функцией W, зависящей от параметров Zi. Эта функция является весьма сложной и для большинства типов систем пока неизвестна.

Поэтому на практике эргономичность оценивается по частным эргономическим характеристикам

hki = Zki/ Zki опт,

Таким образом, каждая из составляющих эргономического критерия определяется как отношение реализуемой эффективности системы человек-машина к максимально возможной ее эффективности, то есть принимает значения от 0 до 1.

Другим вариантом оценки эргономической эффективности является введение такого показателя как среднеквадратическое отклонение фактических параметров от оптимальных. При пяти учитываемых характеристиках

yэрг = ,

где

D Zki = (Zki опт – Zki)/ Zki опт

Лучшей будет та система, у которой yэрг минимально.

2) Экологический критерий.

Показатель отрицательного влияния технической системы на окружающую природу.

Минимизация вредного воздействия технических средств на окружающую среду является социальной необходимостью. Разработчики при выборе материалов, технологических процессов, принципов построения систем обязаны анализировать последствия своей деятельности для окружающей среды.

3) Критерий безопасности

Показатель, оценивающий уровень возможных вредных и опасных воздействий технической системы на обслуживающий персонал и окружающих людей, приводящих к временной потери трудоспособности, к тяжелым увечьям человека, инвалидности с утратой трудоспособности, к смертельным исходам

4) Критерий красоты техники

Показатель гармоничной соразмерности всех частей технической системы, обеспечивающей ее наибольшую целесообразность и функциональное совершенство.

Технические (функциональные) критерии

Представляют собой количественную характеристику основных показателей системы.

Включают в себя:

- критерии действия (функционирования);

- критерии качества функционирования;

- критерий надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность).

- критерии удобства технического обслуживания.

Критерии действия называют обычно показателями системы. Количественно они определяют сущность действия технических средств и являются основными предпосылками для принятия решений. Как правило, критерии оговариваются в техническом задании на проектирование.

Например, для генератора:

- время работы, выходная мощность, уровень напряжения, характер нагрузки;

Для электропривода:

- частота вращения, развиваемый момент, вид нагрузки и т. д.

С критериями действия связаны условия функционирования, без знания которых невозможно приступить к разработке изделия.

Среди критериев функционирования выделяют главный функциональный критерий. Для электромеханических систем это, как правило, мощность.

Критерии качества функционирования:

Характеризуют поведение системы в установившихся и переходных режимах работы.

Например, для генератора: точность подержания напряжения или частоты в установившемся режиме, время переходного процесса и перерегулирование при сбросе и набросе нагрузки. При этом, как правило, не удается одновременно обеспечить высокие уровни по всем показателям. Желание обеспечить высокую точность в установившемся режиме заставляет использовать астатические системы регулирования, у которых время переходного процесса больше, чем у статических систем.

Критерий удобства технического обслуживания

Оценивается по среднему времени, затраченному на приведение системы в рабочее состояние за определенный срок ее эксплуатации. При этом к техническому обслуживанию относятся работы по предварительной регулировке и настройке системы, контрольные осмотры, регламентные работы, устранения неисправностей и т. д.

Чем меньше время необходимо на техническое обслуживание, тем качество системы выше.

Здесь же учитывается то, какая квалификация требуется для технического обслуживания.

Критерий массы и габаритов являются одними из основных показателей качества систем. Особенно они важны для подвижных объектов (летательных аппаратов, автомобилей, морских и речных судов и т. п.) и в меньшей степени – для стационарных объектов. В большинстве случаев следует стремиться к минимальным значениям этих критериев, а при сравнении систем различной мощности часто вводятся удельные показатели: отношения масс или объемов к мощности или наоборот – мощности к массе (объему).

Экономические критерии

Могут включать в себя:

- критерий расхода материала (отношение массы к главному функциональному критерию, то есть масса, приходящаяся на единицу получаемой эффективности). Развитие систем направлено на снижение этого показателя.

- критерий расхода энергии (отношение затрат энергии в единицу времени к главному функциональному критерию, то есть энергия на единицу эффективности). Частный случай – КПД.

- критерий затрат на информационное обеспечение (отношение затрат на подготовку и обработку информации, необходимой для функционирования технической системы, включая затраты на приобретение и эксплуатацию вычислительной техники, разработку программного или информационного обеспечения к главному функциональному критерию).

- критерий габаритных размеров.

Часто считают, что наиболее общим экономическим критерием являются полные затраты на выполнение поставленной задачи, включающие затраты на проведение научно-исследовательских работ, проектирование, изготовление, транспортирование и эксплуатацию.

В качестве стоимостного критерия в ряде случаев используются удельные затраты, представляющие отношение затрат на выполнение тактической или транспортной задачи к массе транспортируемой целевой нагрузки. Такой критерий чаще всего применяется на транспорте, где основным критерием являются затраты на перевозку одной тонны груза на один километр.

Данные экономические показатели практически использовать сложно из-за наличия существенных неопределенностей в оценке ожидаемых затрат. Это определяется тем, что цены на материалы, затраты на производство, эксплуатационные расходы зависят от значительного числа факторов и за время разработки существенно измениться. Кроме того, на последующих стадиях проектирования могут неоднократно подвергаться изменениям ранее выбранные материалы, комплектующие изделия, технологические процессы изготовления и пр.

В ряде случаев на стадии внешнего проектирования используют косвенные экономические критерии.