Файл: Судовые системы автоматического контроля (системный подход к проектированию)..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 156

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

соответствующие

корректировки

(.ц. Затем значения р 4

сравнива­

ются со значением суммы р 2 + Р з - После этого аналогичные

опера-

 

 

 

 

 

т

 

т —1

ции

проводят

относительно р 2,

т- е- сравнивают

i=3

i=3

его с 2

Р г-, X Р/>

. .

р3 + р4

и

соответственно

корректируют.

Затем

корректи­

руют значения р3 и т. д. Метод является приемлемым, если число

оцениваемых показателей не превышает шести. В работе [2] указы­

вается видоизменение этого метода при т >> 6.

Полученные от экспертов значения ргнормируются путем деле-

т

ния на Рг- Затем для каждого рг находится среднее по оценкам

1=1

всех экспертов значение, принимаемое за «вес» i-го параметра.

Иногда эксперта дополнительно ограничивают требованием оце-

т

нок важности всех параметров так, чтобы 2 рг = 1. Это значительно

1=1

усложняет работу эксперта, так как он должен все время вести

подсчет коэффициентов и идти на какой-то компромисс между точ­

ностью и тратой времени. Поэтому такое требование представляется необоснованным, а нормировка может быть выполнена обычным

способом после определения весовых коэффициентов.

Р а с с м о т р и м

п р и м е р

определения весовых коэффици­

ентов методом последовательных сопоставлений.

Показатели х ъ х 2,

х3, х4 и л:5

записаны в порядке убывания важ­

ности, причем эта ранжировка предварительно согласована между

экспертами. Требуется определить «вес» каждого показателя.

 

Приписываем показателю х г «вес»

р х =

1, а остальным,

учиты­

вая их

важность

по

сравнению

с

х ъ

приписываем

соответственно

«веса»

р 2 =

0,6;

р3

=

0,4;

р4 =

0,2;

р5

=

0,1.

 

 

 

 

 

Далее

считаем,

что должно

выполняться

соотношение

р 4

>

>

Р г +

Р з

 

+

р4

+

Ро>

т-

е-

требования

к

 

показателю

х г

более

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

важны, чем требования к остальным показателям вместе взятым.

 

Поскольку

^

рг =

0,6

+

0,4

+

0,2 +

0,1

=

1,3,

то значение р 4

 

 

 

 

 

 

1=2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

корректируется и принимается равным 1,4.

 

 

 

 

 

 

 

Считаем, что для р 2 должны выполняться соотношения р 2 <С Р з

+

+

р4

+

р5

 

и

р 2 >

 

р4 +

рБ-

Так

как

р3

+

 

р4 +

Р5 =

°>7 >

Рг,

а р4

+

р5 =

0,3 <

р 2, то корректировать значение р 2 не требуется.

 

Для р3

считаем необходимым выполнение условия р 3 < р4 +

р5.

Так как р4

+

р5

=

0,3

<

р3, то значение р3

надо уменьшить. При­

мем значение р3 =

0,2.

Тогда Рз +

р4 +

р5 =

0,5 и не выполняется

условие р 2

<

Рз +

р4

+ р5.

Корректируем р 2,

принимая

р2

= ОД.

Тогда можно еще раз скорректировать значение р 4, приняв его опять

равным

единице.

 

 

 

 

 

 

Так как по условиям ранжировки р3

р4, следует изменить зна­

чение р4

и р5, но так, чтобы выполнялись условия

р3

>

р4, рз <

< Р4 +

Р5 и р4 > р5. Принимаем р4 =

0,14; р£ =

0,07.

Теперь

все

условия

выполнены, и в результате получаем р 4

=

1,0;

р 2 =

0,4;

86


[х3 = 0,2; p4 = 0,14; p5 = 0,07. Разделив каждое значение |xt на

5'

i=1

1,0 + 0,4

+ 0,2

+ 0,14 + 0,07 = 1,81, получаем нормиро-

Yi

|Д =

ванные

значения

р 1н =

0,55;

|л2н = 0,22;

ц3н =

0,11;

р4н = 0,08;

М-5„

= 0,04.

 

могут

применяться

лишь

при

соблюдении

 

Изложенные методы

условия транзитивности показателей. Часто не удается подобрать

экспертов таким образом, чтобы они могли одинаково компетентно

судить о всех показателях системы. При этом они могут установить

отношение предпочтения лишь в части пар показателей, и условия транзитивности не выполняются. Один из методов, который может

быть использован для определения весовых коэффициентов и ранжи­

рования показателей без соблюдения условий транзитивности, за­

ключается в следующем [107]. По результатам опроса экспертов составляются матрицы П парных сравнений, причем их элементы y(j

могут

быть любым положительным числом; элементы уп = 1/уу-,

уп =

1. Введем понятие доминирования k-ro порядка показателя xt.

Доминирование первого порядка Р { (1) представляет собой сумму элементов yt! в строке £; второго порядка P i (2) — сумму элементов в строках тех показателей, которые признаны равноценными xt,

плюс удвоенная сумма элементов в строках тех показателей, которые

I ™

уступают х{, и т. д. Величина Р t (k)l 2j Р j (k) при k -^oo стремится

к некоторому положительному числу р.г. В соответствии со значе­

ниями

все показатели могут быть ранжированы, т. е. если рг- > р.;,

то x t >

X j .

Для вычисления чисел рг можно воспользоваться тем, что ц,

есть i-я компонента собственного вектораМ = ( — матрицы П,

j удовлетворяющего условию ПМ = ХМ. и соответствующего макси­

мальному

положительному корню X характеристического полинома

| П — ХЕ | = 0 — единичный вектор).

 

Р а с с м о т р и м

п р и м е р

применения

этого метода. При

ранжировании трех

показателей

х ъ х 2 и

хя методом парных

сравнений

получена матрица П:

 

 

 

i

 

/

 

 

 

 

 

 

 

*1

Х2

*3

 

x i

1

2/5

2

 

X.,

5/2

1

1/4

 

X

1/2

4

1

Характеристический

полином

матрицы

 

— Я

2/5

2

 

|П - Л £

5/2

1 - 1

1/4

(1 — X)3 — 3(1 — X) Д- 20,05 = 0.

 

1/2

4

1 — Я

 

87


Наибольший положительный корень полинома X = 4,085, соот ветствующий ему собственный вектор

0,35

М = 0,26

0,39

откуда получаем весовые коэффициенты р 1= 0 ,35; р,2= 0,26; р3=0,39. Ранжировка показателей имеет вид (в порядке уменьшения их

важности): х 3, хъ хг.

§ 2.7

ПРИМЕР ВЫБОРА ВАРИАНТА ПОСТРОЕНИЯ СУДОВОЙ САК

При разработке САК сухогрузного судна с газотурбинной энер­ гетической установкой (ГТУ) одним из основных оказался вопрос о выборе метода построения САК. Это объясняется особенностями процесса контроля ГТУ и недостатком опыта разработки систем контроля подобных установок.

Опыт эксплуатации судов с ГТУ и, в частности, отечественного

газотурбохода «Парижская коммуна», показал, что несмотря на

большую численность и высокую квалификацию машинной команды,

недостатки существующей неавтоматизированной системы контроля

в значительной мере снижают эксплуатационные показатели уста­ новки.

К особенностям ГТУ как объекта контроля относятся значитель­

ное влияние на ее параметры условий плавания и высокая скорость

протекания отдельных процессов. Опыт эксплуатации газотурбохода

«Парижская коммуна» показал, что понижение температуры наруж­

ного воздуха от 35 до 25° С приводит к изменению мощности и удель­

ного расхода топлива соответственно на 31 и 16|% , а при повышении

температуры охлаждающей воды от 0 до 35° С эти величины меняются на 13 и 6% соответственно. При состоянии моря 9 баллов по шкале Бофорта частота вращения гребного вала изменяется в пределах 1000— 1050 об/мин с периодом порядка 60 с, а температура газа перед турбиной высокого давления (ТВД) при этом меняется в диапазоне

740—-770° С. При реверсах скорость изменения температуры газа

перед ТВД, частота вращения турбокомпрессора высокого давле­ ния (ТКВД) и гребного винта достигают соответственно 11° С/с,

60 об/мин/с и 0,85 об/мин/с. Значительно изменяется при реверсах

и запас устойчивости компрессоров. Так, при реверсе с экономиче­

ского хода на полный задний, отклонение запаса устойчивости ком­ прессора высокого давления достигает 51%, а компрессора низкого

давления

16,5%, со скоростями соответственно 4%/с и 2,5% /с.

Больших трудозатрат вахтенного персонала, состоящего из

механика,

двух машинистов и котельного машиниста, требует опре­

деление обобщенных технико-экономических показателей работы

ГТУ и аэродинамических характеристик газовоздушного тракта, осуществляемое путем довольно сложных расчетов на основании показаний нескольких контрольно-измерительных приборов. Необ-


Ходимость выполнения с высокой точностью и за малое время Зна­ чительного числа вычислительных операций при определении таких показателей, как коэффициенты устойчивости компрессоров, при­ веденного расхода топлива, приведенной эффективности мощности, КПД компрессоров и ТВД, балансовой температуры газов, степени охлаждения воздуха и регенерации и др., является одним из важней­

ших требований к САК ГТУ.

С учетом особенностей ГТУ и требований технического задания

при разработке САК газотурбинных установок были рассмотрены

следующие варианты ее построения: на основе МЦК типа «Алдан» с добавлением вычислителя и другой необходимой аппаратуры;

на основе УВМ типа УМ1—НХ; на основе набора агрегативных

средств.

В дальнейшем эти варианты называются: МЦК, УВМ, АС. Для

выбора лучшего из них была принята следующая система показа­

телей:

объем функций, выполняемых САК, К;

надежность (вероятность безотказной работы на заданное время), Р;

достоверность контроля (вероятность правильного обнару­

жения неисправности), Д;

время обнаружения места неисправности в ГТУ, Т;

освоенность промышленностью производства основных узлов

САК, О;

габариты САК, V-

Для определения относительной важности каждого из принятых

показателей была сформирована группа из шести экспертов — раз­

работчиков ГТУ и САК. Ознакомившись с ТЗ на ГТУ и САК, они произвели ранжирование принятых показателей по степени их влия­

ния на эффективность системы, приписывая наиболее важному по­ казателю ранг 1, следующему по важности ранг 2 и т. д. В резуль­ тате была получена матрица рангов:

Показатели

 

 

Эксперты

 

 

 

I

2

3

4

5

 

 

6

F

4

4

1

6

6

3

Р

2

2

5

4

4

1

D

1

3

4

1

3

2

Т

3

1

2

2

1

5

0

5

5

3

3

2

4

V

6

6

6

5

5

2

В клетках матрицы поставлены ранги w[jt приписанные /-м экс­ пертом каждому i-му показателю.

Для оценки согласованности мнений экспертов относительно

ранжирования показателей по выражению (2.5.3) был вычислен коэффициент конкордации W = 0,37. Ввиду его малого значения произвели анализ результатов опроса с целью выявить экспертов,

89


оценки которых в наибольшей степени отличаются от оценок большинства. Для этого определялся коэффициент конкордации при исключении оценок последовательно каждого из экспертов. Ока­ залось, что наибольшее значение коэффициент конкордации прини­ мает при исключении оценок третьего эксперта. От него была полу­ чена подробная аргументация оценок и сообщена остальным экспер­

там без указания источника ее получения. В то же время аргумен­

тация оценок, сделанная первым и четвертым экспертами (также

анонимная), была доведена до сведения третьего. После этого был проведен второй тур опроса, который дал следующие результаты:

В столбце 2 приведены суммы рангов ^ wtj i-го показателя.

Результирующая ранжировка показателей в порядке возрастания

этой суммы, т. е. в порядке убывания важности, следующая: D, О,

Р, Т, F, V.

По выражению (2.6.1) были определены весовые коэффициенты

показателей рр = 0,24; рР = 0,14; = 0,08; рт = 0,19; р0 = 0,09 и [iv = 0,26.

Коэффициент конкордации для полученных результатов W = = 0,78, т. е. согласованность оценок экспертов весьма высокая. Оценка значимости коэффициента конкордации по критерию % 2 показывает, что вероятность неслучайной согласованности мнений экспертов превышает 99%.

Далее эксперты рассмотрели возможности реализации приведен­ ных выше основных показателей САК в каждом из трех вариантов. Свои мнения они выразили путем ранжирования методов построения САК в зависимости от степени удовлетворения каждому из рассмо­

тренных показателей. Например, первый эксперт построил следу­

ющую матрицу

рангов:

 

 

 

 

 

 

 

 

П о к а з а т е л и С А К .

 

 

В а р и а н т п о с т р о е н и я

 

 

 

 

 

 

С А К

F

Р

D

Т

О

V

 

м ц к

3

2

3

3

2

2

УВМ

2

3

1

1

1

1

АС

1

1

2

2

3

3

90