Файл: Конспект лекций Санкт Петербург.pdf

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
45
Коэффициент называют коэффициентом линейной регрессии.
Он определяет угол наклона линии регрессии к оси х (рис. 3.7), где
Обычно уравнение линейной регрессии представляется в виде
Частным случаем использования регрессии в прогнозных исследованиях является степенная парная регрессия, описываемая формулами
По этой схеме, например, можно исследовать взаимосвязь стоимости x1 , производительности труда х2 фондовооруженности х3. Можно определить также множественную регрессию в виде линейного уравнения а также в виде различных нелинейных уравнений.
Рис 3.7. График уравнения линейной регрессии
3.4. Опережающие методы прогнозирования
К опережающим относятся методы прогнозирования, основанные на анализе патентов и научно-технической информации. Патентная информация обладает рядом важных признаков, выгодно отличающих ее от других видов научно-технической информации:
– новизной – в силу самой специфики патентования;
– достоверностью – патентуются только те технические решения, которые можно осуществить;
– концентрированностью – информация излагается только один раз, а не повторяется произ- вольно, как это имеет место в статьях и других публикациях;

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
46
– формализованностью – все описания к патентам каждой страны имеют форму, расположены в определенном классификационном порядке, а предмет изобретения изложен в строгой последо- вательности;
– полнотой - практически все новые и ценные идеи патентуются.
Патентная информация позволяет выявить перспективные направления разработок, а остальные виды качественной информации дают возможность оценить их эффективность и целесообраз- ность реализации в серийных образцах машин.
Прогнозирование направлений развития конструкций с использованием патентной информации представляет собой процедуру выявления целей (т.е. задач, решаемых отдельными техниче- скими разработками, защищенными патентами и авторскими свидетельствами) и способов до- стижения этих целей, т.е. конкретных конструкторских предложений. Для этого из системати- зированного массива патентов выделяют «одноцелевые» группы изобретений, причем внутри каждой одноцелевой группы патенты располагаются по типам конструктивных элементов, которые они совершенствуют. Полученная таким образом матрица «цель - средства достижения цели» дает возможность представить общую картину ак- центов творческой активности изобретателей и выявить те цели (проблемы), которые, по мне- нию специалистов в данной области, считаются наиболее важными.
Большинство типов машин находятся на стадии развития, когда еще не исчерпаны возможности их модернизации в рамках технических принципов, определяющих типы машин. Этот период развития конструкции машин обычно связан с появлением большого числа патентоспособных предложений, усовершенствующих конструкции отдельных функциональных элементов ма- шин. Такие изобретения и составляют основную часть тематического информационного мас- сива патентов. Но есть изобретения, не имеющие прототипа, так называемые пионерные изоб- ретения. Имеются в виду одиночные изобретения, еще не обросшие изобретениями, развиваю- щими данный новый технический принцип. В этом случае пионерное изобретение или не явля- ется кардинальным решением проблемы, или еще не получило должной конструктивной разра- ботки, позволяющей осуществить техническое воплощение нового принципа. И в этом и в дру- гих случаях это изобретение не сможет оказать влияние на развитие машины в прогнозируемый период в силу объективно существующего лага между появлением новой технической идеи и ее широким практическим применением. Тем более, это практически не повлияет на технико-эко- номический уровень парка машин.
Результаты анализа патентной информации позволяют определить направление поиска другой опережающей информации (научно-технических отчетов, журнальных статей и т.п.), которые могут помочь в поиске эффективного средства достижения поставленной цели. Кроме того, анализ патентной информации дает исходный материал для проведения экспертного опроса с целью выявления наиболее важных вероятных направлений развития конструкций данного типа машин, определения наиболее эффективных принципиальных путей решения проблемы, установления степени влияния того или иного направления, которое было выявлено в резуль- тате анализа патентной информации.
Идея прогнозирования на основе анализа патентной информации исходит из следующих фак- тов:
– техническое решение, зафиксированное в патенте, будет внедрено через 8 - 10 лет и более;
– существует связь между динамикой информации и научно-техническим прогрессом;
–отклонения в информации нивелируются законом больших чисел.
Исходя из динамики патентов, определяются темп роста и темп прироста – основные показа- тели тенденции научно-технического прогресса.

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
47
Под темпом развития прогресса понимается отношение числа элементов патентования за год к их среднему числу за больший промежуток времени.
Под ускорением прироста прогресса понимается разность скоростей развития прогресса (темп развития) за определенный промежуток времени, отнесенная к числу лет, за которые эта раз- ность взята.
Анализ патентов за 5 - 6 лет позволит предвидеть возможности будущей техники. Количество патентов, выданных в первый (нулевой) год, с которого начинается анализ патентов, сравнива- ется с их количеством в последующие годы. Если число патентов в каждом из пяти последую- щих лет превышает их число в первом году, то это направление техники будет развиваться в течение 5 - 6 лет, если их меньше, то интенсивность развития будет снижаться. Интенсивность появления патентов свидетельствует о бурном развитии направления. Если патенты в течение изучаемого периода не выявлены, то направление развития техники бесперспективно.
Если количество патентов или статей нарастает с возрастающим темпом (до точки перегиба), то техническую идею или конструктивное решение следует полагать применимым для реализа- ции. Если темпы прироста убывающие (за точкой перегиба), то техническая идея или решение угасает, и использование их становиться проблемным.
3.5. Экспертные методы прогнозирования
Методы экспертных оценок используют возможность человека отражать с опережением окру- жающую действительность в своем сознании. Необходимая для прогнозирования информация содержится в мнениях квалифицированных экспертов по вопросам прогнозирования. Мнения формируются независимо друг от друга, собираются специалистами и подвергаются статисти- ческой обработке. В результате вырисовывается усредненная картина будущего, а также воз- можные ее варианты. Метод независимых экспертов называется иногда методом Делфи (от названия древнегреческого города Делфи, известного своим оракулом).
Экспертные оценки проводятся на основе обработки результатов опроса экспертов. Методы опроса могут быть личные (очные) и заочные - путем пересылки анкет при соблюдении следу- ющих правил:
– исключаются контакты между экспертами и обсуждение ответов
(условие независимых мнений);
– сохраняются в тайне имена опрашиваемых (условие стабильности оценок).
Нарушение этих условий может привести к искажению получаемых сведений, их дублирова- нию, влиянию на них личных обстоятельств, например авторитета или известности иного экс- перта, его должности.
По форме вопросов различают открытые и закрытые, прямые и косвенные методы опросов. Во- прос называют открытым, если ответ на него может быть в любой форме, а закрытым, если в формулировке вопроса содержатся варианты ответа. При косвенных методах вопрос задается в замаскированном виде в тех случаях, когда нет уверенности в искренности эксперта. По резуль- татам опросов строятся гистограммы ответов, определяются средние арифметические значения, мода, медиана, средние квадратические отклонения, коэффициенты вариации. Гистограммы и статистическая обработка результатов применяются при прогнозировании систем, выраженных числовыми характеристиками, либо в виде отдельных границ прогнозируемых па- раметров, либо в описательном виде в случае прогнозирования развития систем общего харак- тера.
Экспертные методы прогнозирования применяются в следующих случаях:
1) при отсутствии достоверной статистики прогнозирования;

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
48 2) при долгосрочном прогнозировании объектов новых отраслей промышленности (в условиях дефицита времени и в экстремальных ситуациях);
3) при отсутствии надлежащей теоретической основы развития объекта прогнозирования.
Требования к эксперту (от латин. expertus – опытный):
– эксперт должен быть признанным специалистом в данной области знаний;
– оценки эксперта должны быть стабильны во времени и независимы от условий (не флюгер и не хамелеон);
– дополнительная информация о прогнозируемых признаках лишь улучшает оценку эксперта;
– эксперт должен иметь некоторый опыт прогнозирования;
– должна отсутствовать моральная, профессиональная и материальная заинтересованность экс- перта в экспертных оценках.
К экспертным относятся методы коллективной генерации идей, в частности метод «мозговой атаки», которая осуществляется в процессе коллективного обсуждения актуальной проблемы.
Процесс выдвижения идей при «мозговой атаке» происходит лавинообразно. Выдвинутая идея порождает либо творческую, либо критическую реакцию, что стимулирует появление новых идей. Групповое мышление производит на 70 % больше ценных новых идей, чем сумма инди- видуальных мышлений.
Кроме описанных, существует множество других методов. Заслуживают внимания, в частности, логические методы, метод построения сценария развития техники и прогнозных графов, ме- тоды логических моделей, матричные методы и другие.
Методы логического моделирования предполагают построение логических моделей, в которых проводятся аналогии между различными по своей природе явлениями, анализируются взаимо- связи отдельных наук с учетом научно-технического и экономического развития.
Матричный метод является нормативным методом прогнозирования, в котором задаются ко- нечные цели и в процессе прогнозирования определяются пути и средства их достижения. По- следовательность операций по матричному методу:
– идентификация факторов, влияющих на достижение поставленных целей;
– группировка факторов по характеру их влияния;
– формирование методов влияния комплексных факторов друг на друга и на достижение целей;
– определение влияния факторов на достижение комплекса целей.
3.6. Оценка достоверности и точности прогноза
При прогнозировании возникают проблемы, среди которых наиболее острыми являются оценки точности прогноза и сравнительные характеристики существующих методов прогнозирования. Есть предположение, что точность прогноза убывает пропорцио- нально квадрату времени срока прогнозирования, но в общем виде это не доказано.
При прогнозировании наиболее существенными ошибками являются ошибки в исходных дан- ных, в методе и модели прогнозирования. Ошибки в исходных данных – это ошибки измерения, полноты и достоверности исходных данных при ретроспективном анализе параметров машин.
Ошибки метода прогнозирования связаны с выбором метода, неидентичного объекту прогнози- рования. Ошибки модели возникают вследствие упрощения модели и несовершенства представ- ления о природе и других характеристиках объекта прогнозирования.
По мере того, как увеличивается период упреждения прогноза (горизонта прогнозирования Ty), ошибка прогноза Et увеличивается по зависимости, где Ecp – средняя ошибка применяемого метода прогнозирования.

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
49
Для уменьшения ошибок необходимо подтверждение прогнозов (верификация прогнозов). Ве- рификация прогнозов - одна из важнейших задач прогнозирования развития техники. Суще- ствует несколько методов верификации:
1) прямая верификация - сопоставление результатов прогнозирования, полученных различными методами;
2) косвенная верификация - подтверждение прогноза со ссылкой на известные литературные источники;
3) консеквентная верификация – получение прогнозируемой вели- чины, как следствие из уже известных прогнозов;
4) инверсная верификация – экстраполяция прогнозов на некоторый отрезок прошлого времени и сопоставление их с фактическими значения- ми, соответствующими этому периоду.
3.7. Прогнозирование технического уровня
Рассматриваем принципы построения прогноза качества создания технических средств и агре- гатов. Как уже отмечалось, прогнозирование не является самоцелью, а служит основой для при- нятия решения, для составления плана, для обоснования технического предложения при плани- ровании. Методическое и структурное единство прогнозирования и планирования состоит в том, что они имеют одинаковую информационную основу и являются последовательными эта- пами решения задач повышения технического уровня и качества машин и оборудования при их проектировании. Причем прогнозирование может рассматриваться как этап предпроектной многовариантной проработки, а планирование – как этап решения.
При решении вопроса о выборе перспективных научно-технических направлений, при создании оборудования приходится сталкиваться с неопределенным множеством решений. При разра- ботке прогноза неопределенность уменьшается и формируется конечное множество альтерна- тивных вариантов, причем каждый из них является наилучшим с точки зрения учитываемых внешних условий (факторов прогнозного фона) и выбранной модели (тенденции) развития дан- ного направления. Принятие решения связано с выбором из множества прогнозных вариантов наиболее перспективного (приоритетного) направления, удовлетворяющего определенному критерию.
Принципиальные различия прогнозирования и планирования заключаются в следующем:
– срок, на который разрабатывается прогноз, превосходит срок, на который должен быть разра- ботан план, так как точность прогнозной информации уменьшается с увеличением горизонта прогнозирования, и она не имеет директивного характера. Разработка прогнозов даже с относи- тельно невысокой точностью дает положительный управленческий эффект, так как уменьшает неопределенность в оценке тенденций развития объекта прогнозирования, чем снижается веро- ятность ошибки при принятии плановых или управленческих решений;
– сроки и объемы выпуска, технико-экономические показатели продукции и другие результаты прогноза имеют ориентирующий, вероятностный характер и предполагают принципиальную возможность внесения корректировок. План, в отличие от прогноза, не допускает вероятност- ных оценок и содержит директивные сроки осуществления события;
– разработка прогнозов предполагает обязательную многовариантность. Это в дальнейшем дает возможность утвердить один из альтернативных вариантов в качестве планового задания,

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
50 которое содержит директивную систему показателей и, как правило, не допускает внесения коррективов.
При разработке прогнозов развития машин и оборудования должны соблюдаться принципы си- стемности, комплексности, многовариантности, непрерывности.
Принцип системности заключается в необходимости учета факторов, внешних по отношению к объекту прогнозирования. Применительно к задачам прогнозирования технического уровня и качества машин принцип системности означает перспективную оценку экономических, соци- альных, демографических и других факторов, которые могут накладывать определенные требо- вания на технико-экономические показатели машин. Например, все большее значение будет иметь требование к снижению энергоемкости машин.
Принцип комплексности предполагает наличие поискового и нормативного этапов разработки прогноза. В частности, перспективная оценка показателей технического уровня и качества объ- екта прогнозирования представляет собой поисковый этап разработки прогноза, а прогнозиро- вание затрат всех видов материальных ресурсов, средств и путей достижения указанных показа- телей – нормативный этап. Поисковый и нормативный этапы разработки прогноза образуют в совокупности комплексный прогноз, который обуслав- ливает выбор не только технических показателей, но и оценку затрат на достижение показате- лей создаваемой машины.
Принцип многовариантности заключается в том, что результат прогноза, как правило, представ- ляет собой несколько вариантов создаваемой машины с учетом различных сроков ее реализа- ции в промышленном производстве, каждый из которых зависит от факторов – горизонтов про- гнозирования, от тенденции развития данного вида техники и др. Важным принципом разра- ботки комплексных прогнозов является непрерывность прогнозирования, при которой вносятся корректировки в разрабатываемый прогноз в связи с необходимостью учета нарастания темпов научно-технического прогресса.
Срок, на который разрабатывается прогноз, должен всегда превышать срок планового задания.
Например, если разработан прогноз качественного повышения технических показателей в ре- зультате смены поколений какого-либо вида машин до 2020 г., то плановые задания целесооб- разно устанавливать на ближайшие 5 лет.
Эффект от проведения прогнозных оценок представляет собой результат предотвращения ущерба, возникающего от негативных последствий научно-технического прогресса, от недоста- точно высокого уровня потребительских свойств новой машины и других факторов, обуслов- ленных принятием плановых решений без предварительной прогнозной проработки.
3.8. Прогнозирование ресурса оборудования
Технический ресурс – это показатель долговечности, характеризующий запас возможной нара- ботки объекта. Ресурсом называют наработку объекта от начала или возобновления эксплуата- ции до наступления предельного состояния, а при диагностировании оборудования – от мо- мента диагностирования до наступления предельного состояния. Поскольку прогнозирование ресурса является одной из задач диагностирования, вопросы прогнозирования с той или иной степенью проработанности находят описание во всех работах по диагностике.
В качестве меры ресурса может быть выбран любой параметр, характеризующий продолжи- тельность эксплуатации объекта, например, время работы в часах, для автомобилей – пробег в километрах, для бумагоделательных машин – выработка в тоннах бумаги, число циклов работы, число варок в установках для варки целлюлозы и т.п.