Кількісні методи планування та оцінки результатів робіт із створення та застосування державних еталонів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний науковий центр

«Інститут метрології»

УДК 389.14:539.1

КІЛЬКІСНІ МЕТОДИ ПЛАНУВАННЯ ТА

ОЦІНКИ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБІТ ІЗ СТВОРЕННЯ ТА

ЗАСТОСУВАННЯ ДЕРЖАВНИХ ЕТАЛОНІВ

05.01.02 - Стандартизація, сертифікація та метрологічне забезпечення

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Красоха Лілія Миколаївна

Харків - 2009



Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному науковому центрі “Інститут метрології” Державного комітету України з питань технічного регулювання та споживчої політики

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник, ПРОКОПОВ Олександр Васильович, Національний науковий центр «Інститут метрології», вчений секретар

Офіційні опоненти: заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, БОЛЬШАКОВ Володимир Борисович, Національний науковий центр «Інститут метрології»,

головний науковий співробітник науково-дослідної лабораторії вимірювання витрати, рівня та об'єму речовин

кандидат технічних наук, доцент, ЄГОРОВ Андрій Борисович, Харківський національний університет радіоелектроніки МОН України, професор кафедри «Метрологія та вимірювальна техніка»

Захист дисертації відбудеться «2» жовтня 2009 року о 14 год. 00 хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.827.01 у Національному науковому центрі «Інститут метрології» (61002, м. Харків, вул. Мироносицька, 42).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного наукового центру «Інститут метрології» (61002, м. Харків, вул. Мироносицька, 42).

Автореферат розісланий 27 серпня 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент І.Ф. Дем'янков



АНОТАЦІЇ

Красоха Л.М. Кількісні методи планування та оцінки результатів робіт із створення та застосування державних еталонів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.02 - Стандартизація, сертифікація та метрологічне забезпечення. - Національний науковий центр «Інститут метрології». Харків, 2009. еталон інфляція державний метрологічний

Дисертацію присвячено розробці та дослідженню кількісних методів планування і оцінки результатів метрологічних робіт із створення, вдосконалення та застосування державних еталонів з метою створення наукових основ стандартизації в цій галузі метрології. В дисертації обґрунтовані математичні моделі для врахування найбільш суттєвих (науково-технічних, економічних, організаційних) чинників при рішенні задач оцінки економічної доцільності створення державних первинних еталонів, побудови державних повірочних схем, планування виконання завдань державних програм щодо розвитку еталонної бази. Розроблені методологія аналізу впливу інфляції при плануванні робіт із створення державних первинних еталонів, методологія оцінки результатів метрологічної діяльності наукових центрів Держспоживстандарту України, методологія оцінки ефективності використання державних еталонів.

На основі чисельних експериментів показано, що при врахуванні інфляційних чинників змінюється оптимальний порядок виконання завдань державних програм із створення і розвитку еталонної бази; неврахування інфляції завищує оцінку терміну окупності витрат на створення державного первинного еталона.

Розрахункові алгоритми і методики, обґрунтовані в роботі, можуть використовуватися при підготовці стандартів та інших нормативних документів, державних програм у сфері метрології, прийнятті управлінських рішень щодо економічної доцільності розробки конкретних державних еталонів.

Ключові слова: метрологія, державна метрологічна система, єдність вимірювань, метрологічне забезпечення, державні еталони, вихідні еталони України, методи оптимізації, кількісні методи планування та оцінки результатів робіт.



Красоха Л.Н. Количественные методы планирования и оценки результатов работ по созданию и применению государственных эталонов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.01.02 - Стандартизация, сертификация и метрологическое обеспечение. - Национальный научный центр „Институт метрологии”, Харьков, 2009.

Глобализация общественно-экономических процессов в мире, необходимость обеспечения условий равноправного международного сотрудничества обостряют проблему развития и усовершенствования государственной метрологической системы (ГМС) как законодательной, технической, нормативной и организационной инфраструктуры, которая обеспечивает международно признанную основу обеспечения единства и необходимой точности измерений. Именно ГМС создает предпосылки для надежного функционирования конкурентоспособного промышленного производства, сельского хозяйства, медицины, транспорта и связи, обеспечивает объективность расчетов в сфере торговли, точный учет материальных и энергетических ресурсов, необходимый контроль за состоянием окружающей природной среды и ее влиянием на здоровье населения и т. д.

Одним из главных условий развития эффективной ГМС являются создание и совершенствование современной национальной эталонной базы, организация ее бесперебойного функционирования с целью обеспечения единства и необходимой точности измерений во всех сферах жизни государства и его граждан.

Учитывая, что создание государственных первичных эталонов (ГПЭ), которые базируются на наивысших достижениях науки и техники, требует значительных расходов, необходимо применять такие методы планирования и оценки результатов метрологических работ, которые позволяют при сохранении необходимого технического уровня минимизировать указанные расходы, использовать опыт развитых стран мира в этой области.

Вместе с тем, вопросы влияния комплекса существенных факторов (в том числе, научно-технических, экономических, организационных) на функционирование ГМС на сегодня остаются недостаточно изученными. В частности, актуальной является разработка и исследование количественных методов планирования и оценки результатов работ по созданию, усовершенствованию и эффективному использованию национальной эталонной базы как научной основы для стандартизации в данной сфере.

Именно этой проблеме - совершенствованию научных основ стандартизации в области планирования и оценки результатов метрологических работ по созданию, совершенствованию и применению государственных эталонов - посвящена диссертация.

Объектом исследований является система государственных эталонов - национальная эталонная база. Предметом исследований - методы планирования и оценки результатов работ по созданию, усовершенствованию и применению государственных эталонов. Примененные в диссертации методы исследований базируются на использовании системного подхода в задачах планирования и оценки результатов метрологических работ. При решении этих задач используются методы математического анализа, методы математической статистики, моделирования метрологических систем, оптимизации, методы численного эксперимента с использованием ЭВМ.

Обоснованы математические модели для учета разнообразных влияющих факторов (научно-технических, экономических, организационных) при решении задач совершенствования национальной эталонной базы, в том числе для оценки экономической целесообразности создания ГПЭ, оптимального построения государственных поверочных схем, определения оптимального порядка выполнения заданий государственных программ по развитию эталонной базы. Разработана методология анализа влияния инфляции при планировании работ по созданию ГПЭ. На основе метода анализа иерархий разработана методология оценки результатов метрологической деятельности научных центров Госпотребстандарта, методология оценки эффективности использования государственных эталонов.

Для апробации разработанных алгоритмов, методов и методик выполнены численные эксперименты с использованием количественных показателей государственных программ по развитию эталонной базы, отчетных данных предприятий системы Госпотребстандарта, литературных данных. Эксперименты подтвердили эффективность вышеуказанных алгоритмов, методов и методик и показали, в частности, что при учете инфляционных факторов изменяется оптимальный порядок выполнения заданий государственных программ по созданию и развитию эталонной базы; неучет инфляции завышает оценку срока окупаемости затрат на создание ГПЭ; на примере оценки выполнения заданий Актуализированной программы создания эталонной базы Украины до 2006 года (2002 - 2006 годы) показано, что за время эксплуатации эталонов создается доход, который не только компенсирует плановые затраты, но и на 25,25 % превышает их.

Результаты работы являются составной частью теории метрологии и стандартизации. Практическое их значение состоит в том, что они являются научными и методическими основами для стандартизации в области планирования и оценки результатов работ метрологической направленности. Расчетные алгоритмы и методики, обоснованные в работе, могут использоваться при подготовке стандартов и других нормативных документов, государственных программ в сфере метрологии, принятии управленческих решений относительно экономической целесообразности разработки конкретных государственных эталонов, совершенствования систем передачи единиц физических величин (государственных поверочных схем), при анализе эффективности функционирования национальной эталонной базы и отдельных предприятий ГМС.

Ключевые слова: метрология, государственная метрологическая система, единство измерений, метрологическое обеспечение, государственные эталоны, исходные эталоны Украины, методы оптимизации, количественные методы планирования и оценки результатов работ.



Krasokha L.M. Quantitative methods of planning and estimation of results of work on creation and application of state measurement standards. - Manuscript.

Thesis for the degree of candidate of technical science on speciality 05.01.02 - Standardization, certification and metrological assurance. - National Scientific Centre “Institute of Metrology”, Kharkiv, 2009.

The thesis is devoted to development and research of quantitative methods of planning and estimation of the results of metrology work on creation, improvement and application of state measurement standards for the purpose of creating scientific bases of standardization in this field of metrology. Mathematical models for consideration of the most substantial (scientific and technical, economic, organizational) factors when solving the tasks of estimating the economic expediency for creating state primary measurement standards, state verification schemes, planning the implementation of the tasks of government programs on the development of the standards base are grounded in the thesis. Methodology for analyzing the inflation impact when planning activities on creation of state primary measurement standards, methodology for estimating the results of the metrological activity of scientific centres of the Derzhspozhyvstandart of Ukraine, and methodology for estimating the efficiency of the use of state measurement standards were developed.

Based on numerical experiments it is shown that the optimum order of implementing the tasks of government programs on the creation and development of the standards base changes when taking into account inflation factors; neglect of inflation increases the estimate of the recoupment period for expenses on the creation of a state primary measurement standard.

Calculation algorithms and methods grounded in the thesis can be used when preparing written standards and other normative documents, government programs on metrology, when making administrative decisions on the economic expediency for creating specific state measurement standards.

Key words: metrology, state metrological system, uniformity of measurements, metrological assurance, state measurement standards, reference measurement standards of Ukraine, methods of optimization, quantitative methods of planning and estimation of the results of work.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вступ України до Світової організації торгівлі (СОТ), глобалізація суспільно-економічних процесів в цілому, заходи із забезпечення умов рівноправної співпраці з країнами ЄС та СНД загострюють необхідність подальшого розвитку та вдосконалення державної метрологічної системи (ДМС) як законодавчої, технічної, нормативної і організаційної інфраструктури, що надає міжнародно визнану основу забезпечення єдності та необхідної точності вимірювань. Саме ДМС створює передумови для надійного функціонування конкурентоспроможного промислового виробництва, сільського господарства, медицини, транспорту та зв'язку, забезпечує об'єктивність розрахунків у сфері торгівлі, точний облік матеріальних та енергетичних ресурсів, належний контроль за станом навколишнього природного середовища та його впливом на здоров'я населення тощо.

Одними з головних умов розвитку ефективної ДМС є створення та вдосконалення сучасної національної еталонної бази, організація її ефективного функціонування. Враховуючи, що створення державних первинних еталонів (ДПЕ), які базуються на найвищих досягненнях науки та техніки, є багатофакторною проблемою, вирішення якої потребує значних витрат, необхідно спиратись на системний підхід, застосовувати такі методи планування організації робіт, які дозволяють мінімізувати вказані витрати за умов збереження необхідного метрологічного рівня, використати досвід розвинених країн світу в цій галузі.

Разом з тим питання планування та оцінки результатів метрологічних робіт в рамках системного підходу, зокрема питання сумісного впливу науково-технічних, організаційних та економічних факторів (в тому числі, інфляційних) на розвиток та функціонування ДМС, на сьогодні залишаються недостатньо вивченими. Саме тому на сьогодні відсутні стандарти та інші нормативні документи, які необхідні для регулювання діяльності в цій сфері. У зв'язку із сказаним, актуальними є розробки та дослідження, які спрямовані на розвиток та удосконалення наукових основ стандартизації в галузі планування та оцінки результатів метрологічних робіт з урахуванням комплексу науково-технічних, організаційних та економічних факторів, перш за все, метрологічних робіт зі створення, удосконалення (а також ефективного застосування) національної еталонної бази.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами та темами. Дослідження, результати яких знайшли відбиття в дисертаційній роботі, виконувались здобувачем відповідно до плану навчання в заочній аспірантурі ННЦ «Інститут метрології» згідно з тематикою науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт (НД і ДКР) у сфері метрології і еталонної бази Держспоживстандарту України протягом 1999 ? 2008 років. Результати роботи пов'язані з дослідженнями в рамках тематичного плану НД і ДКР ННЦ «Інститут метрології» за темами: Розробка математичних та комп'ютерних моделей для оптимізації систем метрологічного забезпечення (держ. реєстр. РК 0101U005096, ОК 0201U004844); Розробка методології системного підходу для розв'язання задач планування та оцінки результатів науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт у галузі метрології (держ. реєстр. РК 0104U003386, ОК 0206U007803); Дослідження та розробка методів аналізу та оцінки ризиків в метрології (держ. реєстр. РК 0108U008275) та ін. Методологію оцінки діяльності наукових центрів розроблено з метою врахування пропозицій ГоловКРУ за результатами аудиту «Ефективність використання бюджетних коштів на створення еталонної бази України в 2000 - 2003 роках».

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розробка та дослідження кількісних методів планування та оцінки результатів робіт із створення, вдосконалення та застосування державних еталонів (національної еталонної бази), як наукової основи стандартизації у вищезазначеній сфері метрології.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити з урахуванням найбільш суттєвих факторів впливу (науково-технічних, економічних, організаційних) наступні часткові завдання:

1. Розробити методи, алгоритми та методики для стандартизації оцінок економічної доцільності, часу окупності, оптимальної послідовності створення державних первинних еталонів (у тому числі, з урахуванням впливу інфляційних факторів).

2. Удосконалити методи обґрунтування повірочних схем, що регламентуються державними стандартами.

3. Обґрунтувати шляхи застосування існуючих методів багатокритеріальної оптимізації для розв'язання задач стандартизації оцінки ефективності функціонування державних еталонів та наукових метрологічних центрів Держспоживстандарту.

4. Виконати чисельні дослідження створених теоретичних моделей з використанням даних державних програм, спрямованих на створення еталонної бази, звітних даних підприємств системи Держспоживстандарту, літературних даних.

Об'єкт дослідження: система державних еталонів - національна еталонна база.

Предмет дослідження - методи планування та оцінки результатів робіт із створення, вдосконалення та застосування державних еталонів.

Методи дослідження ґрунтуються на використанні системного підходу в задачах планування та оцінки результатів метрологічних робіт. При розв'язанні цих задач використовуються методи математичної статистики, моделювання та оптимізації метрологічних систем, методи математичного аналізу, чисельного експерименту з використанням ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів роботи полягає в тому, що в ній розроблено теоретичні основи, методи та математичні алгоритми для вдосконалення нормативної документації зі стандартизації планування та оцінки результатів робіт із створення та застосування державних еталонів з урахуванням найбільш суттєвих факторів впливу - науково-технічних, економічних, організаційних, а саме:

1. Вперше розроблено та досліджено методи, розрахункові алгоритми та методики для стандартизації оцінок економічної доцільності, часу окупності, оптимальної послідовності створення державних первинних еталонів (у тому числі, з урахуванням інфляційних факторів).

2. Вдосконалено математичну модель оптимальної структури повірочних схем (що регламентуються державними стандартами) з урахуванням впливу просторового розміщення окремих елементів цих схем, які створюються додатково.

3. Обґрунтовано критерії та вдосконалено математичні моделі багатокритеріальної оптимізації для розв'язання задач стандартизації оцінки ефективності функціонування державних первинних еталонів та аналізу результатів діяльності наукових центрів Держспоживстандарту, які виконують роботи щодо розвитку національної еталонної бази (на основі методу аналізу ієрархій (МАІ)).

4. З використанням чисельного експерименту показано, що за час експлуатації ДПЕ, створених в рамках державних програм розвитку еталонної бази, накопичується додатковий позитивний економічний ефект; при врахуванні інфляційних факторів змінюється оптимальний порядок виконання завдань цих програм, а неврахування інфляційних факторів завищує оцінку терміну окупності витрат на створення ДПЕ.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що вони є науковими, методичними та прикладними основами стандартизації в галузі планування та оцінки результатів робіт метрологічної спрямованості. Розрахункові алгоритми та методики, які обґрунтовано в роботі, можуть використовуватись як при розробці державних стандартів та інших нормативних документів, так і при підготовці державних програм у сфері метрології, прийнятті управлінських рішень щодо розробки державних еталонів, вдосконалення повірочних схем та оснащення територіальних органів Держспоживстандарту робочими еталонами (повірочним обладнанням), при аналізі ефективності функціонування національної еталонної бази, оцінці ефективності діяльності наукових центрів Держспоживстандарту.

На основі чисельного експерименту з використанням розроблених теоретичних моделей, даних державних програм щодо розвитку еталонної бази, звітних даних підприємств системи Держспоживстандарту, літературних даних отримано важливі для практики результати, а саме: показано, що за час експлуатації ДПЕ, створених в рамках державних програм розвитку еталонної бази, накопичується додатковий позитивний економічний ефект, зокрема, для Актуалізованої програми створення еталонної бази України до 2006 року такий ефект тільки для ДМС оцінюється у 25,25 % від планових витрат, для Державної програми розвитку еталонної бази на 2006 - 2010 роки - 5,6 %.

В додатках до дисертації наведено розроблені методики та інші документи, які підтверджують практичне використання результатів дисертації за вищевказаними напрямками в системі Держспоживстандарту.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є самостійною завершеною роботою автора, нові наукові результати, що викладені в дисертації та авторефераті, належать особисто автору. В роботах, опублікованих у співавторстві [1-8, 10-14], авторові дисертації належать: обґрунтування кількісних вимог при постановці задач, розробка та реалізація методів розв'язання задач, розробка та дослідження використовуваних алгоритмів та методик, виконання обчислювального експерименту, безпосередня участь в аналізі і узагальненні результатів, формулюванні висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати та положення роботи були представлені та обговорювались на ІІІ, ІV, V, VІ міжнародних науково-технічних конференціях „Метрологія та вимірювальна техніка” (м. Харків, 2002 р., 2004 р., 2006 р., 2008 р.), науково-практичній конференції молодих учених та аспірантів „Інтегровані інформаційні технології та системи” (ІІТС-2007, м. Київ, 2007 р.) та Першій міжнародній науково-практичній конференції „Інтегровані інтелектуальні робото-технічні комплекси” (ІІРТК-2008, м. Київ, 2008 р.)

Публікації результатів дисертації. Основні наукові результати і положення дисертаційної роботи викладено у 14 публікаціях, які наведено в авторефераті, у тому числі 7 у наукових журналах, які входять до переліку наукових фахових видань України, затвердженого ВАК України, 7 публікацій у збірниках матеріалів і тез конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та 6 додатків. Повний обсяг дисертації складає 238 сторінок і містить 124 сторінки основного тексту, 30 рисунків - на 24 сторінках, 11 таблиць - на 11 сторінках, 6 додатків - на 96 сторінках та список використаних джерел із 142 найменувань на 18 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми та сформульовані об'єкт, предмет, мета, наукова задача досліджень, показані зв'язок роботи з науковими темами і програмами, наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, визначено особистий внесок автора в друкованих працях із співавторами, наведені дані про апробацію, публікації і впровадження основних результатів роботи.

У першому розділі виконано аналіз загальних характеристик національної еталонної бази як складової частини ДМС з позицій системного підходу, розглянуто основні напрямки її розвитку та вдосконалення, показники якості її застосування (критерії ефективності). Здійснено огляд відомих сучасних методів оцінки ефективності (оптимальності) та шляхи їх застосування в задачах планування та оцінки результатів робіт з розвитку національної еталонної бази; відомих математичних моделей сумісного впливу кількісних та якісних факторів (в тому числі, науково-технічних, економічних та ін.) на структуру та функціональні характеристики національної еталонної бази та її окремих елементів; опублікованих методів обґрунтування повірочних схем. Проаналізовано сучасні методи оцінки ефективності та перспективи їх застосування для стандартизації оцінки ефективності використання державних еталонів. Обґрунтовані методологія, напрямки, часткові завдання і методи досліджень.

Другий розділ присвячено обґрунтуванню математичних моделей врахування впливу найбільш суттєвих (науково-технічних, економічних, організаційних) факторів при розв'язанні задач вдосконалення нормативної бази зі стандартизації планування та оцінки результатів створення та застосування національної еталонної бази. Обґрунтовано алгоритми та методики визначення економічної доцільності створення державних первинних еталонів за окремим видом вимірювань. Розроблено алгоритм врахування інфляції при аналізі економічної доцільності робіт із розвитку (створення та вдосконалення) національної еталонної бази. Вдосконалено алгоритм оптимізації стандартизованих повірочних схем (запропонований Я.А. Кримштейном) з урахуванням впливу просторового розміщення окремих елементів цих схем, які створюються додатково.

Математичні моделі для стандартизації оцінки економічної доцільності створення державних первинних еталонів за окремим видом вимірювань обґрунтовано з використанням балансів коштів типу «витрати - прибуток», які будуються тільки для ДМС. Оптимальні варіанти обрані за критерієм «мінімальні витрати на підтримку верхньої еталонної ланки ДМС» (за умов виконання необхідних науково-технічних вимог за кожним варіантом).

Розглянуто два випадки, які повністю вирішують проблему стандартизації оцінки економічної доцільності створення ДПЕ.

Випадок 1. ДПЕ немає, але є вихідний еталон України (ВЕУ) і потрібно вирішити, що є більш доцільним, залишитися з ВЕУ або створити ДПЕ. При цьому вважається, що науково-технічний рівень, тобто метрологічні характеристики (МХ) як ВЕУ, так і ДПЕ задовольняють існуючим потребам.

Розрахункова модель будується наступним чином. При оцінці витрат на підтримку вищої ланки повірочної схеми (державних еталонів) враховуються витрати на зберігання ДПЕ чи ВЕУ, витрати на атестацію ВЕУ за кордоном, витрати на створення ДПЕ. Враховуються також надходження коштів від проведення атестацій та повірок вторинних еталонів (ВЕ) і робочих еталонів (РЕ) та високоточних засобів вимірювальної техніки (ЗВТ), що є в країні, із використанням діючих ДПЕ та ВЕУ.

Стан вищої ланки метрологічного забезпечення (МЗ) конкретного виду вимірювань для поточного моменту часу при порівнянні можливих варіантів витрат описується одним із трьох варіантів:

- ДПЕ існує та використовується у повірочній схемі (ознака стану “є”);

- ДПЕ відсутній та поки що не розробляється, тобто в якості ДПЕ використовується ВЕУ (ознака стану “н”);

- ДПЕ відсутній, але він розробляється; очевидно, що при цьому поки що також використовується ВЕУ (ознака стану “р”).

Відповідно до поточний баланс Б_i «витрати мінус прибуток» з урахуванням вказаних трьох варіантів стану для і-го виду вимірювань надається у вигляді:

(1)

Нехай на створення ДПЕ необхідно N_С років. Еталон, який створено, експлуатується N_Е років - доки він не виробить свій ресурс та його не буде замінено на новий вихідний ЗВТ. Тоді, згідно з табл. 1 та формулами (1), ми можемо подати витрати на підтримку вищої еталонної ланки і-го виду вимірювань (протягом N_С+N_Е років) наступним чином (за умов, що витрати (1) за роками не змінюються):

Б_і^Р• N_С + Б_і^Є • N_Е - якщо ДПЕ було розроблено,

Б_і^Н • (N_С + N_Е)+В_МВУ - якщо ДПЕ немає та він не розробляється, (2)

В_МВУ - загальні витрати на модернізацію ВЕУ

Створення ДПЕ з економічної точки зору має сенс лише у тому випадку, коли витрати протягом N_С + N_Е років на підтримку вищої ланки за умов створення ДПЕ будуть менші, ніж витрати, які відповідають ситуації, коли ДПЕ не був створений, тобто

Б_і^Р • N_С + Б_і^Є• N_Е < Б_і^Н • (N_С + N_Е)+В_МВУ . (3)

Чим більша ця нерівність, тим більша економічна доцільність у створенні еталона. Якщо перейти до рівняння у формулі (3) і змінити час N_Е на величину t, то отримаємо формулу:

(4)

Час t у формулі (4) у цьому випадку є часом компенсації витрат на створення еталона. Оскільки, починаючи з моменту t, стає справедливим нерівність (3), то в наступні моменти часу буде забезпечуватись економія коштів, які витрачаються на підтримку вищої еталонної ланки. Ця економія, яку обумовлено використанням ДПЕ, оцінюється різницею між правою та лівою частинами формули (3) за N_С + N_Е років.

Випадок 2. Для якогось виду вимірювань відсутні і ДПЕ, і ВЕУ (як ВЕУ може використовуватись ВЕ або РЕ) і необхідно вирішити, що більш доцільно робити з економічної точки зору: залишитися без ВЕУ та ДПЕ (тобто возити всі наявні в країні ЗВТ даної одиниці фізичної величини на повірку за кордон), створити ВЕУ або створити ДПЕ. Тут також вважається, що МХ ДПЕ чи ВЕУ, так само як МХ закордонного еталона, задовольняють необхідним вимогам.

Розрахункова модель, яку побудовано аналогічно Випадку 1, надає можливість сформулювати умови, за якими є економічно доцільним реалізувати один з трьох можливих варіантів, а саме: створити (або придбати) власний ДПЕ, створити (або придбати) ВЕУ, залишитися без ВЕУ та ДПЕ (повірку ЗВТ здійснювати за кордоном).

За кожним з зазначених вище варіантів отримано співвідношення, які визначають умови економічної доцільності та час окупності витрачених коштів.

Вищезазначені розрахункові моделі узагальнені на випадок урахування інфляційних процесів.

Зокрема, для Випадку 1 співвідношення (3), (4) з урахуванням інфляції набувають вигляд

<,

, (6)

де d - дисконтуючий фактор (коефіцієнт інфляції).

Подібні співвідношення отримані також з урахуванням інфляції для Випадку 2.

Відзначимо, що при d>0 всі співвідношення, що враховують вплив інфляції, переходять у відповідні співвідношення, отримані раніше без урахування інфляції. Математичні моделі, які відповідають Випадкам 1 та 2, послужили науково-технічною основою створення двох стандартизованих методик оцінки економічної доцільності створення ДПЕ (що наведені у додатках до дисертації).

Аналіз проблеми оптимізації структури стандартизованих повірочних схем із позицій системного підходу (за науково-технічними, організаційними та економічними показниками) виконано згідно з методологією, запропонованою Я.А. Кримштейном, з урахуванням витрат на перевезення ЗВТ, які повіряються. При цьому алгоритм Я.А. Кримштейна удосконалено шляхом урахування можливих витрат на створення або придбання нових РЕ.

У третьому розділі розв'язано задачі багатокритеріальної оптимізації з метою аналізу результатів метрологічної діяльності методом аналізу ієрархій (МАІ), запропонованим Т. Сааті. З урахуванням науково-технічних, економічних та організаційних факторів розроблені алгоритми оцінки ефективності використання державних еталонів, алгоритми та критерії оцінки ефективності метрологічної діяльності науково-дослідних інститутів Держспоживстандарту, які виконують роботи щодо розвитку еталонної бази.

Структуру задачі оптимального вибору згідно з МАІ адаптовано до завдань метрології. Розглянуто випадок трьох ієрархічних рівнів.

При попарному зрівнянні між собою всіх критеріїв, в тому числі кількісних і якісних, результатам зрівнянь цих критеріїв приписуються числові значення згідно зі шкалою, запропонованою Т. Сааті.

Зокрема, в рамках задачі визначення ефективності використання державних еталонів згідно з МАІ використано такі критерії ефективності:

– кількість повірок (калібрувань, атестацій), що здійснюються на еталоні протягом певного часу (позначимо цю величину, наприклад, як КП);

– вартість повірок (калібрувань, атестацій) на даному еталоні (позначимо як ВП_В);

– вартість таких повірок (калібрувань, атестацій) на закордонному еталоні (ВП_З);

– вартість розробки еталона, або час окупності витрачених на створення еталона коштів, який визначається згідно з методиками, розробленими у розділі 2 (МІ 13.001-2000 або МІ 13.003-2004) (ВР);

– кількість рядків СМС-таблиць, що підтверджують результат міжнародного визнання вимірювальних і калібрувальних можливостей еталона (Р_CMC);

– результати порівнянь метрологічних (науково-технічних) характеристик еталона з аналогічними характеристиками еталонів інших держав (МХ);

– вплив існування еталону в Україні на загальний рівень точності вимірювань даної фізичної величини (В_ЗП);

– інші критерії, що обумовлюють ефективність еталона і встановлюються при вирішенні тієї чи іншої конкретної задачі, які характеризують як кількісні (МХ еталона, кількість повірок, вартість розробки), так і якісні (вплив на рівень точності вимірювань в Україні) показники ефективності.

При побудові матриць попарних зрівнянь еталонів відносно кожного критерію ефективності застосовано допоміжні чисельні дані щодо характеристик використання еталонів, які трансформовано у дані, що відповідають шкалі Сааті (бази даних щодо характеристик використання еталонів щорічно формуються Держспоживстандартом України).

При визначенні пріоритетів згідно з МАІ використано стандартну методологію алгебри матриць.

Метод Сааті використано також для оцінки ефективності діяльності наукових (науково-виробничих) центрів Держспоживстандарту України. Алгоритм розрахунків і в цьому випадку побудовано на основі МАІ, який (як це підкреслено раніше) дозволяє використовувати при порівнянні різноманітні критерії. При побудові математичної моделі передбачено можливість використання алгоритму для оцінки ефективності наукової діяльності для окремих категорій підприємств. Розглянуто 7 варіантів, що призначені для:

- порівняльного аналізу наукової діяльності всіх організацій Держспоживстандарту, що ведуть наукові дослідження і розробки (один варіант для всіх підприємств) (варіант 1);

- порівняльного аналізу наукової діяльності в близьких за виконуваними задачами групах підприємств, а саме у трьох групах (варіанти 2, 3, 4):

а) ННЦ «Інститут метрології» і ДП «НДІ «Система» (варіант 2);

б) ДП «Укрметртестстандарт» і ДП «Івано-Франківськстандартметрологія» (варіант 3);

в) ДП «УкрНДНЦ» (варіант 4);

- порівняльного аналізу динаміки наукових результатів по кожному підприємству окремо - для реалізації цього варіанта підсумки роботи підприємства в поточному році (періоді) порівнюються з підсумками його роботи за попередній рік (період), за результатами виконання порівнянь зроблені висновки і рекомендації (варіанти 5, 6, 7, які відповідають трьом виділеним групам підприємств а, б, в).

Розроблену методологію використано при створенні відповідного методичного документа зі стандартизації - стандартизованої методики, призначеної для оцінки ефективності діяльності наукових центрів Держспоживстандарту, затвердженої наказом Держспоживстандарту України від 28.08.2006 № 264.

У четвертому розділі виконані чисельні дослідження шляхів вдосконалення національної еталонної бази з використанням алгоритмів та методик розроблених організаційно-методичних нормативних документів зі стандартизації. Проведено чисельні експерименти з дослідження методик оцінки економічної доцільності створення державних первинних (вихідних) еталонів України, дослідження з оптимізації порядку виконання завдань державних програм розвитку еталонної бази України. Виконано кількісний аналіз ефективності метрологічної діяльності наукових центрів Держспоживстандарту з використанням щорічних звітів цих центрів, дослідження щодо ефективності застосування державних еталонів.

Всі розрахунки виконано для даних, що стосуються тільки ДМС. Тобто, вихідними даними для розрахунків є витрати на розробку еталонів та строки їх створення згідно з державними науково-технічними програмами, які виконувались протягом 2002 - 2008 років, а також дані щодо вартості повірок (атестацій) вихідних еталонів за кордоном за умов відсутності власних ДПЕ.

Видно, що очікуваний час окупності всіх еталонів не перебільшує термін 15 років, тобто завдання щодо розробки державних еталонів в рамках Актуалізованої програми з точки зору економічної доцільності виправдані. Показано, що завдяки впровадженню і подальшому застосуванню цих еталонів (протягом 15-річного терміну) для кожного еталона повертаються витрачені кошти і можна отримати додатковий сумарний (для всіх еталонів) економічний ефект, який складає 2722,0 тис. грн. (25,25 % від витрат за Програмою), для початкових даних виконання Актуалізованої програми, тобто у цінах 2002 року. Розраховано також додатковий економічний ефект від застосування кожного із створених державних еталонів за час їх застосування, а також ефект за кожним видом вимірювань.

Аналогічні чисельні експерименти були виконані для Державної програми розвитку еталонної бази на 2006 - 2010 роки. На де наведено очікуваний час окупності державних еталонів, видно, що заходи щодо ДПЕ, які заплановано здійснити в рамках Державної програми розвитку еталонної бази на 2006 - 2010 роки, виправдані (крім завдання 1.1.01.01, яке керівництвом Держспоживстандарту вилучено із заходів цієї програми. Це рішення прийнято з урахуванням, зокрема, результатів виконаних в дисертації досліджень). Визначено також додатковий сумарний економічний ефект від впровадження ДПЕ і подальшого їх застосування протягом 15-річного терміну. Він складає 1390,0 тис. грн. (5,6 %).

Результати розрахунків часу окупності витрат з урахуванням інфляційних факторів наведено для Актуалізованої програми створення еталонної бази України до 2006 року та Державної програми розвитку еталонної бази на 2006 - 2010 роки.

Неврахування інфляції завищує величину оціненого часу окупності. Похибка, яка характеризує це збільшення, може досягти 100 %. Тому інфляція повинна враховуватись при оцінці економічної доцільності робіт із створення державних еталонів.

В рамках проведеного чисельного експерименту виконано дослідження щодо оптимізації порядку виконання завдань державних програм розвитку еталонної бази України. Установлено, що оптимальною є послідовність створення еталонів, яка визначається послідовністю збільшення часу окупності еталонів. Графіки при d=0 побудовано саме за оптимальною послідовністю (у порядку зростання часу окупності коштів). З урахуванням інфляції змінюється оптимальна послідовність виконання завдань державних програм розвитку еталонної бази.

Виявлено також, що економічний ефект, тобто прибуток від створених ДПЕ за час їх впровадження та подальшої експлуатації, за умов урахування інфляційних факторів збільшується.

При виконанні чисельного експерименту з метою кількісного аналізу ефективності метрологічної діяльності наукових центрів Держспоживстандарту методом Сааті використовувались такі узагальнені критерії:

К₁ - загальні показники наукової активності;

К₂ - технічний рівень розробок та прикладне значення результатів наукових досліджень;

К₃ - економічні показники наукової діяльності;

К₄ - рівень розвитку інфраструктури та забезпеченість ресурсами (потенціал наукового підприємства);

К₅ - показники спільної діяльності з іншими науковими підприємствами;

К₆ - рівень кваліфікації співробітників;

К₇ - науковий рівень НДДКР, що виконуються науковим підприємством.

Оцінювалась наукова діяльність державних підприємств системи Держспоживстандарту за 2007 рік.

Визначено глобальні (узагальнені) пріоритети для кожного з 4-х наукових підприємств, що порівнювались:

ННЦ «Інститут метрології» - 0,400;

ДП «Укрметртестстандарт» - 0,390;

ДП «НДІ «Система»» - 0,151;

ДП «Івано-Франківськстандартметрологія» - 0,059.

Таким чином, показано, що найбільш ефективною в 2007 році була наукова діяльність Національного наукового центру „Інститут метрології” (м. Харків).

На основі чисельного експерименту з використанням МАІ виконано дослідження щодо ефективності функціонування державних еталонів у 2007 році. Для розрахунків використано окремі дані звітів наукових метрологічних центрів Держспоживстандарту за 2007 рік.

За відсутності повних вихідних даних застосовано змодельований алгоритм, який враховує три критерії ефективності, за якими здійснювалась оцінка державних еталонів:

КП - кількість еталонів, яким передано одиницю вимірювань, шт.;

ВПв - середня вартість повірки (калібрування, атестації) на державному еталоні, тис. грн. (цей показник відображає “вагу”, важливість повірки);

МХ - результати порівнянь метрологічних характеристик еталонів шляхом проведення міжнародних звірень.

Показано, що найбільш ефективно у 2007 році використовувався ДЕТУ 05-01-03 (ДП «Укрметртестстандарт» Держспоживстандарту України, м. Київ), який отримав глобальний пріоритет 0,632, в той час як другий за пріоритетом еталон ДЕТУ 10-01-00 характеризується показником 0,368.

У висновках наведено підсумки роботи і здійснено узагальнення результатів досліджень.

У додатках наведено нормативні документи зі стандартизації, що розроблені на основі результатів досліджень, виконаних в дисертації.



ВИСНОВКИ

Виконання зобов'язань України щодо вступу до СОТ, необхідність забезпечення умов рівноправної співпраці з країнами ЄС та СНД потребують розвитку ефективної ДМС, зокрема створення та вдосконалення сучасної національної еталонної бази, організації її ефективного функціонування. Враховуючи, що створення ДПЕ, які базуються на найвищих досягненнях науки та техніки, пов'язано із значними витратами, необхідно застосовувати такі методи планування та оцінки результатів метрологічних робіт, які дозволяють мінімізувати вказані витрати при забезпеченні необхідного метрологічного рівня, використати досвід розвинених країн світу в цій галузі.

На жаль, питання впливу всього комплексу суттєвих факторів (науково-технічних, економічних, організаційних) на функціонування ДМС на сьогодні залишаються недостатньо вивченими. Відсутні будь-які нормативно-технічні документи та стандарти, що регламентують ці питання, тому актуальними є роботи, присвячені розвитку наукових основ стандартизації в цій сфері, зокрема розробка та дослідження кількісних методів планування та оцінки результатів робіт із створення та вдосконалення національної еталонної бази, а також організації її ефективного застосування.

Метою дисертаційної роботи є розробка та дослідження кількісних методів планування та оцінки результатів робіт із створення, вдосконалення та застосування державних еталонів (національної еталонної бази), як наукової основи стандартизації в цій сфері метрології.

Для досягнення зазначеної мети в дисертації поставлені та вирішені завдання щодо обґрунтування методології врахування науково-технічних, економічних та організаційних факторів для стандартизації планування та оцінки результатів робіт зі створення, вдосконалення та використання національної еталонної бази, а саме:

- теоретичне обґрунтування методів, алгоритмів та методик для стандартизації оцінки економічної доцільності та визначення оптимальної послідовності створення державних первинних еталонів (у тому числі з урахуванням впливу інфляційних факторів);

- удосконалення методів обґрунтування повірочних схем, що регламентуються державними стандартами;

- обґрунтування шляхів застосування існуючих методів багатокритеріальної оптимізації для стандартизації оцінки ефективності функціонування наукових метрологічних центрів, використання національної еталонної бази;

- виконання чисельних досліджень створених теоретичних моделей з використанням даних державних програм щодо розвитку еталонної бази, звітних даних підприємств системи Держспоживстандарту, наявних публікацій.

Під час виконання поставлених завдань в дисертаційній роботі розроблено теоретичні основи, методи та математичні алгоритми для вдосконалення нормативної документації зі стандартизації планування та оцінки результатів робіт із створення та застосування державних еталонів з урахуванням найбільш суттєвих факторів впливу - науково-технічних, економічних, організаційних, а саме:

1. Розроблено та досліджено методи, розрахункові алгоритми та методики для стандартизації оцінок економічної доцільності, часу окупності, оптимальної послідовності створення державних первинних еталонів (у тому числі з урахуванням інфляційних факторів).

2. Вдосконалено математичну модель оптимальної структури повірочних схем (що регламентуються державними стандартами) з урахуванням впливу просторового розміщення окремих елементів цих схем, які створюються додатково.

3. Обґрунтовано критерії та вдосконалено математичні моделі багатокритеріальної оптимізації для розв'язання задач стандартизації оцінки ефективності функціонування державних первинних еталонів та аналізу результатів діяльності наукових центрів Держспоживстандарту, які виконують роботи щодо розвитку національної еталонної бази (на основі методу аналізу ієрархій (МАІ)).

4. На основі аналітичних та чисельних досліджень з використанням розроблених теоретичних моделей, даних державних програм щодо розвитку еталонної бази, звітних даних підприємств системи Держспоживстандарту, літературних даних показано, що:

- за час експлуатації ДПЕ, розроблених в результаті виконання державних програм розвитку еталонної бази, створюється позитивний додатковий (такий, що не тільки компенсує, але й перевищує планові витрати) економічний ефект. Зокрема, для Актуалізованої програми створення еталонної бази України до 2006 року такий ефект тільки для ДМС оцінюється як 25,25 % від планових витрат, для Державної програми розвитку еталонної бази на 2006 - 2010 роки - 5,6 %;

- при врахуванні інфляційних факторів змінюється оптимальний порядок виконання завдань програм щодо створення еталонної бази, а неврахування інфляційних факторів завищує оцінку терміну окупності витрат на створення державних первинних еталонів.

Практичне значення одержаних результатів та основні напрямки їх використання визначаються тим, що вони представляють собою наукові, методичні та прикладні основи для стандартизації в галузі планування та оцінки результатів робіт метрологічної спрямованості. Розроблені з використанням запропонованих теоретичних моделей розрахункові алгоритми та методики можуть використовуватись при розробці нормативних документів, обґрунтуванні державних програм у сфері метрології, прийнятті управлінських рішень щодо розробки ДПЕ, вдосконаленні повірочних схем та оснащенні територіальних органів Держспоживстандарту РЕ (повірочним обладнанням), при аналізі ефективності функціонування національної еталонної бази, оцінці ефективності діяльності наукових центрів Держспоживстандарту. На сьогодні основні результати роботи вже використовуються за вищевказаними напрямками науковими центрами Держспоживстандарту України.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Красоха Л.М. Щодо математичного обґрунтування методики порівняльного аналізу економічної ефективності витрат на створення державних первинних еталонів для окремих видів вимірювань / Л.М. Красоха, В.П. Оголюк, О.В. Прокопов, Г.С. Сидоренко // Український метрологічний журнал. - 2001. - № 2. - С. 5-7.

2. Занімонська А.Є. Математичні та комп'ютерні моделі для оптимізації систем метрологічного забезпечення вимірювань // Матеріали ІІІ МНТК [“Метрологія та вимірювальна техніка” (Метрологія - 2002)] : [у 2 т.]. / А.Є. Занімонська, Л.М. Красоха, В.П. Оголюк, О.В. Прокопов, Є.В. Ремаєв, Г.С. Сидоренко. - Харків : ХДНДІМ Держстандарту України, 2002. - Т.1. - С.58-60.

3. Домницький Р.А. Перспективи розвитку системних досліджень в метрології // Наук. праці ІV МНТК [“Метрологія та вимірювальна техніка” (Метрологія - 2004)] : [у 2 т.] / Р.А. Домницький, Л.М. Красоха, В.П. Оголюк та ін. - Харків : ННЦ “Інститут метрології” Держспоживстандарту України, 2004. - Т.1. - С. 39-41.

4. Андебура В.А. Методика оцінки ефективності наукової діяльності (науково-виробничих) центрів Держспоживстандарту України // Наук. праці V МНТК [“Метрологія та вимірювальна техніка” (Метрологія - 2006)] : [у 2 т.]. / В.А. Андебура, О.М. Величко, Л.М. Віткін та ін. - Харків : ННЦ “Інститут метрології” Держспоживстандарту України, 2006. - Т. 1. - С. 69-72.

5. Красоха Л.М. Обґрунтування повірочних схем на основі оптимізації структури метрологічних мереж / Л.М. Красоха, А.Є. Олійник, О.В. Прокопов // Український метрологічний журнал. - 2007. - № 2. - С.8-10.

6. Красоха Л.Н. О применении метода анализа иерархий при решении задач сравнительного анализа, оптимального выбора и принятия решений в области метрологии / Л.Н. Красоха, Б.Ф. Марков, В.П. Оголюк , А.Е. Олейник, А.В. Прокопов, Е.В. Ремаев, Г.С. Сидоренко, А.И. Шевченко // Український метрологічний журнал. - 2007. - № 3. - С. 3-7 .

7. Красоха Л.М. Щодо обгрунтування економічної доцільності створення державних еталонів / Л.М. Красоха, О.В. Прокопов // Український метрологічний журнал. - 2007. - № 4. - С. 7-10.

8. Прокопов О.В. Оцінка ефективності використання державних еталонів методом аналізу ієрархій / О.В. Прокопов, Л.М. Красоха // Вісник інженерної академії України. - 2008. - № 1. - С. 198-201.

9. Красоха Л.М. Кількісні методи в задачах планування і оцінки результатів робіт щодо розвитку та удосконалення державної метрологічної системи // Наук. праці наук.-практ. конф. молодих учених та аспірантів [“Інтегровані інформаційні технології та системи” (ІІТС-2007)] / Л.М. Красоха. - Київ : НАУ, 2007. - С. 75-76.

10. Красоха Л.М. Оцінка економічної доцільності створення державних первинних еталонів з урахуванням інфляційних факторів / Л.М. Красоха, О.В. Прокопов // Український метрологічний журнал. - 2008. - № 1. - С. 8-11.

11. Красоха Л.Н. Методы учета инфляции при обосновании экономической целесообразности создания государственных эталонов // Наук. праці першої МНТК [“Інтегровані інтелектуальні робототехнічні комплекси” (ІІРТК-2008)] / Л.Н. Красоха, А.В. Прокопов. - Київ : НАУ, 2008. - С. 177-178.

12. Красоха Л.Н. Учет инфляции при обосновании экономической целесообразности создания государственных эталонов // Наук. праці VІ МНТК [“Метрологія та вимірювальна техніка” (Метрологія - 2008)] : [у 2 т.]. / Л.Н. Красоха, А.В. Прокопов. - Харків : ННЦ “Інститут метрології” Держспоживстандарту України, 2008. - Т. 1. - С. 102-104.

13. Прокопов А.В. Количественные методы оценки экономической целесообразности инвестиций в метрологическую деятельность // Наук. праці VІ МНТК [“Метрологія та вимірювальна техніка” (Метрологія - 2008)] : [у 2 т.] / А.В. Прокопов, Л.Н. Красоха, Ю.А. Егоров. - Харків : ННЦ “Інститут метрології” Держспоживстандарту України, 2008. - Т. 1. - С. 30-33.

14. Прокопов А.В. Метод оценки экономической целесообразности инвестиций в метрологическую деятельность / А.В.Прокопов, Л.Н. Красоха, Ю.А. Егоров // Вісник інженерної академії України. - 2008. - № 3-4. - С. 264-267.

Размещено на Allbest.ru