Правила разработки критериев

Общие правила разработки критериев также не уста­новлены. В качестве ориентира, указывающего на не­обходимость учесть основные аспекты решаемой задачи, обычно используется формула о максимуме функции и эстетики при минимуме затрат труда и материалов. Эта формула носит обобщенный характер и может быть использована при разработке критериев оценки любых объектов строительства. Конкретное же содержание критериев в значительной степени зависит от объекта и условий проектирования.

Существуют некоторые практические приемы разра­ботки перечня критериев и проверки их полноты, кото­рые заключаются в следующем:

- выделить все свойства, которые изменяются в зави­симости от изменения параметров объекта и по кото­рым могут быть сформулированы критерии;

- исключить свойства, которые оказывают незначитель­ное влияние на выбор проектного решения;

- исключить свойства, которые могут быть учтены при разработке проектного решения в качестве ограничений;

- объединить близкие по содержанию свойства в одном критерии;

- попытаться дать всем целям хорошие определения. Цели, которые не поддаются определению, исключить, так как они, вероятно, не важны;

- проверить цели на осуществимость и совместимость с целями более высоких уровней.

Полезность данных приемов очевидна, однако такой путь все же не обеспечивает твердой уверенности в полноте комплекса критериев. Признание этой полноты так­же представляется своего рода решением.

Можно использовать более строгое правило, позво­ляющее провести достаточно объективную проверку полноты комплекса принятых критериев: набор из n кри­териев можно считать полным, если значения n-мерного вектора оценок по этим критериям дают проектировщи­кам ясное представление о степени достижения цели проектирования. При этом использование дополнитель­ных критериев не изменяет результатов сравнения ва­риантов, а исключение хотя бы одного из выбранных критериев, наоборот, приводит к изменению резуль­татов.

Из этого правила следует, что требование полноты критериев должно сочетаться с требованием минималь­ности их числа. Кроме названных, к числу основных требований к критериям относятся: не избыточность (одно и то же свойство не должно учитываться различ­ными критериями), однозначность (ясный смысл и чет­кое отличие от других), адекватность (взаимное соответствие критерия и его шкалы), измеряемость (возмож­ность оценки интенсивности свойства, описываемого в критерии).

Лекция № 8. СИСТЕМА КРИТЕРИЕВ: ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКА, КЛАССИФИКАЦИЯ КРИТЕРИЕВ

План лекции:

1. Понятие и назначение критериев

2. Правила разработки критериев

При решении конкретных задач проектирования мо­жет быть сформулирован один или несколько критериев.

Наличие одного критерия, который может быть опи­сан формально, позволяет применить существующие ма­тематические методы для поиска оптимального решения. Поэтому в тех задачах, где удается выделить и математически описать доминирующую цель, формулировка единственного, главного по содержанию критерия по­зволяет получать хорошие результаты.

Однако эффективный метод получения оптимальных решений, который особенно часто использовался в пер­вых работах по применению ЭВМ в архитектурно-строи­тельном проектировании, не всегда приемлем. Опыт разработки и внедрения методик автоматизированного про­ектирования показывает, что решение сложных задач архитектурно-строительного проектирования по единст­венному критерию, даже очень важному, часто приво­дит к практически неприемлемым решениям. Это объясняется тем, что единственный критерий не может от­разить весь комплекс технических, экономических, со­циальных и эстетических требований, которые синтезируются на начальном этапе разработки проектных ре­шений объектов строительства. Поэтому для сложных задач с многочисленными и разнородными требованиями формулируется такое число критериев, какое в состоя­нии отразить все основные закономерности формирова­ния и функционирования объекта проектирования. За­дачи, решение которых ищется на допустимом множе­стве по двум и более критериям, называются многокритериальными.

В многокритериальных задачах должны быть реше­ны следующие вопросы:

- выбор критериев;

- обоснование полноты принятых критериев;

- определение методов опи­сания критериев;

- определение метода агрегирования по­казателей критериев с разными размерностями;

- опреде­ление метода установления весомостей (приоритета) критериев;

- определение метода получения множества вариантов.

При разработке номенклатуры и содержания крите­риев следует руководствоваться одним из основных прин­ципов системного подхода - стремлением к полноте. Теоретически доказать полноту невозможно, но практи­чески достаточно полный набор критериев можно полу­чить в результате детального исследования совокупно­сти свойств рассматриваемого объекта (процесса), кото­рая составляет его качество.

Свойство - это черта, ха­рактеризующая исключительно данный предмет и по­зволяющая более точно определить предмет при задан­ной (требуемой) степени детализации. Для выявления свойств объектов (процессов) архитектурно-строительно­го проектирования используются: нормативные и регла­ментирующие материалы (СНиП, указания, рекоменда­ции); опыт проектирования и эксплуатации зданий и сооружений и их комплексов; результаты научно-иссле­довательских работ по рассматриваемой проблеме; мне­ние авторитетных специалистов; результаты анкетных опросов.

Непременное условие выявления перечня свойств - их классификация. Классификация - распределение данно­го множества предметов на классы по определенному признаку, выбранному для определения сходства или различия между этими предметами. Для сложного объекта (процесса) в качестве принципа классификации совокупности его свойств используется иерархическая многоуровневая структура в виде дерева свойств.

Дере­во свойств - это графическое изображение иерархиче­ской структуры, состоящей из простых и сложных свойств. Простое свойство - это такое свойство, которое не может быть подразделено на другие свойства. Слож­ное свойство - это такое свойство, которое может быть подразделено на два или более других менее сложных свойств.

При разработке дерева свойств необходимо придер­живаться основных принципов его построения:

- потребительская направленность, т. е. включение в дерево свойств только таких свойств, которые харак­теризуют степень удовлетворения требований к выпол­няемой объектом функции;

- деление сложных свойств на простые по равному основанию;

- корректируемость, т. е. построение дерева свойств по принципу открытой системы;

- универсальность, т. е. возможность использования для всех объектов данного класса;

- определенность, т. е. однозначная и точная характе­ристика, не допускающая других толкований;

- практичность, т. е. использование приемов, позво­ляющих таким образом организовать структуру дерева свойств, чтобы оно было максимально удобно для ис­пользования.

Сохранение указанных принципов классификации - главное условие для получения такого дерева, в кото­ром свойства максимально упорядочены.

При разработке дерева могут быть учтены самые разнообразные свойства объекта (процесса). Эти свой­ства могут быть подразделены на следующие основные классы:

1. Класс свойств, отражающих совокупность результа­тов, полученных обществом от реализации объекта (про­цесса), которому можно присвоить условное название «качество»;

2. Класс свойств, отражающих совокупность затрат на реализацию объекта (процесса), которому можно при­своить условное название «затраты».

Относительно к объекту строительного проектирова­ния «качество» означает приспособленность объекта к осуществлению жизненных циклов. Можно выделить четыре таких цикла: возведение, эксплуатация, разви­тие, ликвидация. Свойства, входящие в совокупность свойств данного класса, могут быть охарактеризованы как функциональные в широком смысле этого слова. Класс функциональных свойств включает в себя ряд групп свойств:

- удобство функционирования (организация основной функции здания, например технологического процесса);

- удобство архитектурной организации пространства (приспособленность структуры объекта к выполнению основной функции);

- эргономичность (соответствие характеристик объекта потребностям человека, например создание определен­ных параметров микроклимата — температуры, влажно­сти, освещенности, акустического режима и т. п. К этой же группе свойств относятся свойства, характеризующие безопасность и комфортность в процессе трудовой дея­тельности, бытовое и техническое обслуживание трудя­щихся);

- эстетичность (архитектурно-художественные свойства объекта, его композиционная связь с окружающей средой);

- экологичность (взаимодействие объекта и окружаю­щей среды с позиций охраны природы и проведения с этой целью защитных мероприятий);

- технологичность (включает в себя понятие строитель­ной и эксплуатационной технологичности. Строительная технологичность определяется группой свойств, харак­теризующих трудоемкость и производительность строи­тельно-монтажных работ. Эксплуатационная технологич­ность определяется группой свойств, характеризующих трудоемкость и производительность при эксплуатации объекта);

- динамичность (приспособленность объекта к модер­низации, реконструкции, расширению, строительству очередями);

- надежность (организационно-техническая надежность возведения объекта и его эксплуатационная надеж­ность).

Класс свойств «затраты» содержит показатели рас­хода ресурсов - денежных, материальных, трудовых, энергетических и т. п., а также получаемый экономиче­ский эффект.

Каждая из перечисленных групп свойств включает множество простых и сложных свойств, число и содер­жание которых определяются особенностями исследуе­мого объекта. В соответствии с целями исследования группы свойств могут объединяться, делиться, перекомпоновываться.

На рис. 8.1 приведен фрагмент дерева свойств объемно-планировочного решения промышленного зда­ния (в табличной форме), блок «обслуживания работаю­щих» (уровень 6)[7]. Этот блок включается в группу свойств «удобство функционирования» (уровень 5) при «эксплуатации» (уровень 4), которая характеризует «функциональность» (уровень 3), служащую одной из составляющих «качества» (уровень 2) при оценке эф­фективности проектного решения (уровень 1).

Переход от дерева свойств к дереву целей (системе критериев) осуществляется на основе анализа дерева свойств. Задача такого анализа — выделение среди боль­шого числа свойств таких, которые оказывают наиболее существенное влияние на выбор проектного решения.

Рис. 8.1 Фрагмент дерева свойств объемно-планировочных решений промышленных зданий

Отличия системы критериев от системы свойств по структуре в основном связаны с организацией процедур оценки, сравнения и выбора вариантов, которые должны в наибольшей степени приближаться к существующей практике и позволять специалистам без затруднений устанавливать свои предпочтения.

Разработка системы критериев - процесс субъектив­ный, но и структура, и номенклатура критериев зависят не только от суждений проектировщиков и исследовате­лей. Практически система критериев полностью уточ­няется только при ее совместном рассмотрении с тем множеством вариантов, которое должно быть оценено с ее помощью.

Это означает необходимость апробации системы, как на теоретическом, так и на практическом уровне.

Апробация на теоретическом уровне позволяет уста­новить наиболее полную систему критериев, которая может быть использована в качестве исходной при оцен­ке любого объекта. В границах этой системы возможно использование различной номенклатуры критериев в за­висимости от конкретных условий проектирования, осо­бенностей объекта оценки, квалификации специали­стов. Последнее означает, что при наличии высокой ква­лификации специалист может давать надежные оценки не по простым, а по комплексным критериям. При этом число критериев, по которым осуществляется оценка и сравнение, сокращается, а процедура выбора лучшего варианта упрощается.

Система критериев характеризуется следующими свойствами: комплексность, аксиологическая направлен­ность, иерархичность, измеряемость, неизбыточность, ди­намичность, корректируемость (рис. 8.2).

Комплексность обеспечивается представлением эф­фективности проектного решения в целом как единства характеризующих его многообразных свойств.

Аксиологическая направленность означает, что пред­лагаемая система критериев призвана оценить пригодность и

приспособленность объекта для определенного назначения,

конкретных условий его возведения и существования. В этом контексте возникают понятия гра­ниц критериев и накладываемых ограничений. Зная диапазоны показателей критериев и значения, установленных ограничений, можно определить «пространство ка­чества» проектного решения для каждого рассматривае­мого случая.

Иерархическая система критериев предполагает на­личие критериев, различных по степени совокупности свойств, - критериев разных уровней иерархии (рис. 8.3; 8.4). По степени обобщения свойств критерии объеди­няются в следующие классы:

- простые, принадлежащие самому высокому, государственному уровню иерархии в используемой иерархической системе и позволяющие непосредственно установить степень достижения отраженных в них свойств. К этому классу относятся такие критерии, как длина транспортных свя­зей, людских потоков, перегородок;

- комплексные, принадлежащие уровням иерархии, от 2-го до n-1, и объединенные по правилам свертыва­ния разнородных элементов. В частном случае, в комп­лексных критериях объединяются однородные показате­ли, например, показатель эксплуатационных или едино­временных затрат. Показатель приведенных затрат представляет пример объединения разнородных показа­телей критериев;

Рис. 8.2 Характеристика системы критериев.

- интегральные, принадлежащие самому обобщенному уровню иерархии и отражающие технические или со­циально-технические критерии (полезный эффект) и эко­номические критерии (затраты на получение полезного эффекта). Свертывание показателей этих критериев про­изводится на основе их удельного взвешивания. Инте­гральные критерии - частный случай критериев эффек­тивности (рис. 8.5).

Рис. 8.3 Система критериев оценки объемно-планировочных решений промышленных зданий

Рис. 8.4 Система критериев затрат

Рис. 8.5 Классификация критериев

Измеряемость критериев, представленных в системе, означает, что существует принципиальная и практиче­ская возможность оценки интенсивности свойств, описы­ваемых в критериях.

Иерархические системы с числом уровней более двух относятся к многоуровневым.

Динамичность системы критериев имеет место в том случае, если качественные и стоимостные характеристи­ки объекта определяются как на момент выпуска проекта (удобство функционирования, затраты труда и материалов, капитальные затраты), так и на период его су­ществования (гибкость, эксплуатационные затраты).

Номенклатура критериев, содержание их моделей и значимость могут изменяться, т. е. система критериев может корректироваться для различных типов промыш­ленных зданий и условий строительства.

Изменение номенклатуры критериев может происхо­дить за счет исключения некоторых критериев (комп­лексных i и простых j, где i =l,..., n; j =1,..., m) и введения новых критериев. При исключении крите­риев i или j состав комплексных критериев будет изме­няться. В простых критериях могут изменяться только их содержание и, следовательно, модели. По возможно­сти изменения состава i критериев и моделей i и j кри­териев можно выделить четыре группы:

1) состав инвариантен, модели инвариантны;

2) состав инвариантен, модели изменяются;

3) состав изменяется, модели инвариантны;

4) состав изменяется, модели изменяются.

Критерии первой группы - универсальные - могут быть использованы при оценке любых объектов опреде­ленного класса, например производственных зданий раз­личных отраслей промышленности. В системе крите­риев, разработанной для оценки проектов предприятий пищевой промышленности, к универсальным критериям относятся: «связь», «архитектурно-композиционное реше­ние», «приведенные затраты», в том числе затраты тру­да и материалов. Критерии второй и третьей групп относятся к специ­фическим. Область их применения ограничена некоторой совокупностью объектов, обладающих определенной спецификой. Например, специфический критерий «пере­секаемость» людских потоков может быть использован при оценке проектных решений предприятий любых от­раслей промышленности с большим числом работающих.

Критерии четвертой группы - характерные - исполь­зуются только для оценки свойств, которые важны для достаточно узкого класса объектов. Например, харак­терный критерий «поверхность потолка» используется только при оценке проектных решений зданий предприя­тий с повышенными требованиями к санитарно-гигиеническому режиму, обеспечению которого способствует, в частности, отсутствие выступающих элементов на по­верхности потолка.

По способу использования критерии подразделяются на оценочные и генерирующие. В последнем случае свой­ство, отраженное в критерии, становится правилом для автоматизированного формирования проектного реше­ния. Например, планировочное решение промышленного здания формируется на ЭВМ по критерию минимально­го значения длины всех связей между его цехами и по­мещениями. Генерирующие критерии исполь­зуются в автоматизированном проектировании. Оценоч­ные критерии могут использоваться как в автоматизиро­ванном, так и в неавтоматизированном проектировании.

Моделирование содержания критериев может быть осуществлено двумя способами: в виде математических зависимостей от параметров объекта и путем описания на естественном языке в профессиональных терминах проектирования.

В случае если критерий описан в виде целевой функ­ции, т. е. функции, наименьшее (наибольшее) значение которой ищется на допустимом множестве решений в задачах математического программирования, такой критерий называется критерием оптимальности. Следует отметить, что системы автоматизированного проектирования объектов строительства, ориентирован­ные на разработку проектных решений на начальной стадии, не обеспечивают достижение оптимального ва­рианта. Термин «оптимальный» - синоним слова «наилучший» - был впервые введен Г. Лейбницем в XVIII в. в значении некоторой количественной меры качества. Соответственно этому значению процесс оптимизации можно рассматривать как максимизацию характеристи­ки желательного или минимизацию нежелательного свой­ства. Иными словами, оптимизация означает выбор из множества вариантов наиболее предпочтительного в со­ответствии с поставленными целями. Следовательно, оп­тимизация возможна тогда, и только тогда, когда суще­ствуют различные способы достижения целей, а сами це­ли четко сформулированы в виде критериев, позволяю­щих эти способы сопоставить. При этом предполагается, что критерии для оценки затрат и степени достижения намеченных результатов могут быть описаны матема­тически.Использование термина «оптимальный» неправомер­но в тех случаях, когда:

- число рассматриваемых вариантов заведомо и не­обоснованно ограничено;

- целевая функция включает только часть критериев, которые определяют оптимальность решения;

- упущены из виду существенные ограничения.

Мера достижения цели по принятому критерию уста­навливается с помощью показателя, выраженного каче­ственно или количественно.

Показатели по критериям не могут быть измерены с помощью технических средств, поэтому проблема их измерения связана с применением так называемых квалиметрических шкал, которые служат для измерения свойств объекта. Существует множество типов шкал - номинальные, порядковые, интервальные, степенные, экспоненциальные, логарифмические и т. п. Классификацию шкал чаще всего производят по допустимости преобра­зований результатов, зафиксированных в них, и метри­ческим свойствам.

Для измерения важны три свойства чисел: тождество, ранговый порядок, активность. Эти свойства выраже­ны следующими аксиомами:

Тождество 1) либо А = В, либо А В;

2) если А = В, то В = А;

3) если А = В и В = С, то А = С;

Ранговый порядок

4) если А > В, то В < А;

5) если А > В и В > С, то А > С;

6) если А = Р и В > 0, то А + В > Р;

Активность

7) А +В = В + А;

8) если А = Р и B = D, то A + B = P + D;

9) (А+В) + С = А + (В+С).

На основании этих аксиом выделяются четыре шкалы измерений:

- шкала наименований основана на аксиомах тождеств. Шкала качественная, могут использоваться словесные описания или цифры как названия или классификация. Шкала допускает некоторые статистические операции;

- шкала порядка основана на аксиомах тождества и рангового порядка. Элементы шкалы должны быть сравнимы и транзитивны по некоторому общему при­знаку;

- шкала интервалов - шкала порядка, установленная на множестве действительных чисел. Поскольку интервалы между точками также могут быть упорядочены, эти шкалы называют дважды упорядоченными;

- шкала отношений основана на всех перечисленных аксиомах, обладает свойствами всех предыдущих шкал плюс активность.

В зависимости от того, в каких единицах выражают­ся показатели критериев (натуральные, стоимостные, баллы и т. д.) и принятых методов решения, устанавли­вается соответствующая конечная шкала оценок.

Критерии, показатели которых измеряются по одной шкале, называются однородными. В многокритериальных задачах наиболее характерна ситуация, когда критерии имеют разные шкалы. В таком случае речь идет о неоднородных критериях, что влечет за собой усложнение агрегации локальных оценок. Агрегация оценок связана установлением относительной весомости (приоритета) критериев.

Контрольные вопросы:

1. Какие две группы критериев, связанных с автоматизацией архитектурно-строительного проектирования?

2. Каковы практические приемы разработки перечня критериев и проверки их полноты?

3. Разработка дерева свойств для решения многокритериальных задач.

4. Характеристика системы критериев.

5. Классификация критериев.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Советов Б. Я. Информационные технологии: Учебник для вузов/ Б. Я. Советов, В. В. Цехановский. - 4-е изд., стереотип. - М.: Высш. школа, 2008. - 263с.

2. Новые информационные технологии: Учеб.пособие для вузов/ Под ред. В.П. Дьяконова. - М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 640 с.

3. Гришин В.Н. Информационные технологии в профессиональной деятельности: Учеб. пособие/ В.Н. Гришин, Е.Е. Панфилова.- М.: Форум-Инфра-М, 2005.- 416с.

4. Нагинская В.С. Автоматизация архитектурно-строительного проектирования: Учеб. пособие для вузов / Моск. инж. строит. ин-т им. Куйбышева. – 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Стройиздат, 1986. – 225 с.

5. Системы автоматизированного проектирования: Типовые элементы, методы и процессы / Д.А. Аветисян, И.А. Башмаков, В. И. Геминтерн, Д. В. Кривомазов, В. Д. Розенкноп. – М.: Издательство стандартов, 1985. – 180 с.

[1] Проектная процедура — формализованная совокупность дей­ствий, выполнение которых оканчивается проектным решением (на­пример, моделирование, прогнозирование, оптимизация). ГОСТ 22487—77. Проектирование автоматизированное. Термины и опре­деления.

Проектная операция — действие или совокупность действий, со­ставляющих часть проектной процедуры, алгоритм которых остается неизменным для ряда проектных процедур (например, вычисление, черчение, составление таблиц с данными).— Там же.

[2] Под средой (окружением) системы понимается множество всех предметов вне системы, изменение признаков которых влияет на систему, признаки которых изменяются вследствие поведения системы.

[3] Обозначение уровней иерархии «верхними» или «нижними* условно. В описании всех иерархических структур, встречающихся в тексте, более общие уровни иерархии названы нижними, а более частные — верхними.

[4] Алгоритм — система правил (предписаний) для эффективного решения задач. При этом подразумевается, что исходные данные задач могут изменяться в определенных пределах; процесс приме­нения правил к исходным данным (путь решения задачи) определен однозначно; на каждом шаге процесса (применения правила) из­вестно, что считать его результатом.

[5] ГОСТ 23501.1—79. Системы автоматизированного проектиро­вания. Стадии создания.

[6] Моисеев Н. Н. Математик задает вопросы. – М.: Знание, 1975, с. 17

[7] Под деревом свойств в табличной форме понимается дерево свойств, изображенное в виде классификационной таблицы, а под уровнем дерева свойств — минимальный по протяженности участок, заключенный между вертикальными плоскостями, отделяющими свойства. С увеличением номера уровня свойства становятся более конкретными, с уменьшением — более обобщенными.