摘要:文章针对矿井生产系统能力不匹配而需要进行相应改造的情况,将价值工程理论和方法引入到矿井生产系统改造方案的评价中,界定了专家选择的范围,对矿井改造方案进行了评价,并利用最适合区域图法对重要研究对象进行了选择。实例表明,价值工程方法适合于矿井生产系统改造方案评价,具有一定的实用性。
关键词:矿井生产系统;矿井改造;价值工程;最适合区域图
中图分类号:TD723文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)15-0114-02
矿井生产系统是一个统一、协调的整体,采掘、通风、供电、排水、提升、运输等主要生产环节的生产能力必须相互匹配,才可以充分发挥其效能。在进行矿井生产能力核定后经常可以发现矿井生产系统中存在着生产环节能力不匹配的现象,使得生产环节的功能过小或成本过大。因此必须对矿井生产系统进行优化,可以利用价值工程原理和方法,对煤炭生产领域各生产环节进行价值分析,研究提高这些环节价值的可行性措施,最终实现各个生产环节以及整个生产系统的优化,这样既可以使生产矿井减少浪费、节约能源,又可以提高矿井安全生产可靠程度,实现矿井的安全生产和可持续、稳定发展。因此,将价值工程方法引入煤矿生产系统改造的研究中,为价值工程在煤矿中的应用作了探讨。
一、价值工程及其原理
价值工程(ValueEngineering)简称VE,是1947年由美国通用电器公司工程师拉里麦尔斯(LDMiles)首先提出并研究的。价值工程是通过各相关领域的协作,对所研究对象的功能与费用进行系统分析,不断创新,旨在提高所研究对象价值的思想方法和管理技术。价值工程的目的就是以“对象的最低寿命周期成本,可靠地实现使用者所需功能,以获取最佳的综合效益”。价值原理是要说明价值工程中价值的概念及其取值范围。表达式为:
(1)
式中:V——价值;F——功能;C——成本。
二、改进的价值工程评价方法
(一)选择专家的方法
为了减小价值工程中功能评价的人为因素的干扰,结合相关研究文献,对专家选择进行了相应的界定,从而减小了由于专家水平的差异而造成评价结果的误差。专家选择的标准为:职称,高级及以上;学历,硕士及以上;专业方向,采矿工程;从事专业时间≥20年。
(二)价值工程评价方法
1.方案评价方法。
(1)矿井生产系统优化方案构建。矿井生产系统优化方案创造是结合国家相关的政策、法规等,提出一系列优化方案,经过分析、汇总后将最不合理的方案去除,并将剩余方案分为m类,记为m个优化方案。
(2)方案评价。针对上节中所创造的m个优化方案,利用VE理论中的方案评价方法对所有方案进行技术评价、经济评价、社会评价及综合评价,通过价值计算并评选出价值最高的一个方案为优选方案。其最优方案为:
1)技术评价。对方案进行技术评价可以分为以下几个步骤:首先确定功能评价指标,其次进行指标的量化。指标的量化是将专家的评分进行无量纲化计算,并进行权重的计算,最终得到无量纲总分,即功能总分。对于效益型指标,指标值越大越好,采用的无量纲化方法为:
(2)
对于消费型指标,指标值越小越好,采用的无量纲化方法为:
(3)
式中:Yij——第i方案中第j功能评价指标的无量纲数值;
fjmax——所有方案中第j个评价指标的最大值;
fjmin——所有方案中第j个评价指标的最小值;
fij——第i个方案中第j个评价指标的平均得分。
将各评价指标排列起来,聘请专家并广泛征询各方面的意见,采用“04”评分法对各评价指标的重要性进行综合评分。采用专家调查问卷的方式征询了专家的意见,然后,按下列公式计算各评价指标的权重。第i个功能评价指标的总得分(i≠j)。则第k个评价指标平均总分为:
(4)
式中:αkj——第j个专家的04评分表中第k个评价指标的指标总分;p——评分专家人数,人。
功能评价指标的权重Wk为:
(5)
无量纲功能总分按下式计算:
(6)
2)经济评价。经济评价主要计算各个方案的成本。首先建立经济评价指标,然后根据各个评价指标来计算各方案的成本。主要过程是首先建立评价指标,其次进行成本计算。
3)社会评价。假定社会评价对方案的选择无重要影响。
4)综合评价。最优方案应是技术、经济和社会评价中比较先进、合理和协调的方案,它的选出有赖于进一步的综合评价。价值计算应用价值功能系数公式,根据以上计算的各方案功能分数及费用进行计算。由于在方案的技术评
价中所计算的各方案功能总分为无量纲值,所以在计算价值时也应将成本转换为
无量纲值。采用以下方法:计算中以成本最低的方案作基础方案,令基础方案的价值V0=1,则F0=V0C0,由此可以计算出i方案的价值,那么,(7)
式中:V0,F0,C0—基础方案的价值、功能和成本;
Vi,Fi,Ci—第i方案的价值、功能和成本;
Z0,Zi—基础方案和第i方案的无量纲功能总分;
方案选择需要选择价值最大的方案。可以根据下式计算:
m={i|maxVi,i=1,2,…,m}(8)
由上式可知第m个方案即为最优方案。
(3)重点研究对象选择。选择出最优方案后继续利用价值工程理论中的最适合区域图算法确定所选方案中的重点研究对象。1)功能指数的计算。利用强制确定法(FD法)中的04评分法来对所选方案中的各项评价指标进行评分。在所选择方案中主要针对矿井生产系统进行改造,因此在建立功能评价指标时应该主要研究矿井生产系统各个环节的功能,将各个生产环节进行整理、归类后,建立功能评价指标表,将各个功能指标两两比较,采用04评分法评分,计算功能指数。功能指数FIi是指第i个指标的功能平均得分与所有指标得分总和的比值。成本指数CIi是指各指标的成本与所有指标的总成本的比例。2)价值指数的计算。价值指数的计算可从价值工程的基本公式转化而成,即:
(9)
式中:FIi——评价对象i的功能指数;
CIi——评价对象i的成本指数;
VIi——评价对象i的价值指数。
利用价值指数选择研究对象的方法是最适合区域法。最适合区域法是日本田中教授为克服强制确定法所存在的缺点提出来的,是应用价值系数的最适合区域来确定价值工程对象的最适合区域,是由围绕标准线V=1的两条线包络而形成的阴影区域。凡是价值系数分布在区域以内的,都视为合理的,作为价值工程分析对象;凡是分布在区域以外的,都视为不合理,不作为价值工程分析对象。
两条曲线的方程是:当YiXi时:。
其中S是常数,根据所研究的具体对象,可人为确定。当改进对象较少时,S值可以适当减少;相反,如果改进对象较多时,S值适当放宽。重要的价值工程对象,在人力、时间、条件许可的情况下,可将S取值小一些,以便多选择一些对象,开展价值分析;反之,则可取值大些,以便所选对象少些。一般认为,根据代表各个对象点在图中的分布情况,试选一个S值,绘出曲线,若大多数点(80%以上)分布在区域内,则可认为这个区域是一个最适合区域。否则,重选S值,重新画出曲线,直到满意为止。实际应用时可以借助MATLAB工具来进行计算。
三、实例应用
某矿要对矿井生产系统进行改造,现在拟定了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三中方案,按照上述的价值工程评价方法可以得到三种方案的价值评价表。在计算方案的价值时假定方案Ⅱ的价值为1,按照公式7进行计算。
根据公式8可知方案Ⅱ是价值最高的方案,应该作为优选改造方案进行实施。为了更好的选择在方案实施过程中需要重点研究的生产环节,利用公式9对生产环节的价值系数进行了计算,并利用MATLAB软件绘制了最适合区域图。
利用MATLAB经过多次试选S值,最终选定S值为0.017时有80%的点在最适合区域内,最终得到最适合区域图。即当YiXi时,
。由最适合区域图中位于最适合区域外部点的坐标可以确定指标G1和指标G2为重点研究对象,即:矿井提升系统和井下排水系统两个环节需要进行重点研究。
四、结语
1.价值工程的方法具有科学性、可操作性等突出特点,可以对生产系统进行价值分析与评价,是说明价值工程是一个很好的分析与评价的方法和思想,对加强煤矿生产管理具有很重要的理论意义和经济意义。
2.对专家的选择进行了界定,尽可能减小了专家水平差异所带来的评价误差,提高了价值工程评价的效率和准确度。
3.对定性指标量化的方法有待进一步改善,降低误差,提高量化方法的准确度。
参考文献
张采江.复杂价值工程理论与新方法应用.北京:科学出版社,2006.
栾军,尤建新.价值工程教程.上海:同济大学出版社,1995.
刘斌,岳殿召,等.价值工程在优化采面设计中的应用.中州煤炭,2002(2).