基于價值工程的多光纖接口工具的法蘭方案最優(yōu)化選擇

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司 廖坤玉 胡旭東 潘曉明 夏 東

隨著電氣工程技術(shù)的發(fā)展革新，智能變電站飛速發(fā)展。智能變電站大量使用光纖替代電纜，簡化了變電站的二次設備硬件系統(tǒng)，使得設備的安裝調(diào)試大為簡單，有力促進了變電站各類信息的集中共享。但光纖在智能變電站的廣泛應用，使得光纖相關(guān)的各類檢修運維工作在二次檢修工作中所占比重日益增加，帶來二次設備、試驗儀器的光纖接口以及光纖跳線接口種類繁多的問題。假若現(xiàn)場工作準備不充分，將造成光纖接口不匹配、光纖易損壞等一系列問題與隱患。各類光纖接頭共有4類，分別為ST、FC、SC和LC，與之對應有4種接口。工作中為避免接口不匹配，會將各類光纖都帶至現(xiàn)場以免延誤現(xiàn)場工作的開展，但這直接影響到二次生產(chǎn)的工作效率，對二次設備的可靠運行提出挑戰(zhàn)。

本文提出開發(fā)一種適用于多種接口的光纖接口工具，該工具通過集成式光纖法蘭將各種接頭轉(zhuǎn)換的光纖組合起來，將4種ST、FC、SC和LC接頭轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的1種接口，如圖2所示。使用適配該種接口的光纖跳線與同樣的組合轉(zhuǎn)換工具連接，即可實現(xiàn)兩端4種接口間的任意轉(zhuǎn)換，從而滿足現(xiàn)場不同接口的設備試驗需求。作為光纖接口工具實現(xiàn)功能的關(guān)鍵部分，光纖法蘭的性能至關(guān)重要，其成本與性能呈正相關(guān)關(guān)系，但同時過高的成本會影響孵化產(chǎn)品的推廣，因此光纖法蘭的性能與成本的綜合最優(yōu)化選擇是必須解決的科學問題。

圖1 各類光纖接頭

圖2 適用于多種接口的光纖接口工具

1 價值工程分析方法

價值工程(Value Engineering,VE)也可稱為價值分析(Value Analysis,VA)，是一種技術(shù)與經(jīng)濟緊密結(jié)合并且注重經(jīng)濟效益的現(xiàn)代管理技術(shù)，它以提高研究對象(包括產(chǎn)品、作業(yè)、工程、服務等)的價值為目的，以研究對象的功能系統(tǒng)分析為核心，以最低壽命周期成本來實現(xiàn)研究對象所要求的必要功能的一項有組織的創(chuàng)造性活動。從上世紀四十年代邁爾斯提出“價值工程”的概念以來，其在西方國家的工程建設領(lǐng)域中得以廣泛應用，并在工程建設不同環(huán)節(jié)取得了顯著的成本控制效果。隨著價值工程理論傳入中國，其在國內(nèi)工程建設中的應用也不斷加深，并涌現(xiàn)出一大批相關(guān)的研究成果。

價值工程理論主要是對研究對象的功能進行分析，其主要包括功能定義、功能整理，并在最終對研究對象進行功能評價。功能定義指用簡潔的語言說明價值工程研究對象整體和組成部分的功能；功能整理指通過一定的標準將定義后的功能進行分類梳理，通過分析和方案創(chuàng)新，去除不必要的功能、增加必要的功能，使研究對象的功能更加合理。功能評價指確定研究對象某個或綜合多個功能的價值大小，通過評價找出影響成本和功能匹配的結(jié)合點，為方案創(chuàng)新提供思路，功能評價以價值公式進行衡量[1]：價值=功能/成本，即：Vi=Fi/Ci，其中：Vi為方案i的價值指數(shù)；Fi為方案i的功能系數(shù)；Ci為方案i的成本系數(shù)。

成本系數(shù)反映方案的成本指標，有表達式為：Ci=bi/∑mi=1bi，其中：bi為方案i的壽命周期成本，i=1,2,……,m，m為方案個數(shù)。功能系數(shù)反映方案的技術(shù)指標，由對方案的各項功能進行打分，并根據(jù)各項功能對方案的影響程度計算出不同功能的得分情況，某一方案功能綜合得分與所有方案累計功能綜合得分之比即為該方案功能系數(shù)，表達式為：Fi=fi/∑mi=1fi，其中fi為方案i的功能綜合得分。

采用合適的方法計算得到方案i的價值指數(shù)：當Vi=1時，說明實現(xiàn)該方案的現(xiàn)實成本與實現(xiàn)該方案的期望成本基本一致；當Vi＜1時，應把研究對象作為重點改進的對象，說明該研究對象的現(xiàn)實成本遠遠高于期望成本；當Vi＞1時，此種情況應當把研究對象作為改進對象，說明實現(xiàn)該方案的期望成本大于該方案的現(xiàn)實成本[2]。由此即可對不同的方案進行比較，得到最優(yōu)化的方案選擇，同時亦可以此為基礎(chǔ)進行方案的改進與創(chuàng)新。

作為一種全要素分析的評價方法，價值工程方法適用于面向工程的功能和成本的綜合優(yōu)化問題，涵蓋維度較為全面。為對不同光纖法蘭進行評價和最優(yōu)化選擇，本文將引入價值工程方法對方案進行進一步的分析與探討。

2 不同光纖法蘭的評價和最優(yōu)化選擇

2.1 不同的光纖法蘭方案

本文研究的光纖接口工具的轉(zhuǎn)換法蘭采用組合式設計，打開封裝，接口工具單端內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3，4個光纖法蘭為固定接口X-X形式，X可為FC/SC/ST/LC中的任意一種，選定接口形式后，一端通過X-FC、X-SC、X-ST、X-LC四根短轉(zhuǎn)換光纖分別接出FC/SC/ST/LC四種光纖接頭，另一端通過一根與接口形式相同的光纖實現(xiàn)級聯(lián)，如圖3所示，級聯(lián)光纖可方便地實現(xiàn)拆卸、更換。由結(jié)構(gòu)可知，該光纖接口工具的光纖法蘭存在采用何種接口作為固定接口并匹配級聯(lián)光纖的變量。因此，對該光纖法蘭進行評價與最優(yōu)化選擇將以單端光纖法蘭的固定接口的選擇為研究對象。

圖3 接口工具單端內(nèi)部結(jié)構(gòu)

通過對市場上能夠采購到的常規(guī)光纖法蘭和光纖跳線進行統(tǒng)計，將方案整理如下：FC-FC法蘭。選用FC-FC、FC-SC、FC-LC、FC-ST轉(zhuǎn)換光纖；SC-SC法 蘭。選 用SC-FC、SC-SC、SC-LC、SC-ST法蘭；LC-LC法蘭。選用LC-FC、LCSC、LC-LC、LC-ST轉(zhuǎn)換光纖；ST-ST法蘭。選用ST-FC、ST-SC、ST-LC、ST-ST轉(zhuǎn)換光纖。通過對上述四個方案結(jié)合價值工程法進行分析，得出上述方案有插入衰耗、回波損耗、耐久性、機械特性等功能指標，以及與之對應的方案成本，見表1。

表1 方案分析表

其中方案1、4相似性較高，合并為方案1。由價值工程方法，對插入衰耗、回波損耗、耐久性、機械特性等功能在方案中的作用大小進行評價匯總。為消除評價的主觀性以提高評價結(jié)果的可靠性，分別采用價值工程方法常用的加權(quán)評分法與“0-1”評分法計算功能系數(shù)。

2.2 加權(quán)評分法

該方法下有功能系數(shù)為：fi=∑nj=1tjxij，其中：tj為各方案第j個功能的權(quán)重，j=1,2,…,n；n為方案中的功能數(shù)量；xij為方案i中第j項的功能評分，其有不同方案的相同功能比對后按比例打分。依據(jù)加權(quán)評分法各參數(shù)的定義，確定各個功能的權(quán)重表：由表1的分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當前各類方案的插入損耗、回波損耗以及耐久性參數(shù)相近，而機械特性與工具的體積、使用場景密切相關(guān)。因此通過專家討論后給予機械特性的更高的功能權(quán)重：插入衰耗0.2、回波損耗0.2、耐久性0.2、機械特性0.4、總分1。

依據(jù)加權(quán)評分方法，得到各方案的各項功能評分xij見表2，其中采用對各個功能中的最優(yōu)情況打分為單位1，情況劣于最優(yōu)情況時給予其低于1的評分，該功能越劣其評分越接近于0，得到各方案的功能評分表。其中由于SC-SC方案體積相較LC-LC方案更大，給予其0.6分的評分，F(xiàn)C-FC/ST-ST由于其體積最大，同時使用時易折損給予其0.2的評分。由公式得到其綜合得分，并依據(jù)公式得到各個方案的功能系數(shù)，見表2。

表2 功能評分表-加權(quán)評分法

2.3 “0-1”專家打分法

該方法即是將不同的方案相互比較后打分，相對優(yōu)勢的方案得1分、否則得分為0；隨后將各方案的得分結(jié)果進行統(tǒng)計。由于該方法極易產(chǎn)生得分為0的方案，為了避免功能系數(shù)為0，將各方案得分加2分的修正得分；修正后的綜合得分除以總得分的結(jié)果即是功能系數(shù)。得到各個方案的功能評分表見表3。根據(jù)表1中各方案的成本數(shù)據(jù)，由公式Ci=bi/得到各個方案的成本系數(shù)Ci見表4。由表2～4結(jié)合公式Vi=Fi/Ci得到不同方案在不同評分方法下的價值指數(shù)表，見表5。

表3 功能評分表-“0-1”專家打分法

表4 成本系數(shù)表

可以看出：加權(quán)評分法和“0-1”專家打分法的價值指數(shù)接近，雖有不同但趨勢一致。方案1即FC-FC/ST-ST方案在兩種評分方法下都小于1，與1的分差分別為0.159和0.307；方案2即SC-SC方案在兩種評分方法下都大于1，與1的分差均為0.189；而方案3即LC-LC方案在兩種評分方法下的價值指數(shù)相較其他方案都更接近1，與1的分差分別為0.005和0.1125，這主要是由于LC-LC法蘭的體積最小、機械特性最好，成本與另外兩種接近，單位成本的價值最高造成的。兩種方法互為補充對照，保證了結(jié)果的可靠性。

結(jié)合價值工程對價值指數(shù)的評定標準：當價值指數(shù)Vi越接近1，表明實現(xiàn)該方案的現(xiàn)實成本與實現(xiàn)該方案的期望越一致。因此，采用方案3即LC-LC光纖法蘭作為制作適用于多種接口的光纖接口工具單端固定接口的最優(yōu)化選擇。

3 結(jié)語

通過采用價值工程分析方法，本文對所開發(fā)的光纖接口工具的光纖法蘭進行了性能與成本的綜合最優(yōu)化選擇。通過分析，將單端光纖法蘭的固定接口的選擇為研究對象，以插入衰耗、回波損耗、耐久性、機械特性、成本為評價指標，開展FC-FC、ST-ST、SC-SC、LC-LC四種光纖法蘭的比選。為消除評價的主觀性以提高評價結(jié)果的可靠性，通過互相印證，分別結(jié)合加權(quán)評分和“0-1”專家打分兩種方法，通過計算各法蘭的功能系數(shù)、成本系數(shù)和價值指數(shù)，最終評定出LC-LC光纖法蘭能實現(xiàn)成本的最大價值化，在滿足目標的條件下可實現(xiàn)單位成本的價值最優(yōu)，為開發(fā)適用于多種接口的光纖接口工具提供了依據(jù)。