Курс: «Теория инноваций» Многокритериальный анализ Проект «Выбор искусственного источника света»



Скачать 152.64 Kb.
Дата26.07.2014
Размер152.64 Kb.
ТипАнализ


Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Факультет инноватики

Курс: «Теория инноваций»

Многокритериальный анализ

Проект

«Выбор искусственного источника света»



Автор проекта:

Савина И.Я, группа 4221/2, ФИ

Преподаватель:

Бобылев Н.Г., доц. каф. ТОИ, ФИ

Санкт-Петербург

2011г.

Оглавление




Оглавление 2

Краткая информация о проекте / Project summary 3

Контактная информация / Contact information 3

Постановка задачи многокритериального анализа / Formulation of the problem of multi-criteria analysis 4

Цель / Goal 6

Критерии / Criteria 7

Альтернативные решения / Alternatives 8

Программное обеспечение / Software 9

Описание модели / Model description 10

Анализ чувствительности / Sensitivity analysis 15

Анализ результатов проекта / Results & Discussion 16

Список литературы / List of references 17




Краткая информация о проекте / Project summary


Название

Title


Выбор искусственного источника света для квартиры

The choice of light source for living quarters



Описание задачи

Problem description



Выбрать наилучший источник освещения квартиры с точки зрения потребителя энергии

Choose the best lighting source of living quarters in terms of consumer energy



Математический инструмент

Mathematical tool



Метод Анализа Иерархий (МАИ)

Analytic Hierarchy Process (AHP)



Программное обеспечение

Software


Super Decisions

http://www.superdecisions.

com/



Количество альтернатив

Number of alternatives



6

Количество критериев

Number of criteria



7

Количество итераций

Number of iterations



1

Основной результат

Main result



Самый выгодный искусственный источник освещения жилого помещения

The most profitable artificial lighting source of living quarters



Возможный заказчик

Potential clients



Любой потребитель энергии

Any consumer of energy


Контактная информация / Contact information


Автор / Author

Савина Ирина Яковлевна /

Savina Irina Jakovlevna



E-mail: iriwamelnikova@gmail.com


Преподаватель / Lecturer

Доц. Бобылев Николай Геннадьевич /

Bobylev Nikolaj Gennad'evich, Ph. D.



E-mail: nikolaibobylev@daad-alumni.de

Автор согласен с использованием проекта в учебных и научных целях.

The author agrees to make the project available for educational and scientific purposes.


Постановка задачи многокритериального анализа / Formulation of the problem of multi-criteria analysis


Когда солнце садится, на помощь человеку приходит искусственное освещение. Самым первым из используемых людьми в своей деятельности источником света был огонь (пламя) костра. С течением времени появились свечи, факелы и различные виды ламп.

Долгое время для искусственного освещения жилья применялись исключительно лампы накаливания - тепловой источник света, спектр которого отличается от дневного света преобладанием желтого и красного излучения и полным отсутствием ультрафиолета.

Лампы накаливания неэффективны, их коэффициент полезного действия составляет 2-6%, а срок службы весьма невелик - около 1 000 часов. С этими лампами невозможно добиться высокого технического уровня освещения. Поэтому вполне объяснимо появление люминесцентных ламп - разрядного источника света, у которого светоотдача в 5-10 раз больше, чем у лампы накаливания, а срок службы больше в 8-15 раз.

Несмотря на высокую стоимость, в последнее время все большую популярность приобретают компактные люминесцентные, или энергосберегающие, лампы. Но у них есть и ряд недостатков. Один из них – чувствительность к прерывистому циклу, то есть включению-выключению. Частая коммутация значительно сокращает срок службы лампы. Предпочтительно постоянное включение или редкая коммутация, что не всегда удобно, например, в быту.

Кроме стандартных ламп накаливания и люминесцентных, энергосберегающих на рынке представлены другие варианты искусственных источников света. Поэтому я посчитала вопрос выбора источника освещения жилого помещения достаточно актуальным на сегодняшний день.

Ниже приведена сравнительная характеристика рассматриваемых в данной задачи источников света по их основным параметрам.

When the sun goes down artificial light comes to the aid of mankind. The very first of the men used light source was a fire (flame). As the time flows candles, torches and various kinds of lamps were invented.

For a long time incandescent bulbs only have been used which is a thermal light source whose spectrum differs from daylight with predominance of yellow and red emission and the complete absence of UV light.

Incandescent bulbs' efficiency is only 2-6% and the lifetime is about 1000 hours. These lamps cannot achieve a high technical level of illumination. It is therefore quite understandable occurrence of fluorescent lamps - the discharge light source whose light output is 5-10 times higher than incandescent lamps as well as the lifetime which 8-15 times higher.

Despite the high cost compact fluorescent lamps (or energy saving lamps) in recent years become increasingly popular. But they have some drawbacks. One of them is sensitivity to intermittent cycle, i.e. on-off switch. Frequent switching significantly reduces the lamp life. Preferably, the constant or rare switching on but it is not always convenient, for example, at home.

In addition to standard incandescent, fluorescent and energy-efficient there are other options for artificial light sources which are presented on the market. So choosing artificial light source for living quarters is an issue today.
       Below is a comparative analysis of a few kinds of light sources based on their parameters. 

Таблица 1.Технические характеристики типовых источников света

Table 1. Technical characteristics of typical light sources




Лампа накаливания

Incandescent light bulb



Люминесцентная лампа

Fluorescent lamp



Светодиод

LED,  Light-emitting diode



Газоразрядная лампа

Gas-discharge lamp



Галогенная лампа

Halogen lamp



Свеча

Candle


Световая отдача, Люмен/Ватт

Luminous efficiency, lm/w



10-15

60-100

60-120

40-110

10-30

0,3

Цветопередача, (Ra)

Color reproduction, (Ra)



100

80-100

75-85

20-85

99-100

100

Цветовая температура, К

Color temperature,K



2400-2700

2700-6500

2300-8200

3000-6000

2800-4200

1200-1800

КПД %

Efficiency, %



2-5

8-20

30-90

10-30

1-3

0,04

Средний срок службы, час.

Average life, h



1000-2000

2000-20000

25000-60000

3000-20000

2000-4000

0,3-20

Чувствительность к частым включениям

Sensitivity to the frequent inclusion



Высокая

Высокая

Отсутствует

Высокая

Высокая

Отсутствует

Цена, руб.

Price, rub



5-15

100-500

150-800

100-500

15-500

10-300


Цель / Goal


Целью решения данной задачи является выбор самого выгодного искусственного источника освещения жилого помещения с точки зрения потребителя.

The purpose of solution this problem is the choice of light source for living quarters in terms of consumer energy.


Критерии / Criteria


Перечень критериев, рассматриваемых в данной задаче, и краткое их описание представлено в таблице 2.

The list of criteria considered in this task and a brief description is given in Table 2.

Таблица 2. Описание критериев

Table 2. Criteria description



Название, рус.

Название, англ.

Краткое описание

Световая отдача, Люмен/Ватт


Luminous efficiency, lm/w

Световая отдача источника света — отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности. Служит характеристикой источников как таковых и их экономичности, показывая какое количество затраченной энергии переходит в тепло или какие-либо другие виды энергии кроме электромагнитной.

Цветопередача, (Ra)


Color reproduction, (Ra)

Индекс цветопередачи (коэффициент цветопередачи, CRI)  параметр, характеризующий уровень соответствия естественного цвета тела видимому (кажущемуся) цвету этого тела при освещении его данным источником света. Ra - индекс для внутренних помещений должен быть выше 80, а для хорошей цветопередачи - выше 90. Максимальная величина индекса цветопередачи принимается как 100

Цветовая температура, К


Color temperature,K

Цветовая температура (спектрофотометрическая или колориметрическая температура; обозначается Тс) — характеристика хода интенсивности излучения источника света как функции длины волны в оптическом диапазоне. Согласно формуле Планка цветовая температура определяется как температура абсолютно черного цвета, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Измеряется в кельвинах и миредах. Цветовая температура варьрируется от 2000К до 7400К. Температура 3500-4000K считается как нейтрально белая. Цветовая температура ниже 3500К считается теплой, а выше 4000К – холодной.

КПД, %


Efficiency, %

Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой. Обозначается обычно η. Является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.

Средний срок службы, час.


Average life, h

Средний срок службы источника света. Измеряется в количестве часов горения.

Чувствительность к частым включениям


Sensitivity to the frequent inclusion

Чувствительность лампы к частым включениям и выключениям.

Цена, руб.

Price, rub

Средняя стоимость лампы.


Альтернативные решения / Alternatives


Сейчас на рынке представлен большой выбор искусственных источников света. Но не все из них можно применять в жилых помещениях.

Поэтому я выбрала 4 самых популярных на сегодняшний день вида ламп:



  • лампа накаливания,

  • люминесцентная лампа,

  • светодиодная лампа,

  • галогенная лампа.

Кроме того, я решила включить в рассмотрение ещё один вид ламп, который используется в основном в декоративном наружном освещений, магазинах и офисах. Это газоразрядная лампа, а именно металлогалогенная, натриевая и ртутные лампы.

И, наконец, для того, чтобы получить полную картину возможных источников освещения, в качестве последнего альтернативного решения я выбрала обыкновенную свечу.



Currently, wide selection of artificial light sources is presented on the market. But only few of them can be used in the living quarters.

That's why I chose 4 most popular kinds of lamp:

  • Incandescent light bulb;

  • Fluorescent lamp;

  • LED,  Light-emitting diode;

  • Halogen lamp.

Moreover, I decided to consider another kind of lamp which is usually used as decorative outdoor lighting and indoor lighting of shops and offices. It is gas-discharge lamp, specifically sodium- and mercury-vapor lamps.

Finally, to get a full picture, a candle is considered as an alternative solution.

Программное обеспечение / Software


Для решения задачи многокритериального анализа я использовала программное обеспечение Super Decisions. Эта программа реализована на основе метода анализа сетей (Analytic Network Process, ANP), разработанного профессором Томасом Саати. Super Decisions расширяет метод анализа иерархий (МАИ), который использует те же фундаментальные понятия, основанные на расстановке приоритетов с помощью суждений экспертов. В МАИ элементы расположены в иерархической структуре, в то время как ANP использует один или несколько плоских сетей кластеров, содержащих элементы. Большинство методов принятия решений допускают независимость между критериями принятия решений и альтернатив этих решений. ANP не ограничивается такими предположениями.

Метод анализа сетей был опубликован в первой книге Томаса Саати по принятию решений – «Метод анализа иерархий». В 2001 году вышла книга по методу анализа сетей под названием «Метод анализа сетей: принятие решений с зависимостью и обратной связью».



The Super Decisions software is used for decision-making with dependence and feedback (it implements the Analytic Network Process, ANP, developed by Thomas L. Saaty). Such problems often occur in real life. Super Decisions extends the Analytic Hierarchy Process (AHP) that uses the same fundamental prioritization process based on deriving priorities through judgments on pairs of elements or from direct measurements. In the AHP the elements are arranged in a hierarchic decision structure while the ANP uses one or more flat networks of clusters that contain the elements. Most decision-making methods assume independence between the criteria of a decision and the alternatives of that decision, or simply among the criteria or among the alternatives themselves. The ANP is not limited by such assumptions. It allows for all possible and potential dependencies.

The ANP was briefly introduced in Saaty’s first book on decision making, The Analytic Hierarchy Process. There is now a book on the Analytic Network Process (new edition 2001) by Saaty, The Analytic Network Process: Decision Making with Dependence and Feedback. It is available from RWS Publications, 4922 Ellsworth Avenue, Pittsburgh, PA 15213; Telephone: 412-414-5984; Fax: 412-681-4510.



http://www.superdecisions.com/

Описание модели / Model description


На рис.1 представлена главная схема задачи. Она включает в себя цель, перечень критериев, возможные альтернативы и связи между каждым узлом соответствующих кластеров.

Figure 1 shows the main scheme of the task. It includes goal, criteria list, alternatives and connections between each node of the clusters.



Рис. 1. Главная схема задачи (цель, критерии, альтернативы)

Fig.1. The main scheme of the task (goal, criteria, alternatives)

На рис.2 представлены весовые коэффициенты критериев. Так, например, весовой коэффициент критерия «Цена» составляет примерно 0,39 по сравнению со всеми другими критериями.

Figure 2 shows priorities of criteria. For example, priority of Price is 0.39 compared to the other criteria in its cluster.

Рис. 2. Весовые коэффициенты критериев

Fig. 2. Priorities of criteria

На рис.3 приведен результат попарного сравнения альтернатив по критерию «Световая отдача». Так, например, световая отдача люминесцентной лампы значительно превышает световую отдачу лампы накаливания (на шкале сравнений поставлено 7 баллов). В подтверждение этой и всех остальных оценок может служить таблица технических характеристик рассматриваемых альтернатив, приведенная выше.

Figure 3 shows the result of pairwise comparison of alternatives on the criteria of Luminous efficiency. For example, the luminous efficiency of fluorescent lamp is extremely more important than incandescent light bulb (7 points delivered on the scale comparisons). In support of this and all other ratings is a table of technical characteristics of the alternatives considered above.

Рис. 3. Сравнительные оценки искусственных источников света по одному из критериев (Световая отдача)

Fig. 3. Comparative evaluation of artificial light source on one of the criteria (Luminous efficiency)

Окончательный результат попарных сравнений представлен на рис.4. Отсюда следует, что победителем становится альтернатива №3 – светодиод. Таким образом, окончательная ранжировка альтернатив имеет следующий вид:



  1. Светодиод;

  2. Люминесцентная лампа;

  3. Лампа накаливания;

  4. Свеча;

  5. Галогенная лампа;

  6. Газоразрядная лампа.

The final result of pairwise comparison is shown in Figure 4. This implies that the winner is the alternative number 3 – LED. Thus, the final ranking of alternatives is as follow:

  1. LED;

  2. Fluorescent lamp;

  3. Incandescent light bulb;

  4. Candle;

  5. Halogen lamp;

  6. Gas – discharge lamp.

Рис. 4. Окончательная ранжировка искусственных источников света

Fig. 4. The final ranking of artificial light source

Анализ чувствительности / Sensitivity analysis


Для определения влияния каждого из критериев модели на оптимальное решение задачи, проведен анализ чувствительности. В результате анализа, проведенного с использованием критерия "цветопередача", видно, что если приоритет для критерия меньше 50%, то оптимальным решением будет альтернатива №3 – светодиод, если приоритет находится в диапазоне от 50 до 67%, то оптимальное решение – альтернатива №1 – лампа накаливания, а если больше 67%, то альтернатива №5 – галогенная лампа (см. рис. 5.1 и 5.2). Таким образом, критерий «Цветопередача» играет большую роль в определении оптимального решения данной задачи. 

Sensitivity analysis has been performed for determining the influence of the model criteria to the problem solution. As a result of analysis with color reproduction criterion one can see that if the priority of the criterion is less than 50% than optimal solution is an alternative №3 (LED); if the priority is between 50 and 67% than the optimal solution is №1 (incandescent light bulb) and if it is more than 67% than number 5 is optimal (halogen lamp) (see fig. 5.1 and 5.2). Therefore, color reproduction criterion plays important role in determining optimal solution.


Рис. 5.1. Анализ чувствительности

по критерию «Цветопередача» = 20%

Fig. 5.1. Sensitivity analysis

at Color Reproduction = 20%





Рис.5.2. Анализ чувствительности по критерию «Цветопередача» = 61%

Fig. 5.2. Sensitivity analysis at Color Reproduction = 61%





Рис.5.3. Анализ чувствительности по критерию «Цветопередача» = 82%

Fig. 5.3. Sensitivity analysis at Color Reproduction = 82%





Анализ результатов проекта / Results & Discussion


В результате выполнения данного проекта была решена задача многокритериального анализа, целью которой был выбор самого выгодного искусственного источника освещения жилого помещения. Таковой оказалась светодиодная лампа. Второе место заняли популярные на сегодняшний день люминесцентные лампы. С небольшим отрывом от них идут «родные и незаменимые» лампы накаливания. Как это ни странно, но вслед за ними следует обыкновенная свеча. Предпоследнее место заняли галогенные лампочки. Ну и наконец, хуже всех для освещения жилого помещения оказались газоразрядные лампы, которые в этих целях итак не используются.

Таким образом, проведенный анализ подтвердил сложившуюся на сегодняшний день ситуацию на рынке искусственных источников освещения. По мнению большинства специалистов, будущее освещение – за лампами и светильниками на светодиодах. На данный момент они ещё не так востребованы на рынке, как люминесцентные лампы или лампы накаливания, и в основном применяются в архитектурном, ландшафтном и декоративном освещении.

С повсеместным распространением светодиодных, энергосберегающих и других ламп, проблема выбора источника освещения коснулась каждого потребителя энергии. Поэтому, я думаю, результаты проделанных мною работ могут оказаться полезными для любого современного человека.

As a result of this project, multicriteria analysis problem has been solved, the aim of which is to find the most profitable lighting source for living quarters. It has been shown that LED is the best choice. The second place went to fluorescent lamps which are popular today, though incandescent lamps are very close to them. It may look strange that candle is very close to incandescent lamp. The penultimate place was taken by halogen lamp. Finally, the worst lighting of premises were gas-discharge lamps, which not used for this purpose anyway.

Therefore, this analysis confirmed the current date on the situation in the market of artificial light sources. According to most experts, the future lighting source is LED. At the moment they are not in demand in the market as a fluorescent or incandescent lams, and are mainly used in architectural, landscape and decorative lighting.

Due to the rapid spread of the LED, energy saving lamps and other, the problem of selection of the light source has touched every consumer of energy. So, I think the results of this work may be useful for any modern man.


Список литературы / List of references


  1. http://www.superdecisions.com/ Сайт программы Super Decisions для принятия решений / Website of Super Decisions Software for Decision-Making

  2. http://ru.wikipedia.org Википедия / Wikipedia

  3. http://www.asveta.net/ Энциклопедия света / Encyclopedia of light

  4. http://www.svet-consulting.ru/ Компания «Свет Консалтинг» / Svet Consulting company

  5. http://www.expertunion.ru/ Светотехническое сообщество ЭкспертЮнион / Lighting community ExpertUnion

  6. http://www.electrotok.ru/ Сайт электромонтажной компании Электроток / Site wiring company Electrotok

  7. http://www.tepsvet.ru Сайт компании оптово розничной продажи энергосберегающих ламп «Теплый Свет» / Website of the wholesale retail sales of energy saving lams “Warm Light”


Похожие:

Курс: «Теория инноваций» Многокритериальный анализ Проект «Выбор искусственного источника света» iconУчебный курс «Наука, технологии, инновации: анализ, стратегии и политика. Социально-экономический анализ науки, технологий и инноваций»
Включает такие блоки, как «Наука, технологии, инновации – эволюция исследований», «Экономика науки, технологий и инноваций», «Менеджмент...
Курс: «Теория инноваций» Многокритериальный анализ Проект «Выбор искусственного источника света» iconВ. де Ситтер (перевод с немецкого – проф. В. В. Чешев, 2010 г.)
В других теориях (Лоренц, Эйнштейн) скорость света всегда постоянна и равна c независимо от движения источника. Однако легко убедиться,...
Курс: «Теория инноваций» Многокритериальный анализ Проект «Выбор искусственного источника света» iconУчебный курс «Теория функций и функциональный анализ»
«Информатика и вычислительная техника» и относится к блоку «Общие математические и естественнонаучные дисциплины». Данный курс представляет...
Курс: «Теория инноваций» Многокритериальный анализ Проект «Выбор искусственного источника света» icon1. Точечный источник света, находящийся в вершине телесного угла 0,50 ср, излучает в него световой поток 50 лм. Определите силу света источника
С левой стороны от фотометра на расстоянии 15 см находится эталонная лампа силой света 25 кд
Курс: «Теория инноваций» Многокритериальный анализ Проект «Выбор искусственного источника света» iconТолмен Р. Относительность, термодинамика и космология (М.: Наука, 1974. – фрагменты из книги) стр. 29 § Второй постулат теории относительности
Одно из них известно из эфирной теории света – независимость скорости света от скорости источника. Другое является следствием первого...
Курс: «Теория инноваций» Многокритериальный анализ Проект «Выбор искусственного источника света» iconНезависимость скорости света от скорости источника
По Ритцу, свет после отражения распространяется так, будто он исходит из некоторого центра, движущегося со скоростью источника и...
Курс: «Теория инноваций» Многокритериальный анализ Проект «Выбор искусственного источника света» iconФундаментальный анализ основ механики и Общая теория относительности
В работе осуществляется фундаментальный анализ современной механики на базе исследования кинематики света
Курс: «Теория инноваций» Многокритериальный анализ Проект «Выбор искусственного источника света» iconПрограмма курса «Теория функций и функциональный анализ»
Программа курса «Теория функций и функциональный анализ» (бакалавриат, отделение прикладной математики и информатики, 4 курс, 1-2...
Курс: «Теория инноваций» Многокритериальный анализ Проект «Выбор искусственного источника света» iconД: увеличится в 2 раза
Как изменится освещенность поверхности, перпендикулярной к лучам света, идущим от точечного источника, при увеличении расстояния...
Курс: «Теория инноваций» Многокритериальный анализ Проект «Выбор искусственного источника света» iconПедагогические основы использования искусственного интеллекта в дистанционном образовании на современном этапе
Модели на разных системах дистанционного обучения. Сделан анализ места педагогики в науках о человеке, показаны тенденции развития...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org