基于价值工程的多光纤接口工具的法兰方案最优化选择

国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司 廖坤玉 胡旭东 潘晓明 夏 东

随着电气工程技术的发展革新，智能变电站飞速发展。智能变电站大量使用光纤替代电缆，简化了变电站的二次设备硬件系统，使得设备的安装调试大为简单，有力促进了变电站各类信息的集中共享。但光纤在智能变电站的广泛应用，使得光纤相关的各类检修运维工作在二次检修工作中所占比重日益增加，带来二次设备、试验仪器的光纤接口以及光纤跳线接口种类繁多的问题。假若现场工作准备不充分，将造成光纤接口不匹配、光纤易损坏等一系列问题与隐患。各类光纤接头共有4类，分别为ST、FC、SC和LC，与之对应有4种接口。工作中为避免接口不匹配，会将各类光纤都带至现场以免延误现场工作的开展，但这直接影响到二次生产的工作效率，对二次设备的可靠运行提出挑战。

本文提出开发一种适用于多种接口的光纤接口工具，该工具通过集成式光纤法兰将各种接头转换的光纤组合起来，将4种ST、FC、SC和LC接头转换为统一的1种接口，如图2所示。使用适配该种接口的光纤跳线与同样的组合转换工具连接，即可实现两端4种接口间的任意转换，从而满足现场不同接口的设备试验需求。作为光纤接口工具实现功能的关键部分，光纤法兰的性能至关重要，其成本与性能呈正相关关系，但同时过高的成本会影响孵化产品的推广，因此光纤法兰的性能与成本的综合最优化选择是必须解决的科学问题。

图1 各类光纤接头

图2 适用于多种接口的光纤接口工具

1 价值工程分析方法

价值工程(Value Engineering,VE)也可称为价值分析(Value Analysis,VA)，是一种技术与经济紧密结合并且注重经济效益的现代管理技术，它以提高研究对象(包括产品、作业、工程、服务等)的价值为目的，以研究对象的功能系统分析为核心，以最低寿命周期成本来实现研究对象所要求的必要功能的一项有组织的创造性活动。从上世纪四十年代迈尔斯提出“价值工程”的概念以来，其在西方国家的工程建设领域中得以广泛应用，并在工程建设不同环节取得了显著的成本控制效果。随着价值工程理论传入中国，其在国内工程建设中的应用也不断加深，并涌现出一大批相关的研究成果。

价值工程理论主要是对研究对象的功能进行分析，其主要包括功能定义、功能整理，并在最终对研究对象进行功能评价。功能定义指用简洁的语言说明价值工程研究对象整体和组成部分的功能；功能整理指通过一定的标准将定义后的功能进行分类梳理，通过分析和方案创新，去除不必要的功能、增加必要的功能，使研究对象的功能更加合理。功能评价指确定研究对象某个或综合多个功能的价值大小，通过评价找出影响成本和功能匹配的结合点，为方案创新提供思路，功能评价以价值公式进行衡量[1]：价值=功能/成本，即：Vi=Fi/Ci，其中：Vi为方案i的价值指数；Fi为方案i的功能系数；Ci为方案i的成本系数。

成本系数反映方案的成本指标，有表达式为：Ci=bi/∑mi=1bi，其中：bi为方案i的寿命周期成本，i=1,2,……,m，m为方案个数。功能系数反映方案的技术指标，由对方案的各项功能进行打分，并根据各项功能对方案的影响程度计算出不同功能的得分情况，某一方案功能综合得分与所有方案累计功能综合得分之比即为该方案功能系数，表达式为：Fi=fi/∑mi=1fi，其中fi为方案i的功能综合得分。

采用合适的方法计算得到方案i的价值指数：当Vi=1时，说明实现该方案的现实成本与实现该方案的期望成本基本一致；当Vi＜1时，应把研究对象作为重点改进的对象，说明该研究对象的现实成本远远高于期望成本；当Vi＞1时，此种情况应当把研究对象作为改进对象，说明实现该方案的期望成本大于该方案的现实成本[2]。由此即可对不同的方案进行比较，得到最优化的方案选择，同时亦可以此为基础进行方案的改进与创新。

作为一种全要素分析的评价方法，价值工程方法适用于面向工程的功能和成本的综合优化问题，涵盖维度较为全面。为对不同光纤法兰进行评价和最优化选择，本文将引入价值工程方法对方案进行进一步的分析与探讨。

2 不同光纤法兰的评价和最优化选择

2.1 不同的光纤法兰方案

本文研究的光纤接口工具的转换法兰采用组合式设计，打开封装，接口工具单端内部结构如图3，4个光纤法兰为固定接口X-X形式，X可为FC/SC/ST/LC中的任意一种，选定接口形式后，一端通过X-FC、X-SC、X-ST、X-LC四根短转换光纤分别接出FC/SC/ST/LC四种光纤接头，另一端通过一根与接口形式相同的光纤实现级联，如图3所示，级联光纤可方便地实现拆卸、更换。由结构可知，该光纤接口工具的光纤法兰存在采用何种接口作为固定接口并匹配级联光纤的变量。因此，对该光纤法兰进行评价与最优化选择将以单端光纤法兰的固定接口的选择为研究对象。

图3 接口工具单端内部结构

通过对市场上能够采购到的常规光纤法兰和光纤跳线进行统计，将方案整理如下：FC-FC法兰。选用FC-FC、FC-SC、FC-LC、FC-ST转换光纤；SC-SC法 兰。选 用SC-FC、SC-SC、SC-LC、SC-ST法兰；LC-LC法兰。选用LC-FC、LCSC、LC-LC、LC-ST转换光纤；ST-ST法兰。选用ST-FC、ST-SC、ST-LC、ST-ST转换光纤。通过对上述四个方案结合价值工程法进行分析，得出上述方案有插入衰耗、回波损耗、耐久性、机械特性等功能指标，以及与之对应的方案成本，见表1。

表1 方案分析表

其中方案1、4相似性较高，合并为方案1。由价值工程方法，对插入衰耗、回波损耗、耐久性、机械特性等功能在方案中的作用大小进行评价汇总。为消除评价的主观性以提高评价结果的可靠性，分别采用价值工程方法常用的加权评分法与“0-1”评分法计算功能系数。

2.2 加权评分法

该方法下有功能系数为：fi=∑nj=1tjxij，其中：tj为各方案第j个功能的权重，j=1,2,…,n；n为方案中的功能数量；xij为方案i中第j项的功能评分，其有不同方案的相同功能比对后按比例打分。依据加权评分法各参数的定义，确定各个功能的权重表：由表1的分析数据可以发现，当前各类方案的插入损耗、回波损耗以及耐久性参数相近，而机械特性与工具的体积、使用场景密切相关。因此通过专家讨论后给予机械特性的更高的功能权重：插入衰耗0.2、回波损耗0.2、耐久性0.2、机械特性0.4、总分1。

依据加权评分方法，得到各方案的各项功能评分xij见表2，其中采用对各个功能中的最优情况打分为单位1，情况劣于最优情况时给予其低于1的评分，该功能越劣其评分越接近于0，得到各方案的功能评分表。其中由于SC-SC方案体积相较LC-LC方案更大，给予其0.6分的评分，FC-FC/ST-ST由于其体积最大，同时使用时易折损给予其0.2的评分。由公式得到其综合得分，并依据公式得到各个方案的功能系数，见表2。

表2 功能评分表-加权评分法

2.3 “0-1”专家打分法

该方法即是将不同的方案相互比较后打分，相对优势的方案得1分、否则得分为0；随后将各方案的得分结果进行统计。由于该方法极易产生得分为0的方案，为了避免功能系数为0，将各方案得分加2分的修正得分；修正后的综合得分除以总得分的结果即是功能系数。得到各个方案的功能评分表见表3。根据表1中各方案的成本数据，由公式Ci=bi/得到各个方案的成本系数Ci见表4。由表2～4结合公式Vi=Fi/Ci得到不同方案在不同评分方法下的价值指数表，见表5。

表3 功能评分表-“0-1”专家打分法

表4 成本系数表

可以看出：加权评分法和“0-1”专家打分法的价值指数接近，虽有不同但趋势一致。方案1即FC-FC/ST-ST方案在两种评分方法下都小于1，与1的分差分别为0.159和0.307；方案2即SC-SC方案在两种评分方法下都大于1，与1的分差均为0.189；而方案3即LC-LC方案在两种评分方法下的价值指数相较其他方案都更接近1，与1的分差分别为0.005和0.1125，这主要是由于LC-LC法兰的体积最小、机械特性最好，成本与另外两种接近，单位成本的价值最高造成的。两种方法互为补充对照，保证了结果的可靠性。

结合价值工程对价值指数的评定标准：当价值指数Vi越接近1，表明实现该方案的现实成本与实现该方案的期望越一致。因此，采用方案3即LC-LC光纤法兰作为制作适用于多种接口的光纤接口工具单端固定接口的最优化选择。

3 结语

通过采用价值工程分析方法，本文对所开发的光纤接口工具的光纤法兰进行了性能与成本的综合最优化选择。通过分析，将单端光纤法兰的固定接口的选择为研究对象，以插入衰耗、回波损耗、耐久性、机械特性、成本为评价指标，开展FC-FC、ST-ST、SC-SC、LC-LC四种光纤法兰的比选。为消除评价的主观性以提高评价结果的可靠性，通过互相印证，分别结合加权评分和“0-1”专家打分两种方法，通过计算各法兰的功能系数、成本系数和价值指数，最终评定出LC-LC光纤法兰能实现成本的最大价值化，在满足目标的条件下可实现单位成本的价值最优，为开发适用于多种接口的光纤接口工具提供了依据。