Глава 2 Формирование процедур на этапе разработки технического задания

ТЗ устанавливает: основное назначение; технические и тактико-технические характеристики; показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию; выполнение необходимых стадий разработки КД и ее состав; специальные требования к изделию.

ТЗ составляет разработчик на основании заявки заказчика. Разработке ТЗ предшествуют научно-исследовательские и экспериментальные работы, научное прогнозирование, анализ технического уровня отечественной и зарубежной техники, изучение патентной документации. ТЗ должно содержать лишь наиболее существенные требования и показатели качества и не должно ограничивать инициативу разработчика при поиске и выборе им оптимального решения задачи.

На этапе разработки ТЗ выполняются следующие процедуры:

1) определение потребности в проектировании;

2) выбор целей;

3) определение признаков объекта проектирования.

2.1. Определение потребности в проектировании

Проектирование технической системы (ТС) должно обеспечивать создание объектов новой техники, позволяющих повысить производительность, улучшить условия труда, снизить стоимость продукции и т.п. ТС нужно проектировать тогда, когда подобных объектов не существует и от проектирования нельзя отказаться, когда затраты на проектирование, подготовку производства и изготовление окупаются в установленный срок и приносят народнохозяйственный эффект.

Процедуру определения потребности в проектировании можно представить как решение задачи определения истинности сложного высказывания Y, содержащего ряд элементарных высказываний, например:

Y₁ - технический объект имеется в нашей стране;

Y₂ - технический объект имеется за рубежом;

Y₃ - можно отказаться от проектирования объекта;

Y₄ - от применения нового объекта достигается экономический эффект;

Y₅ - можно приобрести объект за рубежом.

Для определения истинности элементарных высказываний составляют отдельные операции. Часть из них Y₁, Y₂ выполняется обращением к базе данных. Операция истинности высказывания Y₃ обеспечивается решением задачи, рассматривающей ПО внутри системы более высокого уровня. В результате решения этой задачи выявляется возможность создания системы по-другому, когда отпадает необходимость в планируемой разработке.

Операция определения истинности высказывания Y₄ строится на оценке прошлых и будущих затрат. Выполнение операции заключается в установлении истинности функции

Y₄ = {[(П₂ + И₂) < (П₁ + И₁)](Э₂ < Э₁)}V{[(П₁ + И₁) – (П₂ + И₂)] > Э₂}V(N_р < N_д),

где П₁, И₁, Э₁ и П₂, И₂, Э₂ - затраты на проектирование и подготовку производства, изготовление и эксплуатацию по существующему объекту и по новому образцу соответственно; N_р, N_д - расчетный и допускаемый сроки окупаемости затрат.

Затраты на проектирование П_пр зависят от времени проектирования t, сложности объекта, числа конструкторов n_к и обслуживающего персонала n_о, организации работ

П_пр = [(n_кЗ_к + n_оЗ_о)(1 + К_н)]t,

где З_к и З_о - средняя заработная плата конструкторов и обслуживающего персонала; К_н - коэффициент накладных расходов. Для машиностроения n_о = 0,5n_к, З_о = 0,5З_к, К_н = 1, тогда

П_пр = 2,5n_кЗ_кt.

Подготовка производства к выпуску машин новой модели требует затрат, превышающих затраты на проектирование, и зависит от сложности конструкции, количества оригинальных модулей и деталей, степени оснащения производства. Для машиностроения при ориентировочной оценке можно принять затраты на технологическую подготовку производства

П_тп = 3П_пр = 7,5n_кЗ_кt.

Затраты на изготовление оснастки и приспособлений

П_ос = З_рt_оn_дn_п(1 + К_ин) + С_мР_м,

где З_р - средняя заработная плата рабочих; t_о - среднее время на изготовление оснастки и приспособлений; n_д - число оригинальных деталей; n_п - число специальных приспособлений, инструмента, оснастки для изготовления оригинальных деталей; К_ин - коэффициент накладных расходов по инструментальному цеху; С_м - средняя стоимость 1 кг материала; Р_м - суммарный расход материала.

В итоге получаем

П₂ = П_пр + П_тп + П_ос = 10n_кЗ_кt + П_ос.

Тогда стоимость проектирования и подготовки производства, входящая в себестоимость одной машины, при планируемом выпуске новых машин n_м будет П_2м = П₂/n_м.

Выполнение операции по определению истинности высказывания Y₅ проводят в двух аспектах: эвристическом и формализованном.

Эвристический аспект предполагает учет политических факторов (отношение со страной-поставщиком, политический резонанс, прогнозы о дальнейшем развитии подобных объектов), формализация которых невозможна.

Формализованный аспект учитывает сроки внедрения объекта при его разработке своими силами и затраты на его производство.

Для формализации оценки возможности приобретения объекта за рубежом вводятся коэффициенты, учитывающие эффективность экспорта и импорта:

- коэффициенты относительной валютной эффективности внешней торговли для экспорта К_э = В_э/З_э и для импорта К_и = С_и/В_и, где В_э и В_и - валютная выручка от экспорта и валютные затраты на импорт; З_э - затраты на производство экспортных товаров; С_и - внутренняя стоимость импортных товаров;

- коэффициент средней валютной эффективности экспорта, который при размере партии i-го типа экспортируемых товаров П_эi  определяется по формуле

К_эф = В_эiП_эi / З_эiП_эi .

Абсолютная эффективность импорта рассчитывается по формуле

Э_и = С_и - В_и / К_эф.

Эффективной считают покупку, для которой в рассматриваемый отрезок времени уровень общественно необходимых затрат на отечественное производство покупаемых изделий выше соответствующих затрат на изготовление товаров, за счет которых поступает валюта для покупки.

Область определения каждого высказывания Y_i = (FALSE, TRUE), т.е. высказывание неверно или верно. Сложное высказывание можно представить в виде логической формулы

Область определения функции Y = (FALSE, TRUE), где TRUE - проектировать можно, а FALSE - проектировать нельзя.

2.2. Оценка перспективности выбранного направления разработки

После реализации процедуры определения потребности в проектировании необходимо сформулировать основные цели проектирования. Реализация данной процедуры состоит из двух этапов:

1) оценки перспективности выбранного направления разработки;

2) выбора основных целей проектирования.

Оценка перспективности направления разработки начинается с анализа и описания факторов окружения ПО. Факторами окружения являются как факторы непосредственного окружения (отображают окружающую среду), так и факторы косвенного окружения (характеризуют научно-техническую, экономическую и социальную ситуации). Проектирование связано с формированием оперативной модели в сознании человека, поскольку мозг позволяет обеспечить опережающее отражение действительности. Самого объекта еще не существует, мы еще точно не знаем, как он будет выглядеть, но знаем, что он должен делать и какими свойствами должен обладать, чтобы функционировать в окружающей среде.

Таким образом, окружающая среда и заданные функции являются теми признаками, с помощью которых можно распознать еще не существующий объект. Поскольку объект предназначен для функционирования в будущем, то распознавание объекта связано с прогнозированием.

Описание факторов окружения начинается с изложения существующего положения и заканчивается прогнозом на будущее, причем для каждого фактора как объекта прогнозирования необходимо подобрать метод прогноза. С этой целью проводится классификация факторов по 6 признакам, включающим 24 позиции.

1. Признаки, обусловленные природой ПО:

а) научно-технические (отражают развитие науки и техники в конкретной области, включая изобретения, открытия, новые материалы и технологии);

б) технико-экономические (отражают развитие производства и его технико-экономические показатели, освоение новых видов продукции);

в) социально-экономические (учитывают спрос и потребление, демографическую ситуацию, уровень образования и трудовые ресурсы);

г) военно-политические (отражают военный потенциал, стратегический курс, международные отношения);

д) естественно-природные (учитывают особенности окружающей среды, природные ресурсы, климатические условия).

2. Признаки масштабности ПО:

а) сублокальные (число значащих переменных до 3);

б) локальные (от 4 до 14 - несложные технические устройства);

в) субглобальные (от 15 до 35 - устройства средней сложности);

г) глобальные (от 36 до 100 - сложные системы, агрегаты);

д) суперглобальные (более 100 - большие ТС, крупные предприятия);

3. Признаки сложности (по степени взаимосвязи переменных):

а) сверхпростые (с отсутствием взаимосвязей);

б) простые (имеют парные связи);

в) сложные (имеют парные и множественные связи);

г) сверхсложные (нужно учитывать связи между всеми переменными).

4. Признаки степени детерминированности:

а) детерминированные (в характеристиках случайная составляющая несущественна);

б) стохастические (необходимо учитывать случайную составляющую);

в) случайные (имеющие как стохастические, так и детерминированные характеристики).

5. Признаки характера развития во времени:

а) дискретные (характеристики изменяются скачками);

б) апериодические (характеристики изменяются в виде апериодической непрерывной функции);

в) циклические (характеристики изменяются в виде периодической непрерывной функции).

6. Признаки степени информационной обеспеченности:

а) объекты с достаточной для обеспечения заданной точности прогнозирования количественной информацией;

б) объекты с недостаточной количественной информацией;

в) объекты, имеющие лишь качественную информацию;

г) объекты с полным отсутствием ретроспективной информации.

Приступая к прогнозированию, необходимо сначала в предложенной классификации отыскать позиции, относящиеся к объекту, по всем классификационным признакам, а затем подобрать метод, охватывающий возможно большее число характеризующих объект позиций.

В отечественной и зарубежной практике можно насчитать свыше 100 методов прогнозирования, но однозначного выбора метода не существует. Наиболее применимые в машиностроении методы приведены в табл.2.1. Из таблицы видно, что наиболее информативными являются экспертные методы (например, метод коллективного экспертного опроса охватывает 20 позиций из 24), метод “Дельфи” (18 позиций) и морфологический анализ (16 позиций). Для ситуаций, медленно изменяющихся во времени, можно использовать экстраполяционные методы (16 позиций), которые основаны на переносе состояний и событий из прошлого в будущее.

Среди полуформализованных методов можно отметить морфологический анализ, основанный на построении генеральных определительных таблиц.

Морфологический анализ в инженерном прогнозировании применим как к эволюционному развитию, так и к качественным изменениям. Сравнение конкурирующих направлений или объектов производится по ряду характеристик, для каждой из которых определяется весовой коэффициент _i. Каждая характеристика разбивается на позиции по нарастающему смысловому значению, т.е. следующая по номеру позиция включает по смыслу предыдущие.

Таблица 2.1. - Классификация методов прогнозирования.

№ п/п	Метод прогнозирования	Классификационные признаки ПО
1	Математическая подгонка полиномами	а,б,в,д	а - д	а,б	а	б,в	а,б
2	Экстраполяция по элементарным функциям	а,б,в,д	а - д	а,б	а,б	б,в	а,б
3	Авторегрессионные модели	а,б,в,д	а - д	а	б	б,в	а
4	Парные регрессии	а,б,в,д	а	б	б	б,в	а,б
5	Множественные регрессии	а,б,в,д	б - д	в,г	б	б,в	а,б
6	Компонентный анализ	а,б,в,д	в,г,д	в,г	б	б,в	а
7	Многофакторные модели	а,б,в,д	в,г,д	в,г	б	б,в	а
8	Экономические аналоги по опережающей стране	б	а,б	а - г	а,б	а,б,в	а,б,в
9	Технические прогнозы по опережающей области	а	а,б	а - г	а,б,в	а,б,в	а,б,в
10	Анализ динамики патентования	а	а,б	б	б	а,б,в	а,б,в
11	Индивидуальный экспертный опрос	а - г	а,б	а,б,в	а,б,в	а,б,в	а,б,в
12	Коллективный экспертный опрос	а - г	а,б,в	а - г	а,б,в	а,б,в	б,в,г
13	Экспертные комиссии	а - г	а,б	б,в,г	а,б,в	а,б,в	б,в,г
14	Морфологический анализ	а,б	а,б	а - г	а,б,в	а,б,в	в,г
15	Метод “Дельфи”	а,б,в	а,б	а - г	а,б,в	а,б,в	б,в,г
16	Метод эвристического прогнозирования	а,б,в	а,б,в	а - г	а,б,в	а,б,в	б,в,г
17	Коллективная генерация идей	а - г	а	а - г	б,в	а	в,г
18	Динамический концептуальный анализ	а,б,в	а,б,в	в,г	б,в	а	в,г
19	Экономические игровые модели	б	а,б	б,в,г	б,в	а,б,в	б,в,г
20	Коэффициент полноты и уровня техники	а,б	а,б	а - г	а,б,в	а,б,в	а,б,в

Характеристики и позиции сводятся в генеральную определительную таблицу (ГОТ). Примером ГОТ для технологического оборудования микроэлектроники является форма табл.2.2.

Табл. 2.2. – Форма ГОТ для технологического оборудования микроэлектроники.

Код	Характеристики признаков и позиций			Оценка
				ji		ji i
Р11 Р12 Р13 Р14 Р15	Инженерно-техническая особенность технического решения (ТР) (i = ; i = ) Усовершенствование узлов Усовершенствование узлов на новом уровне механизации и автоматизации Усовершенствование узлов на более совершенном физическом принципе действия Новые ТР Принципиально новые ТР (на уровне изобретения)			1 2 3 4 5
Р21 Р22 Р23 Р24 Р25	Уровень обоснованности ТР (i = ; i = ) Обоснование ТР на уровне элементарных гипотез Обоснование ТР на аналогах Обоснование ТР на простейших теоретических представлениях Обоснование ТР на моделях Обоснование ТР на экспериментальных исследованиях и теоретических обобщениях (оптимизационных математических моделях)			1 2 3 4 5
Р31 Р32 Р33 Р34 Р35	Надежность оборудования (i = ; i = ) ТР не удовлетворяет всем четырем показателям надежности ТР удовлетворяет одному показателю надежности ТР удовлетворяет двум показателям надежности ТР удовлетворяет трем показателям надежности ТР удовлетворяет четырем показателям надежности			1 2 3 4 5
Р41 Р42 Р43 Р44 Р45	Производительность оборудования (i = ; i = ) ТР не связано с повышением производительности Некоторое повышение производительности связано с дополнительными эксплуатационными затратами (ДЭЗ) Некоторое повышение производительности не связано с ДЭЗ Существенное повышение производительности связано с уменьшением ДЭЗ Существенное повышение производительности не связано с ДЭЗ			1 2 3 4 5
Табл. 2.2 (окончание)
Код		Характеристики признаков и позиций	Оценка
			ji		ji i
Р51 Р52 Р53 Р54 Р55		Степень интеграции технологических операций (ТО) (i = ; i = ) ТР не связано с интеграцией ТО ТР связано с интеграцией однотипных ТО В ТР интегрируются несколько разнотипных ТО, обеспечивающих выполнение части этапа техпроцесса Интегрирование обеспечивает выполнение этапа техпроцесса Интегрирование обеспечивает выполнение нескольких этапов техпроцесса	1 2 3 4 5
Р61 Р62 Р63 Р64 Р65		Степень автоматизации (i = ; i = ) Автоматизируется часть вспомогательных операций Автоматизируется часть рабочих и часть вспомогательных операций Автоматизируются все рабочие и часть вспомогательных операций Полная автоматизация всех операций Возможность встраивания в автоматическое производство	1 2 3 4 5
Р71 Р72 Р73 Р74 Р75		Степень стандартизации и унификации (i = ; i = ) Стандартизация и унификация (СУ) отдельных элементов и деталей СУ вспомогательных подсистем СУ узлов и вспомогательных подсистем Частичная компоновка ТС из стандартных модулей Полная компоновка ТС из стандартных модулей	1 2 3 4 5
Р81 Р82 Р83 Р84 Р85		Выполнение требований эргономики (ТЭ) (i = ; i = ) ТР не удовлетворяет ТЭ по всем показателям ТР удовлетворяет ТЭ по одному показателю ТР удовлетворяет ТЭ по двум показателям ТР удовлетворяет ТЭ по трем показателям ТР удовлетворяет всем требованиям эргономики	1 2 3 4 5
Р91 Р92 Р93 Р94 Р95		Выполнение экологических требований (i = ; i = ) Имеются вредные воздействия (ВВ), превышающие ПДУ Имеются ВВ, не превышающие ПДУ Предусмотрена защита, снижающая ВВ до ПДУ Предусмотрена полная защита от ВВ Отсутствуют ВВ в объекте разработки	1 2 3 4 5

Для определения весовых коэффициентов можно использовать методы экспертного опроса или формальный подход, когда веса характеристик рассчитываются по нормирующей функции (например, _i = i/2 _i-1, где i - номер характеристики, полученный в результате ранжирования характеристик по мере важности).

Вес каждой позиции определяется как произведение  _i на номер позиции j_i.

С помощью построенной ГОТ можно определить перспективность задуманной разработки, установив показатели перспективности, например, коэффициент инженерно-технической значимости , который рассчитывается по формуле

где j_i - номер позиции, соответствующий планируемой разработке по i-й характеристике; j_max - наибольший номер позиции по той же характеристике; n - число характеристик объекта разработки, по которым ведется оценка перспективности.

Таблица 2.3. - Шкала прогнозной эффективности.

	Оценка перспективности
1,00 - 0,8	Весьма перспективно
0,79 - 0,6	Перспективно
0,59 - 0,4	Малоперспективно
0,39 - 0,2	Неперспективно

Для оценки перспективности разработки используют шкалу прогнозной эффективности (табл.2.3). Чем ближе  к единице, тем перспективнее ПО. По ГОТ можно определить пути повышения перспективности объекта, в первую очередь за счет улучшения наиболее важных характеристик.

На основе универсальных методов производится также инженерное прогнозирование, охватывающее период до 15 лет, которое позволяет выявить:

- какие направления займут лидирующие положения в технике;

- каковы возможные пропорции внедрения конкурирующих направлений;

- какова экономическая эффективность реализации технических направлений;

- когда можно ожидать внедрения в производство объектов техники.

2.3. Выбор основных целей проектирования

После определения перспективного направления разработки формулируются цели проектирования, исходя из учета различных сфер окружения ПО.

В зависимости от сложности и глобальности использования ПО, можно выделить следующие сферы окружения, учитывающие интересы участников планируемого создания и внедрения конкретного ПО:

1) человечества;

2) государства;

3) отрасли;

4) предприятия-заказчика;

5) проектной организации (разработчика);

6) отдела (подразделения);

7) личные.

Конечно, цели и интересы не всех уровней могут быть отражены в ТЗ, а только наиболее важные. Однако целесообразно проанализировать важность всех целей (например, в том числе и личных), чтобы учитывать их при организации работ по созданию ПО.

Для реализации процедуры определения основных целей проектирования строится граф целей, который является многоуровневым (число уровней соответствует количеству учитываемых сфер окружения) и направленным (ребра направлены от верхних уровней, учитывающих интересы высших сфер окружения, к нижним). На каждом уровне выбираются цели проектирования и определяются их относительные веса таким образом, чтобы их сумма в пределах каждого уровня интересов равнялась единице. Для нахождения относительных весов можно использовать, например, метод экспертных оценок. Ребра графа отображают связи между целями различных уровней.

При составлении графа в каждом конкретном случае нужно прежде всего решить, начиная с какого уровня следует учитывать сферы окружения. Проектируемое изделие не всегда влияет на интересы государства и тем более всего человечества. Однако чрезмерное усечение уровней может оказать неучтенное воздействие в сферах более высокого уровня.

Определение основных целей проектирования по графу целей сводится к расчету абсолютных весов всех целей и ранжированию их по величине абсолютного веса. Для нахождения абсолютного веса цели необходимо рассчитать коэффициенты связи этой цели с другими целями. Число коэффициентов связи равно числу входящих в данную вершину ребер. Коэффициент связи представляет собой произведение относительных весов связанных между собой целей

C _{i–j, k–m} = r _i–j  r _k–m,

где r _i–j - относительный вес цели, находящейся на i-м уровне, j-й по номеру; r _k–m - относительный вес цели, находящейся на k-м уровне, m-й по номеру.

Абсолютный вес рассчитывается по формуле

где N - число коэффициентов связи рассматриваемой цели.

После первой итерации определения основных целей и анализа результатов проектировщик может подкорректировать граф целей или “обрезать” его, удалив вершины (а в некоторых случаях целые цепи), имеющие малый абсолютный вес, после чего снова проводится расчет абсолютных весов и ранжирование целей. В результате нескольких итераций на графе остаются вершины, определяющие наиболее важные цели, на достижение которых и должно быть направлено проектирование. Выделить наиболее важные цели можно также путем наложения ограничения на минимальную величину абсолютного веса целей после их ранжирования, в результате чего цели, имеющие меньший вес, будут отброшены.

Для формализации процедуры определения основных целей проектирования в ЭВМ вводится матрица смежностей, кодирующая граф, в которой по строкам располагаются вершины-предшественники (из которых выходят ребра графа), а по столбцам - вершины-последователи (в которые ребра входят). Если между вершинами есть связь, то на пересечении соответствующей строки и столбца ставится единица, если связи нет - ноль. Матрица представляет собой треугольную матрицу размерностью nn, где n - число вершин (целей) в графе. Указываются также относительные веса каждой цели, после чего вычисляются абсолютные веса целей по следующему алгоритму:

1) матрица смежностей преобразуется в матрицу весов путем замены единиц коэффициентами связи (единица заменяется произведением относительных весов связанных между собой целей);

2) проводится суммирование по столбцам значений элементов матрицы весов (для каждой цели получается сумма коэффициентов связи);

3) к полученным результатам добавляется относительный вес соответствующей каждому из столбцов цели (для каждой цели получается абсолютный вес);

4) проводится ранжирование целей по величине абсолютного веса.

Таким образом, схема алгоритма функционально отображает циклический просмотр столбцов матрицы смежностей слева направо с заменой ее значащих элементов на произведения относительных весов вершин, соответствующих строке и столбцу матрицы, и суммирование элементов столбцов преобразованной матрицы с добавлением к ним относительного веса цели, соответствующей столбцу матрицы.

2.4. Определение основных признаков проектируемого объекта

Под признаками понимаются в первую очередь характеристики свойств, обусловленные природой ПО и факторами его окружения, которые могут быть как количественными, так и качественными. ТС характеризуются множеством признаков, которые в массиве информации могут быть сведены в следующие восемь групп.

1. Показатели назначения, характеризующие эксплуатационно-технологические свойства объекта и прогрессивность его конструкции. К ним относятся: функциональные и технической эффективности (например, производительность, степень автоматизации, степень интеграции технологических операций, возможность встраивания в чистые технологические помещения и др.); конструктивные (состава и структуры, например, число модулей, тип компоновки, тип системы транспортирования и др.); массогабаритные и другие показатели, отображающие специфику конструкции.

2. Показатели качества, выступающие в роли результирующей оценки и определяющие категорию качества ПО. Современные ТС должны соответствовать высшей категории качества (технико-экономические показатели выше или на уровне мировых достижений) или первой (отвечают стандартам и соответствуют современному уровню народнохозяйственных требований). К показателям качества относятся, например, коэффициент выхода годных, минимальный воспроизводимый размер элемента БИС, уровень привносимой дефектности и др.

3. Показатели надежности, определяющие безотказность (вероят-ность безотказной работы, средняя наработка на отказ, интенсивность отказов), долговечность (средний срок службы, средний ресурс, назначенный ресурс), ремонтопригодность (среднее время восстановления, вероятность восстановления в заданное время), сохраняемость (средний срок сохраняемости при хранении и транспортировке).

4. Показатели технологичности, оценивающие трудоемкость изготовления, материалоемкость, степень стандартизации и унификации (коэффициенты применяемости, повторяемости, межпроектной унификации).

5. Показатели, определяющие ограничение вредных воздействий, к которым относятся показатели безопасной работы и обслуживания, характеризующие активную защиту (наличие сигнализации, автоматических устройств блокировки, надежность элементов и др.) и пассивную (наличие ограждающих защитных конструкций), а также экологические показатели (наличие и содержание вредных излучений и выделений в окружающую среду).

6. Показатели, отображающие условия эксплуатации, обслуживания и ремонта. К ним относятся показатели эргономические (антропометрические, гигиенические, физиологические, психофизические), эстетические (композиционная целостность формы, товарный вид и др.), качественной работоспособности (точность, стабильность работы), ресурсопотребности (затраты трудовых, материальных и энергетических ресурсов, основных и оборотных фондов), ремонтопригодности и др.

7. Показатели экономичности, например, себестоимость единицы продукции, срок окупаемости.

8. Показатели патентной чистоты и патентной защиты, в качестве которых выступают два показателя. Обобщенный показатель патентной чистоты представляет отношение числа государств, по которым объект обладает патентной чистотой, к общему числу ведущих стран по данному типу ПО. Показатель патентной защиты определяет оригинальность и защиту патентами составных частей ПО и представляет отношение числа составных частей, защищенных патентами, к общему числу составных частей ПО. Важность составной части ПО можно учитывать с помощью весового коэффициента.

Выбор основных признаков ПО сводится к построению подмножества признаков Р₀, элементы которого вступают в бинарные отношения с элементами выбранного ранее подмножества основных целей проектирования А₀. Для формирования бинарных отношений φ= АР необходимо в массиве информации в базе знаний иметь как массив признаков ПО Р, так и массив целей проектирования А.

Для автоматизированного выполнения процедуры определения основных признаков ПО нужно построить полные множества целей А и признаков Р, ввести их в банк данных САПР, установить между ними бинарные отношения φ= АР и произвести срез внутри этих отношений по выбранному подмножеству целей А₀.

Бинарные отношения между целями и признаками можно отразить в виде матрицы соответствий АР:

Строки матрицы соответствуют целям проектирования, а столбцы - основным признакам.

Коэффициенты матрицы принимают значения 0 и ±1. Если признак соответствует цели и для ее достижения показатель должен быть увеличен, то на пересечении соответствующего столбца и строки ставится +1, а если уменьшен - то –1. Если же цель и признак не связаны между собой, то ставится ноль.

В настоящее время процедура определения основных признаков ПО выполняется опытным конструктором и совмещается с разработкой ТЗ. При ее выполнении выбираются последовательно наиболее важные цели, определенные с помощью графа целей, и выявляются признаки, с которыми эта цель связана.

Наиболее существенные, по мнению конструктора, признаки, главным образом измеряемые количественно, включаются в ТЗ, другие - учитываются как критерии и критериальные ограничения при выборе наиболее рационального варианта и оптимальных параметров ПО. Одним из основных итоговых документов, на базе которого формируется ТЗ на разработку ПО, является концептуальное описание.

2.5. Алгоритм составления концептуального описания

Концептуальное описание (КО) составляется на основе целевого описания и матрицы соответствий целей и признаков и включает выражение потребности в проектировании, цели в ранжированной последовательности, признаки, соответствующие основным целям.

КО состоит из головной части а_о, выражающей признаки назначения и носящей предметно-ориентированный характер (описывает, что нужно сделать и что представляет собой объект разработки), и основной части, содержащей основные цели проектирования в ранжированной последовательности с указанием признаков, соответствующих этим целям.

КО = {a₀ [ a₁ | (a₁, p) φ, a₂ | (a₂, p)  φ, ..., a_n | (a_n, p)  φ]},

где а₀ В₁В₂, В₁={УЛУЧ., СОЗД., ОБЕСП....} - описывает, что нужно сделать; В₂={МАШ.-D, УСТ.-D, ОБОР.-D, ПРОЦ.-D..} - указывает, над каким объектом осуществляется действие; D - множество идентификаторов, присвоенных различного вида объектам в данной предметной области техники (как правило, соответствует кодам, принятым в ЕСКД).

Составление КО идет в диалоге конструктора с ЭВМ по следующему алгоритму (рис. 2.1):

1) конструктор обращается к массиву информации, вызывает матрицу соответствий |AP|;

2) просматривает матрицу и выбирает цели, вошедшие в целевое описание (основные цели проектирования А₀);

3) если какой-либо цели не оказалось в матрице соответствий, вводятся дополнительно отсутствующие цели;

4) формируется матрица |A₀P₀| путем просмотра признаков и выбора тех из них, которые соответствуют А_доп. Для А₀, входящих в матрицу |AP|, выбор Р₀ осуществляется автоматически;

5) проводится преобразование данных, содержащихся в матрице соответствий |A₀P₀|, и информации, полученной при выполнении процедуры определения потребности проектирования, в форму концептуального описания.

В процессе составления КО конструктор имеет возможность его корректировать. В заключение КО записывается на магнитный носитель.

2.6. Составление ТЗ с помощью ЭВМ

САПР и автоматизация производства в будущем изменят форму КД. Отпадет необходимость представления ее в виде текстов и чертежей на бумаге. В частности, основу ТЗ на проектирование составит концептуальное описание на каком-либо носителе.

Наличие стандарта на порядок построения, изложения и оформления ТЗ делает возможным использование ЭВМ не только для выполнения процедур этой изначальной стадии проектирования, но и для составления текста ТЗ.

В ТЗ выделяется три вида информации: постоянная, исходная, переменная.

Постоянная информация связана с конкретной областью техники, определяющей специализацию проектной организации. Она не меняется независимо от ПО (стандарты, порядок согласования, контроля и приемки и т.д.). ТЗ на однотипную продукцию также содержат постоянную информацию. Постоянная информация обычно занимает более 50 %.

Исходная информация определяется заявкой на разработку. Она может содержать технико-экономические требования, лимитную цену, объем потребности и др. К исходной информации можно отнести и информацию о заказчике, изготовителе, лицах, согласующих и утверждающих ТЗ и т.п.

Переменная информация непосредственным образом связана с ПО. Она образуется в результате преобразования исходной информации при выполнении процедур определения потребности в проектировании, выбора целей и признаков объекта.

Организовывать разработку ТЗ с помощью ЭВМ следует в диалоговом режиме с последовательным выводом на терминал постоянной информации, начиная с титульного листа, запросом исходной и получением переменной информации по мере выполнения соответствующих процедур.

Прежде всего конструктор должен убедиться, что заявленный ПО действительно нужно проектировать. Для этого проводят специальные предпроектные исследования, в ходе которых выполняется процедура определения потребности проектирования. Программный комплекс, реализующий алгоритм процедуры, позволит обращением к базе данных найти аналог объекта или убедиться в его отсутствии, напомнит конструктору об условиях, при которых целесообразно развертывать сложный и трудоемкий процесс проектирования.

Разработка ТЗ идет по разделам. Разделы “Наименование и область применения”, “Основание для разработки” содержат лишь постоянную и исходную информацию, поэтому алгоритм их выполнения ограничивается применением операторов ввода-вывода.

При выполнении раздела “Цель и назначение разработки” конструктор может воспользоваться процедурой выбора целей. В ходе диалога ЭВМ подскажет конструктору основные цели проектирования на разных уровнях иерархии, позволит оценить их важность с учетом взаимосвязей. При этом конструктор может вводить новые цели, устанавливать взаимосвязь между ними, корректировать их веса с точки зрения важности.

Наиболее важным и ответственным этапом составления ТЗ является выполнение раздела “Технические требования”, где определяются признаки будущего ПО. Программа, реализующая эту процедуру, обратится к базе знаний, представленной в виде матрицы соответствий, и выберет из нее признаки, отвечающие вводимым целям. Если в ТЗ включаются цели, не вошедшие в базу знаний, то конструктору будет предложено просмотреть все множество признаков, из которого он сам выберет отвечающие вводимым целям. Программа предусматривает расчет показателей, требующих вычислений.

При выполнении подраздела “Требования к категории качества” предусматривается обращение к процедуре оценки технического уровня и качества продукции, которая включает следующие пять операций:

- выбор аналога, базового и перспективного образца и номенклатуры показателей качества;

- определение численных значений показателей качества;

- сравнение показателей качества с соответствующими базовыми, получение относительных показателей качества;

- определение комплексного показателя качества с учетом весомости единичных показателей;

- проверку соответствия показателей качества установленным требованиям.

В результате объект проектирования относится к одной из двух категорий качества: высшей или первой.

Рассмотрим порядок реализации процедуры определения качества ПО. Для выполнения первой операции необходимо обратиться к базе знаний и провести поиск существующих аналогов ПО. При наличии нескольких аналогов выбирают лучший из них по комплексному обобщенному показателю. Если аналога нет, то сопоставление ПО ведется по показателям качества перспективного образца. Под ним понимается параметрическое и структурное описание наиболее вероятного варианта машины, составленное на основе сценария развития объектов в данной области техники. Этот сценарий включает прогнозирование развития показателей ТС данного класса. Составление сценария представляется в виде самостоятельной процедуры, в процессе которой конструктор имеет возможность обращаться к базе знаний по основным факторам окружения объекта проектирования и получать прогнозную информацию. Спрогнозировав изменение факторов окружения и установив тем самым выдвигаемые ими к ПО требования, можно определить значения основных показателей ПО, удовлетворяющих этим требованиям, т.е. реализовать вторую операцию.

Получив численные оценки показателей технического уровня для аналога (или перспективного образца) и ПО, приступают к реализации третьей операции, для чего составляют карту технического уровня (КТУ), в которую включают основные показатели ПО. При выполнении процедуры оценки технического уровня и качества ПО проектировщик имеет возможность вносить в КТУ дополнительные показатели, соответствующие установленным ранее признакам ПО при составлении раздела “Технические требования”.

Далее по КТУ осуществляется операция сравнения показателей качества и определения относительных значений единичных показателей D_i. Если повышение технического уровня связано с повышением значения показателя, то для определения D_i используют соотношение D_i = P_i/P_ai, а если с понижением - D_i = P_ai/P_i, где P_ai - численное значение i-го показателя для аналога (или перспективного образца); P_i - значение того же показателя для ПО.

Получив относительные оценки, переходят к четвертой операции определения комплексного обобщенного показателя на основе выражения

,

где m_i - коэффициент весомости i-го относительного показателя качества; n - число показателей. Значение m_i выбирается в долях единицы таким образом, чтобы

.

Завершается процедура операцией сравнения полученного значения К с допустимым для установленной категории качества. В табл. 2.4 приведены установленные для машиностроительной продукции диапазоны изменения комплексного обобщенного показателя. Если полученный К не удовлетворяет нижнему пределу диапазона, то необходимо внести корректировки в значения показателей и вновь выполнить операции по определению D_i и К.

Таблица 2.4. - Значения комплексного обобщенного показателя для машиностроительной продукции.

Категория качества ПО	При сравнении с аналогом	При сравнении с перспективным образцом
Высшая	К ≥ 1,05	1 > К ≥ 0,95
Первая	1,05 > К ≥ 0,95	0,95 > К ≥ 0,85

Для выполнения раздела ТЗ “Экономические показатели” используется специальная программа, реализующая принятый в организации алгоритм расчета ориентировочной эффективности и срока окупаемости затрат на разработку и освоение производства, лимитной цены ПО и др.

В разделах “Стадии и этапы разработки” и “Порядок контроля и приемки” содержится в основном постоянная и исходная информация.

В завершении программы составления текста ТЗ следует предусмотреть вывод на печать в форматах, соответствующих требованиям ГОСТ.