Структурный синтез вариантов модернизируемых технических систем

Рассмотрены вопросы структурного синтеза вариантов, возникающих при модернизации технических объектов разного назначения

Структурный синтез вариантов модернизируемых ТС представляет сложный итерационный процесс, основными этапами которого является формирование совокупности требований по проведению модернизации систем и определение параметров их структур. При наличии данных о базовом образце модернизируемой технической системы формирования совокупности требований производится в соответствии со определенной схемой, в которой в качестве исходных данных используются такие:

- сведения о желаемом образце модернизируемой технической системы;

- состав основных (технических, боевых) характеристик, являющихся показателем оценки предпочтительных вариантов модернизации;

- структура предпочтений для построения субъективной зависимости обобщенного показателя технического (военного) уровня от значений характеристик;

- гипотеза о поведении среды и критерий принятия решений;

- ограничения на некоторые подсистемы модернизации, т.е. запрет на замену определенных подсистем (боевая головка, испытанная система наведения, блок распознавания свой-чужой и т.п. ) или элементов базовой технической системы;

- изменения в условиях функционирования модернизируемой технической системы (день-ночь, суша-вода и др.).

Считается [1], что рационально применять следующую схему поиска. На основе исходных данных на первом этапе осуществляется свертка частных показателей и определение субъективной зависимости обобщения показателя технического уровня модернизации ТС от основных характеристик.

На втором этапе с учетом основных характеристик и заданных условий функционирования ТС путем решения расчетно–логических задач определяется дополнительные исходные данные.

На третьем этапе проводится согласование с заказчиком критерия принятия решений и рассчитывается значение обобщенного показателя ТУ базовой ТС. Полученное значение на последующих шагах алгоритма сопоставляется с результатами оценки ТУ сгенерированных вариантов модернизации.

На четвертом этапе заказчик работ по модернизации ТС определяет изменения в условиях функционирования по отношению к условиям функционирования базовой ТС (типовым условиям функционирования).

На пятом этапе по заданным ограничениям на модернизацию базовой ТС формируется альтернативные технические решения и соответствующие им диапазоны значений характеристик в типовых условиях функционирования (по всем вариантам – аналогам, использующим данное техническое решение).

На шестом этапе в пределах заданных ограничений на модернизацию осуществляется перебор по всем составным частям базовой ТС и всем альтернативным техническим решениям.

На седьмом этапе решается задача генерации на интервалах значений характеристик при фиксированной на шестом этапе замене одного из технических решений.

На восьмом этапе для каждого варианта, сгенерированного на седьмом этапе по заданному набору значений характеристик в типовых условиях функционирования рассчитывается таблица значений основных характеристик во всех требуемых условиях функционирования.

На девятом этапе осуществляется оценка сгенерированных вариантов и их многокритериальном сравнении с учетом результатов оценки, проведенной на третьем этапе. Расчет обобщенных показателей ТУ вариантов модернизации в фиксированных условиях функционирования производится с использованием субъективной зависимости (свертки), полученной на первом этапе.

Если имеется несколько аналогов технической системы, формирование требований по их модернизации может осуществляться по другой схеме, при которой используются другие исходные данные, например, следующие:

- сведения об аналогах технической системы; - состав основных характеристик, являющихся показателями оценки вариантов модернизации ТС; - структура предпочтений для построения субъективной зависимости обобщенного показателя ТУ от значений основных характеристик; - гипотеза о проведении среды и критерий принятия решений; - ограничения на генерацию, т.е. запрет на использование отдельных технических решений, реализуемых в составных частях ТС;- условия функционирования ТС.

На основе исходных данных в соответствии со второй схемой на первом этапе производится формирование (уточнение) субъективной зависимости обобщенного показателя ТУ ТС от основных характеристик.

На втором этапе заказчик указывает класс объекта модернизации и описывает условия функционирования.

Не третьем этапе для каждого варианта – аналога по техническим решениям, реализованным в его составных частях, выполняются расчетно – логические процедуры, обеспечивающие получение знаний основных характеристик при указанных на втором этапе условиях функционирования.

На четвертом этапе производится согласование с заказчиком критерия принятия решений, определяется значение обобщенного показателей ТУ по совокупности условий функционирования, зафиксированных на втором этапе. После этого решается задача выбора прототипа, т.е. наилучшего варианта аналога.

На пятом этапе по заданным заказчиком ограничения локализуется альтернативные технические решения и соответствующие им диапазоны значений характеристик для типовых условий функционирования.

На шестом этапе в пределах заданных ограничений осуществляется перебор по всем составным частям прототипа и всем альтернативным техническим решениями.

На седьмом этапе решается задача генерации вариантов на интервалах значений характеристик при зафиксированной на шестом этапе замене одного из технических решений.

На восьмом этапе для каждого варианта, сгенерированного на седьмом этапе, по заданному набору значений характеристик в типовых условиях функционирования рассчитывается таблица основных характеристик для всех требуемых условий функционирования, зафиксированных на шестом этапе.

На девятом этапе производится вычисление значений обобщенного показателя ТУ сгенерированных вариантов и их сравнение с результатами оценки прототипа, полученных на четвертом этапе. Расчет значений обобщенного показателя ТУ варианта модернизации в фиксированных условиях функционирования осуществляется с помощью свертки, построенной на первом этапе. Для оценки качества варианта модернизации ТС с учетом условий функционирования используется критерий принятия решений, выбранный на четвертом этапе.

Определение параметров структур вариантов модернизируемых ТС (вариантов модернизации) осуществляется на основе информации, полученной в результате формирования исходной совокупности требований. К этой информации относятся:

- двумерная таблица требуемых значений основных характеристик для всех допустимых условий функционирования;

- процедура вычислений значений обобщенного показателя качества объекта модернизации в зависимости от текущих значений основных характеристик;

- идентификатор класса объекта модернизации и набор значений классификационных признаков для сокращения пространства поиска при решении задачи синтеза;

- описание прототипа синтезированного или выбранного из совокупности вариантов – аналогов;

- ограничения на генерацию, т.е. запрет на использование технических решений с определенными свойствами (например, не имеющих промышленно подтвержденных реализаций или недопустимых в сочетании с другими техническими решениями).

В расчетах используют схему определения параметров структур вариантов модернизируемых ТС, которая основана на преобразовании прототипа и, в зависимости от использованных наборов логических принципов правил генерации вариантов, имеет три модификации: работа в диалоге с проектировщиком; целенаправленное преобразование прототипа; генерация оригинальности комбинаций технических решений.

Если генерация вариантов модернизации ТС реализуется в диалоге с проектировщиком или путем поиска оригинальных комбинаций технических решений, то осуществляется переход к решению расчетно – логических задач. При генерации вариантов путем целенаправленного преобразования прототипа выполняется определение одной основной характеристики, по которой прототип максимально уступает заданным требованиям. Производится сравнение векторов основных характеристик для типовых условий функционирования.

Логическая задача оценки значений конструктивно – технических характеристик альтернативных вариантов модернизации ТС решается при условии, что по выделенной характеристике заданное требование выполняется, а все остальные сохраняют значения прототипа. С использованием логического вывода генерируется группа вариантов путем замены у прототипа технических решений составных частей при соблюдении заданных заказчиком ограничений на генерацию.

Правило замен – частичное или полное соответствие конструктивно – технических характеристик значениям, рассчитанным на втором этапе (все ограничения на совместимость объектов, а также направления рационального поиска замен сформулированы в виде правил: если – то - иначе). Если варианты генерируются в диалоге с проектировщиком, то правила описывают только недопустимые комбинации технических решений объектов.

При генерации путем целенаправленного преобразования прототипа или генерации оригинальных комбинаций технических решений к ним добавляются правила поиска и замены альтернативных технических решений.

Для каждого из сгенерированных вариантов определяются основные характеристики по значениям конструктивно – технических характеристик, соответствующих техническим решениям составных частей варианта модернизации ТС.

В итоге, решается задача многокритериального сравнения вариантов. Если параметры лучшего из вариантов превосходят аналогичные параметры прототипа, то об этом информируется заказчик, который может решить вопрос об использовании полученных результатов в качестве исходных данных для новой оценки.

Литература

1. А.П. Бочков, Д.П. Гасюк, А.Е. Филюстин. Модели и методы управления развитием технических систем. / СПб: Издательство «Союз», 2003. -288 с.

Воронежский государственный технический университет

Воронежский авиационный инженерный университет

УДК 303.1

В.Н.Старов, М.Л. Федюнин, Л.А. Кукарских