Модернизация технических систем методология и технология выбора решений. Монография
.pdf
В.В. Литвиненко
МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ: МЕТОДОЛОГИЯ
И ТЕХНОЛОГИЯ ВЫБОРА РЕШЕНИЙ
Монография
МОСКВА
2023
УДК 005.591.6+ 629.5.083.7 ББК 40.72стд1−09
Л64
Рецензенты:
Бебешев В.Т., профессор, доктор технических наук; Ягубов В.Ф., доцент, доктор технических наук.
Литвиненко В.В.
Л64 Модернизация технических систем: методология и технология выбора решений: Монография / В.В. Литвиненко. — М.: Прометей, 2023. — 142 с.
ISBN 978-5-00172-506-0
В монографии рассмотрены три аспекта теоретической базы модернизации технических систем — концептуальный, аналитический и технологический. В концептуальном плане обсуждена аксиоматика модернизации систем, что позволило дать четкое определение понятия «модернизация технической системы», под которой понимается не всякие улучшения технической системы, а только те, при которых повышается ее качество функционирования. Сформулированы шесть задач и семь видов модернизации технических систем, а также восемь принципов ее осуществления
Аналитическую основу процесса модернизации технических систем составляет комплекс математических моделей, содержащий десять групп моделей — четыре группы моделей свойств технических систем, четыре группы прогностических моделей «внешней» среды технических систем и две группы моделей прогноза затрат на модернизацию и прогноза сроков ее осуществления.
Технология выбора решений для модернизации технических систем опирается на методы оценки необходимости, возможности и целесообразности модернизации и на методы построения области возможных технических решений. Сформированы логические схемы целенаправленного поиска рационального варианта модернизации, обеспечивающего при минимуме затрат и в заданный срок требуемый уровень качества модернизированной технической системы.
|
© Литвиненко В.В., 2023 |
ISBN 978-5-00172-506-0 |
© Издательство «Прометей», 2023 |
Оглавление |
|
Введение......................................................................................... |
5 |
Глава 1. Методологические аспекты модернизации |
|
технических систем....................................................................... |
8 |
1.1. Современное состояние методологии |
|
модернизации систем.............................................. |
8 |
1.2. Базовые понятия и определения.............................. |
10 |
1.3. Показатели модернизации ТС.................................. |
19 |
1.4. Вербальная формулировка задачи модернизации ТС.... |
23 |
1.5. Виды и типы модернизации образцов ТС................... |
25 |
1.6. Принципы модернизации техническим систем........... |
29 |
1.7. Базисный граф модернизации................................. |
32 |
1.8. Предмет и «аналитическое ядро» теории |
|
модернизации образцов технических систем.............. |
37 |
Глава 2. Комплекс математических моделей, система |
|
показателей и критериев для решения задач модернизации.... |
40 |
2.1. Общая характеристика комплекса |
|
математических моделей для решения задач |
|
модернизации ТС................................................... |
40 |
2.2. Система критериев, используемых в процессе |
|
модернизации технических систем........................... |
43 |
2.3. Моделирование системообразующих свойств |
|
образцов ТС в интересах их модернизации................. |
46 |
2.4. Особенности моделей оценки обеспечивающих |
|
свойств образцов ТС............................................... |
60 |
2.5. Прогностические модели........................................ |
61 |
Глава 3. Технология решения задач модернизации |
|
образцов технических систем .................................................... |
69 |
3.1. Структура требований к модернизации ТС................. |
69 |
3.2. Анализ функционирования исходного ТС ................. |
72 |
3.3. Распределение требований по элементам |
|
и отношениям....................................................... |
74 |
3.4. Оценка целесообразности модернизации ТС............... |
76 |
3
3.5. Формирование области возможных технических |
|
решений для модернизации ТС................................ |
81 |
3.6.Анализ методов поиска рациональных технических решений при модернизации образцов ТС.85
Глава 4. Формирование логических схем выбора решений для модернизации образцов технических систем.....90
4.1. Синтез аппроксимирующих показателей |
|
и решающих правил выбора технических |
|
решений при модернизации ТС................................ |
91 |
4.2. Синтез логической схемы в случае распределения |
|
требований к ТС по элементам и отношениям............ |
96 |
4.3. Синтез логической схемы в случае задания |
|
требований только к ТС в целом............................... |
99 |
Список использованных источников....................................... |
103 |
Приложение 1. Порядок прогнозирование показателей |
|
развития конкурирующих образцов ТС экспертным методом.107 |
|
Приложение 2. Межотраслевой фонд эвристических |
|
приемов преобразования объекта..................................... |
128 |
ВВЕДЕНИЕ
Совершенствование образцов технических систем (ТС) осуществляется в двух направлениях: создание новых высокоэффективных систем и модернизация серийных образцов. Традиционно основные усилия специалистов направлялись на разработку новых образцов с повышенными качественными показателями. Модернизация рассматривалась как вспомогательное средство поддержания на необходимом качественном уровне техники. Однако в последние десятилетия в развитии техники проявилась тенденция роста значения модернизации. Повышение роли модернизации ТС вызвано рядом причин.
Во-первых, современные темпы развития науки и техники резко сократили сроки морального старения систем. Считается, что в настоящее время поступающие в эксплуатацию новые образцы техники вследствие больших затрат времени на испытания и производство уже не соответствуют требованиям сегодняшнего дня, по крайней мере, на 10%. С другой стороны, существенно возросла стоимость разработки высокоэффективных технических систем. Это привело к тому, что в рамках приемлемых для общества затрат невозможно обеспечить необходимую периодичность замены технических систем новыми образцами.
Во-вторых, создание все усложняющихся технических средств на базе новейших, но недостаточно проверенных на практике достижений науки, техники и технологий ведет к возрастанию технического риска, что может быть исключено при усовершенствовании технических систем путем модернизации.
В-третьих, модернизация технических систем позволяет в современных условиях существенно снизить затраты средств на достижение требуемого качественного уровня техники.
В то же время практика модернизации различных технических систем показывает, что реальная модерниза-
5
ция систем осуществляется медленно и недостаточно обоснованно. В итоге модернизация зачастую не дает желаемых результатов несмотря на большие затраты средств на ее проведение. Одной ив основных причин недостаточной результативности модернизации является отсутствие теоретической базы, позволяющей целенаправленно, в требуемые сроки и с минимальными затратами, находить рациональные варианты.
Всоздании теоретической базы модернизации технических систем можно выделить три аспекта.
Первый аспект связан с разработкой концептуальной части теории модернизации технических систем. Многозлементность, иерархическое построение, наличие сложных межуровневых связей в современных технических системах обусловливают необходимость рассмотрения процессов их модернизации с позиций системного подхода.
Второй аспект создания теории модернизации технических систем связан с разработкой конкретных аналитических средств, позволяющих оценить возможность, целесообразность и осуществить выбор рационального варианта модернизации различных технических систем.
Наконец, третий аспект создания теории модернизации технических систем связан с разработкой технологии выбора решений для модернизации технических систем.
Вмонографии изложены вопросы, относящиеся
куказанным аспектам теории модернизации технических систем.
Глава 1 монографии посвящена вопросам методологии модернизации технических систем. Излагаются базовые понятия и определения, рассматриваются показатели, виды, типы и принципы модернизации технических систем. Строится базисный граф модернизации как методологическая основа решения задач модернизации технических систем.
Вглаве 2 рассматривается системно-ориентированная часть аналитического ядра теории модернизации техни-
6
ческих систем, содержащая десять групп математических моделей: четыре группы моделей оценки свойств технических систем, четыре группы прогностических моделей «внешней» среды технических систем, две группы моделей прогноза затрат на модернизацию и прогноза сроков ее осуществления.
Глава 3 монографии посвящена технологии модернизации технических систем, то есть рассмотрению аналитических средств процессов выбора решений при модернизации, к которым относятся методы оценки необходимости, возможности и целесообразности модернизации.
В главе 4 рассматриваются вопросы формирования области возможных технических решений для модернизации ТС и приводятся логические схемы поиска и выбора рациональных вариантов модернизации технических систем.
Глава 1 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОДЕРНИЗАЦИИ
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1.1. Современное состояние методологии модернизации систем
Методологические аспекты модернизации систем в отечественной и доступной зарубежной научной литературе специально не рассматривались. Но отдельные методологические вопросы модернизации в той или иной степени затронуты в работах по системному анализу, системотехнике и проектированию систем. Так, в ряде работ [1–3] совершенствование (модернизация) системотехнических комплексов выделяется в отдельный этап их жизненного цикла и отмечаются некоторые особенности этого этапа по сравнению с созданием новых системотехнических комплексов. Однако авторы ограничились лишь постановкой некоторых задач модернизации систем, не рассматривая методологию их решения.
В трудах по прикладным вопросам общей теории систем [4, 5] уделяется достаточно большое внимание методу улучшения (модернизации) систем. Но для большинства исследователей процессов проектирования систем характерно узкое понимание процесса улучшения (модернизации) систем — лишь как устранения причин отклонений от заданных норм работы системы. Кроме того, часто исследователи исходят из предпосылки, что при улучшении (модернизации) системы используются методы, исследующие ее в отрыве от других систем, что может быть успешным лишь в отдельных случаях модернизации только тех систем, которые практически не зави-
8
сят от других систем. В результате методы улучшения (модернизации) систем противопоставляются методам системного проектирования. В действительности же методы системного проектирования могут быть успешно использованы при модернизации систем.
Вработах по современным методам проектирования [6–12] практически не затрагиваются вопросы модернизации систем. Лишь при обсуждении стратегий проектирования отмечается, что для модернизации существующих конструкций целесообразно воспользоваться заранее заданными, или готовыми, стратегиями типа упорядоченного поиска, стоимостного анализа, системотехники, кумулятивной стратегии Пейджа и др. Однако методология применения этих стратегий к модернизации систем не обсуждается.
Внекоторых работах [7, 8] с методологической точки зрения представляют интерес предлагаемые оптимальные стоимостные характеристики системы и ее элементов, с помощью которых могут быть решены некоторые вопросы определения целесообразности модернизации систем. Вместе с тем в этих характеристиках не учтены временные параметры создания или совершенствования системы и ее элементов.
Методология эволюционного синтеза систем, развиваемая рядом исследователей [13, 14], ориентирована на создание систем с максимальным использованием отработанных технологических процессов, унифицированной элементной базы и возможностью расширения
исовершенствования ее функциональных возможностей в течение жизненного цикла. Однако методология эволюционного синтеза охватывает лишь этап проектирования системы и не рассматривает методологические вопросы модернизации систем, находящихся в производстве и эксплуатации. Кроме того, рекомендации методологии эволюционного синтеза носят общефилософский характер
итребуют конкретизации при модернизации реальных технических систем.
9
Наибольший интерес, с методологической точки зрения, представляет проводимая в США политика в области модернизации систем оружия.
Впоследние десятилетия при разработке и создании новых образцов вооружения и военной техники в США применяется метод заблаговременного планирования модернизации Р3I (Pre-PlannedProduct Improve). Метод Р3I является развитием предыдущих методов модернизации систем РI и Р 2I. Метод РI имел цель устранить недоработки системы, выявленные в эксплуатации. Метод Р2I обеспечивал планирование работ по модернизации еще на этапе полномасштабной разработки системы. Сущность метода Р3I заключается в том, что еще в период формирования концепции создания образца вооружения
ивоенной техники должны быть определены требования по дальнейшему совершенствованию системы в процессе эксплуатации путем поэтапной замены ее элементов новыми, созданными на базе перспективных технических
итехнологических решений. Однако содержательная часть метода ограничена только общей постановкой задач модернизации технических систем.
Таким образом, современное состояние дел в области методологии модернизации характеризуется недостаточным вниманием к всестороннему, комплексному рассмотрению этого сложного процесса. Небольшое количество работ по модернизации техники затрагивает лишь отдельные стороны методологии совершенствования систем. Опыт решения других сложных проблем в различных областях техники показывает, что успех сопутствует исследователям там, где применяются методы, основанные на системном, комплексном рассмотрении проблемы.
1.2.Базовые понятия и определения
Воснове любых теоретических построений лежат несколько исходных понятий, постулатов, аксиом. Очевидно, для методологии модернизации систем к таким
10