Модернизация технических систем методология и технология выбора решений. Монография

понятиям нужно отнести, в первую очередь, понятие «модернизированная система». В научной литературе

вданное понятие вкладывается различный смысл. Одни исследователи термин «модернизация» отождествляют с любым улучшением системы [16], другие различают эти два термина [15]. Расплывчата граница и между понятиями «модернизированная­ система» и «новая система».

Интуитивно ясно, что различия в понятиях «улучшенная система», «модернизированная система», «новая система» свя­заны с количественными изменениями

всистеме, но трудность заключается в том, что, как показала история решения парадокса «Куча», открытого древнегреческим философом Эвбулидом, практически невозможно точно определить момент перехода количественных изменений в качественные, то есть момент изме­нения понятий. Это не значит, что попытки дать определение перечисленным понятиям не имеют смысла. Наоборот, дать определение понятию «модернизированная система» необходимо, чтобы, пусть не абсолютно точно, но все же более четко выделить границы предмета исследования.

Поскольку понятие «модернизированная система» представляет­ собой конкретизацию более общего понятия «система», то прежде всего определимся в отношении содержания понятия «система».

Понятию «система» обычно сопутствуют понятия «элемент», «свойство», «отношение», «взаимосвязь» и «взаимодействие».

Под «элементом» системы обычно понимают такой объект, выполняющий определенные функции, который

вусловиях данной задачи (уровня исследования) не подлежит расчленению на части [15, c. 47].

Под «отношением» будем понимать связи, установленные между элементами системы. В отношении участвуют не менее двух элементов системы [16, c. 83]. Термин «отношение» является емким,­ включающим в себя такие понятия, как структура, органи­зация, сцепление,

11

связь, соединение, взаимосвязь, взаимодействие,­ корреляция, зависимость, информация и др. «Свойством» будем называть то, что присуще элементам и системам, что отличает их от других элементов и систем или делает их похожими на другие элементы или системы. Каждый элемент или система обладают большим числом свойств. В отличие от отношения свойство является атрибутом одного объекта (элемента или системы) [16, c. 83].

Введем обозначения: S — система: А(аi) — множество элементов системы S; В(bi) — множество свойств системы S; D (dk) — множество отношений между элементами системы S. Определим понятие «система» в терминах перечисленных множеств.

В современной научной литературе существует большое число различных определений понятий системы [1–3, 5, 13, 15–21]. Наиболее распространенные из них приведены в таблице 1.1. Различия этих определений сглаживаются, если их выразить в терминах множеств элементов, свойств и отношений. Правый столбец таблицы 1.1 показывает, что все определения сводятся к двум видам формальной записи: в виде упорядоченной пары S = <А,D> или в виде тройки S = <А, В, D>. Последняя запись является преобладающей в определениях, касающихся технических систем.

Представление системы в виде упорядоченной пары S = <А,D> используется для расширения множества рассматриваемых классов систем, с включением в него систем понятий, знаков, идей, абстракций. В этих определениях свойства В системы также присутствуют, но в неявном виде. Так, Матвеевский С.Ф. [20] одним из признаков множества А считает его характеристические свойства, то есть свойства, позволяющие отнести данную систему к определенному классу. Дж. Ван Гиг [4] при раскрытии понятий, характеризующих систему, отмечает, что «системы, подсистемы и их элементы обладают признаками (свойствами и характеристиками».

Балашов Е.П. [13] подчеркивает, что «принадлежность

12

системы (подсистемы) к тому или иному типу определяется наличием совокупности определяющих свойств». Аналогично Дж. Клир [17], выделив систему, как упорядоченную пару S = <А,D>, затем вводит для нее множество переменных, которые используются для обозначения абстрактных образцов свойств. Наконец, Перегудов Ф.И. и Тарасенко Ф.П. [16] не включили свойства в определении системы, поскольку считают, что свойство есть частный случай отношения: свойство является одноместным (унарным) отношением.

Таким образом, в качестве исходного понятия для построения методологических основ модернизации технических систем целесообразно принять понятие системы, формально представленное тройкой

13

Окончание табл. 1.1

Определимся теперь с понятием «модернизированная система». Существует множество определений термина «модернизация». В таблице 1.2 представлены наиболее характерные из них.

Как следует из содержательной части этих определений, термин «модернизация» в настоящее время трактуется в различных областях техники широко: от повышения эффективности системы до изменения ее внешнего вида.

14

Для более конкретного выделения границ процесса модернизации образцов ТС введем следующие определения.

Таблица 1.2

Определение термина «модернизация»

№ Вербальное определение термина п/п

1Модернизация — один из путей (способов) улучшения функциональных свойств, внешнего вида промышленных изделий, повышения их эксплуатационной надежности, состоящий в изменении отдельных деталей, узлов конс­трукции или внешней формы без принципиального преобразования [23, с 305]

2Модернизация — изменение в соответствии с новейшими, современными требованиями и нормами, например, модернизация технического оборудования, производственного процесса и т.п. [24, c. 402]

3Под модернизацией действующего оборудования понимается внесение в его конструкцию изменений, серьезно повышающих технический уровень и улучшающих экономическую характеристику этого оборудования [25, c. 2]

4Модернизация военной техники — обновление морально устаревающих образцов военной техники путем изменения конструкции, материала или технологии изготовления в целях значительного улучшения их характеристик и повышения эффективности их использования. [26 с. 190]

Определение 1. Элемент asi ТС (системы S) будем называть системоопределяющим, если при его отсутствии ТС (система S) прекращает свое существование. Так, например, для любого автомобиля одним из системоопределяющих элементов является двигатель. При его отсутствии автомобиль превращается в повозку.

Определение 2. Элемент aei ТС (системы S) будем называть несистемоопределяющим, если его отсутствие

15

изменяет свойства ТС (системы S), но не прекращает его существования. Кондиционер является несистемоопределяющим элементом автомобиля, поскольку его отсутствие лишь снижает комфортность автомобиля, но не прекращает его функционирования в качестве автомобиля.

Согласно определениям 1, 2 множество элементов А систе­мы может быть представлено в виде:

где AS = {аSi} — множество системоопределяющих элементов системы S;

An = {аSi} — множество несистемоопределяющих элементов системы S.

Для определенности будем считать, что любые функциональные и морфологические изменения исходной системы направлены на улучшение ее свойств. Тогда определения 1,2 позволяют сделать следующие утверждения.

Утверждение 1. Система Sn является новой относительно исходной системы S, если ее качество выше, а множества Аn и A элементов этих систем не совпадают и не существует ни одного из системоопределяющих элементов аnsi системы Sn, принадлежащего множеству системоопределяющих элементов исходной системы S.

Утверждение 2. Система Sm является модернизированной относительно исходной системы S, если ее качество выше (существует хотя бы одно свойство из множества Bk, влияющих на качество функционирования системы, подвергнувшееся изменению), множества Am и A элементов этих систем не совпадают, но существует хотя бы один из системоопределяющих элементов аmsi системы Sm, который принадлежит множеству As системоопределяющих элементов исходной системы S.

Утверждения 1, 2 позволяют отличать новую систему от модернизированной, то есть устанавливают верхнюю границу понятия «модернизированная система». Для уточнения нижней границы данного понятия (выявления

16

различий между «улучшенной» и «модернизированной» системой) введем следующие определения.

Определение 3. Свойство ТС (системы S) bsj будем называть системообразующим, если его отсутствие приводит к изменению целевого назначения ТС (системы S). Так, одним из системообразующим свойств автомобиля является его подвижность. При ее отсутствии автомобиль теряет возможность транспортировать грузы.

Определение 4. Свойство bpi будем называть обеспечивающим, если его отсутствие не изменяет целевого назначения ТС (системы S), но оно оказывает влияние на качество функционирования ТС (системы S). Так, ремонтопригодность является обеспечивающим свойством автомобиля, поскольку она оказывает влияние на качество функционирования автомобиля в эксплуатации, но отсутствие высокого уровня ремонтопригодности автомобиля не изменяет его целевого назначения.

Определение 5. Свойство системы bеi будем называть внешним, если оно обеспечивает функционирование систем, составляющих внешнюю среду системы S.

Определение 6. Свойство системы bki будем называть внутренним, если оно характеризует отношения подсистем и элементов системы S.

Определение 7. Внутреннее несистемообразующее свойство bii будем называть обеспечивающим, если оно оказывает влияние на качество функционирования системы S.

Определение 8. Внутреннее несистемообразующее свойство bаi будем называть автономным, если оно не оказывает влияние на качество функционирования системы S.

Из определений 3−6 следует, что внешние свойства системы могут быть несистемобразующими, так и системообразующими.

Согласно определениям 3−8 множество В свойств системы имеет вид:

17

где Bs — множество внутренних системообразующих свойств системы S;

BI — множество внутренних обеспечивающих свойств системы S;

Ba — множество внутренних автономных свойств системы S;

Be — множество внешних несистемообразующих свойств системы S.

Совокупность свойств системы, содержащихся во множествах ВS и Bi, совпадает с совокупностью свойств, характеризующих «качество» системы, согласно ГОСТ 15467−70 [27].

Это позволяет ввести следующие обозначения:

Bm — множество свойств, влияющих на качество функционирования системы S; Bm = BS Bi;

Bb — множество свойств, не влияющих на качество функционирования системы S; Bb = Be Ba.

Определения 3–8 позволяют сделать следующие утверждения.

Утверждение 3. Система Sm является модернизированной или улучшенной относительно исходной системы S, если соблюдаются условия утверждения 2 и существует хотя бы одно свойство из множеств Bm, влияющих на качество функционирования системы, подвергнувшееся изменению.

Утверждение 4. Система SU называется улучшенной относительно исходной системы, если соблюдаются условия утверждения 2 и существует одно или несколько свойств только из множества Bb свойств, не влияющих на качество функционирования системы S, подвергнувшихся изменению.

Таким образом, под «модернизацией» ТС будем пони-

мать не всякие ее улучшения, а только те, при которых повышается ее качество функционирования, но сохраняется хотя бы один из системоопределяющих элементов исходной ТС.

18

1.3. Показатели модернизации ТС

Под показателем оценки любого объекта или процесса понимается количественная или качественная характеристика какого-либо свойства системы или процесса, являющуюся результатом измерения, расчета [22].

Отметим, что необходимое качество функционирования может быть обеспечено­ как модернизацией существующего ТС, так и созданием нового ТС. Следовательно, принятие решения и проведение модернизации должны осуществляться на основе до­полнительной информации о предпочтении модернизации по отношению к созданию нового ТС. Такую информацию полностью определяют два главных результирующих фактора процессов создания и модернизации техники — ресурсы (стоимость) С и время Т, затраченные на создание или модернизацию.

Это значит, что выбор варианта при модернизации должен опираться на три показателя: показатель качества функционирования Wi, показатели стоимости Сi и времени Ti реализации альтернативы. Перечисленные показатели являются противоречивыми. Выбор варианта в подобных задачах обычно осуществляется на основе выработки рационального решающего правила, устанавливающего разумный компромисс между показателями. Чаще всего в системном анализе и исследовании операций для решения задач с несколькими оценочными показателями (задач с векторным показателем) используют методы, приведенные в таблице 1.3 [16, c. 211–220; 22, c. 252–265].

В методах построения обобщенных показателей и функции ценности неявно присутствует допущение, что недостаток в одном из показателей может быть всегда скомпенсирован за счет другого. Для задачи модернизации системы подобное неприемлемо, поскольку, во-первых, это может привести к выбору дешевых, но неэффективных (или наоборот — достаточно эффективных, но очень дорогих) вариантов модернизации, во-вторых, важность

19

и ценность отдельных показателей модернизации зависят от условий ее проведения и могут меняться в процессе модернизации (например, в начале модернизации наиболее важным показателем может быть стоимость, а в ходе модернизации на первый план могут выйти сроки ее осуществления).

Таблица 1.3

Методы решения задач с несколькими оценочными показателями (с векторным показателем)

20