Модернизация технических систем методология и технология выбора решений. Монография

21

Метод последовательных уступок целесообразно применять в задачах, имеющих естественное упорядочение показателей по важности, причем каждый показатель настолько более важен, чем последующий, что возможно учитывать только попарную связь показателей. Модернизацию образцов ТС нельзя отнести к указанным задачам, поскольку при выборе варианта модернизации нет явного упорядочения показателей по важности (в одних случаях наиболее важным является качество функционирования модернизированного ТС, в других — его стоимость, в третьих — сроки проведения модернизации).

Таким образом, в задачах модернизации нецелесообразно применение шести из восьми методов, представленных в таблице 1.3. Оставшиеся два метода используют одну и ту же идею — выделение главного показателя с наложением ограничений на значения остальных. Однако итеративный метод предпочтительней, поскольку более гибок, особенно при недостаточности информации для задания

22

конкретных границ значений показателей. Многошаговость этого метода позволяет скорректировать значения ограничений в ходе решения задачи модернизации.

В качестве главного показателя в задачах модернизации образцов ТС в зависимости от внешних условий может быть принят любой из трех указанных показателей — качество функционирования системы, стоимость модернизации или сроки ее проведения. Вместе с тем, опыт модернизации различных образцов ТС показывает, что в большинстве случаев модернизация имеет цель снизить затраты, то есть главным показателем модернизации целесообразно принять затраты на ее проведение.

1.4. Вербальная формулировка задачи модернизации ТС

Изложенные выше определения и результаты анализа способов решения задач с несколькими оценочными показателями позволяют сформулировать задачу модернизации ТС — осуществить при минимальных затратах и в сроки, не превышающие заданных, преобразование исходной совокупности элементов и отношений ТС в такую совокупность элементов и отношений, которая бы обеспечила «желаемое» (требуемое) качество функционирования ТС и соответствовала бы определению модернизированной системы.

В формальном виде задача модернизации имеет следующий вид:

Mod S=F: A˅D/Bm →Аm ˅ Dm /Bmm

С = min С; Т = Tзад; < Аm, Вmm , Dm > = Sm = modern S

где Mod S — модернизация системы;

S, A, D — исходные множества элементов и отношений системы S;

Вm — исходное множество свойств системы S, определяющих качество ее функционирования;

Аm, Dm — множество элементов и отношений модернизированной системы Sm;

23

Вmm — множество «желаемых» (требуемых, заданных)­ свойств системы S, определяющих качество ее функционирования;

F — преобразование множеств А и D в множества Аm

иDm;

Т— время, затраченное на модернизацию;

Tзад — время, заданное для проведения модернизации; С — средства, затраченные на модернизацию.

В соответствии с приведенной формулировкой комплексная задача модернизации ТС (системы S) может быть в общем случае разбита­ на шесть подзадач.

1. Задача синтеза множества Вmm «желаемых» (требуемых, заданных) свойств ТС.

2. Задача оценки реализуемости множества Вmm в существующей ТС (системе S).

3. Задача выявления различий между множеством Вmm «желаемых» свойств ТС и множеством Вm свойств существующей ТС (системы S).

4. Задача оценки целесообразности модернизации ТС — преобразования существующей ТС (системы S) в модернизированную ТС (систему Sm).

5. Задача определения области поиска элементов множеств элементов Аm и отношений Dm модернизированной ТС (системы Sm).

6. Задача поиска рациональных технических решения для модернизации ТС — преобразования множеств элементов А и отношений D существующей ТС в множества элементов Аm и отношений Dm модернизированной

ТС (системы Sm) при С = min C и Т < Тзад.

Решение перечисленных задач связано с расчленением исходной системы по элементам, и отношениям, моделированием ее свойств, использованием формальных и эвристических методов поиска рациональных вариантов модернизации ТС. В зависимости от сложности и глубины модернизации ТС, а также степени соответствия результатов решения указанных подзадач требуемым, алгоритм поиска рационального варианта модернизации системы

24

в общем случае будет иметь итеративный (рисунок 1.1.) характер. В реальном процессе модернизации ТС итерации могут охватывать большее число задач модернизации, чем показано на рисунке 1.1.

Синтез множества Вmm «желаемых» (требуемых) свойств ТС

Оценка реализуемости множества Вmm в существующей ТС

Выявление различий между множеством Вmm"желаемых" свойств ТС и множеством Вm свойств существующей ТС (системы S)

Оценка целесообразности модернизации ТС - преобразования существующей ТС (системы S) вmмодернизированную ТС (систему

Определение области поиска элементов множеств элементов Аm и отношений Dm модернизированнойТС (системыSm)

Поиск рациональных технических решений для модернизации ТСпреобразование множеств элементов А и отношений D существующей ТС в множества элементов Аm и отношений Dm модернизированной ТС при С=min C и Т Тзад

Рисунок 1.1. Алгоритм решения задач модернизации ТС

1.5. Виды и типы модернизации образцов ТС

Содержание и методы решения задач модернизации, приведенных­ на рисунке 1.1, зависят от причин модернизации. Потребность в модернизации технических систем возникает в результате действия множества Q причин, содержащего три подмножества:

Ql — множество причин модернизации, вызванных неполной реализацией требований к ТС при его создании; Q2 — множество причин модернизации, вызванных изменениями во внешней среде ТС, возникающими

в течение его жизненного цикла;

25

Q3 — множество причин модернизации, вызванных недостатками функционирования ТС в течение его жизненного цикла.

Множество Q1, в свою очередь, включает следующие подмножества:

q11 — множество причин модернизации, обусловленных отсутствием технических и технологических возможностей полной реализации требований к ТС при его создании;

q12 — множество причин модернизации, обусловленных ограничениями в материальных средствах при создании ТС;

q13 — множество причин модернизации, обусловленных ограничениями­ в сроках проектирования и создания ТС.

Множество Q2 содержит следующие подмножества: q21 — множество причин модернизации, возникших

вследствие­ изменений в конструкции к характеристиках надсистем (систем более высокого уровня) ТС;

q22 — множество причин модернизации ТС, обусловленных изменениями в составе и характере конкурирующих средств;

q23 — множество причин модернизации, обусловленных изменениями в способах боевого применения ТС;

q24 — множество причин модернизации ТС, вызванных изменением­ условий его функционирования;

q25 — множество причин модернизации ТС, вызванных изменениями­ в технических и технологических возможностях.

Множество Q3 включает в себя следующие подмножества:

q31 — множество причин модернизации, обусловленных недостатками функционирования, выявленными в ходе производства ТС;

q32 — множество причин модернизации, обусловленных недостатками функционирования, выявленными в ходе эксплуатации ТС.

26

Множество Q1 полностью определяется в ходе этапов проектирования и производства ТС. Множество Q2 не может быть определено при проектировании и производстве ТС, но может быть с той или иной степенью точности спрогнозировано на основе исследования тенденций развития внешних систем. Наконец, множество Q3 может быть определено лишь в ходе этапа эксплуатации ТС. В соответствии с выделенными множествами причин модернизации принципиально возможны семь видов модернизации ТС, характеристика которых приведена в таблице 1.4. Наиболее общим является первый вид модернизации ТС, который характерен устранением причин модернизации, принадлежащих всем трем множествам Q1, Q2, Q3. Остальные виды модернизации ТС представляют собой частные случаи первого вида модернизации.

Отметим, что в практике получили широкое распростране­ние лишь отдельные виды модернизации систем. Отечественные технические системы, главным образом, модернизировались и модернизируются в соответствии с четвертым, шестым и седьмым видам модернизации, то есть модернизация систем не планируется

27

заранее при их проектировании, а осуществляется для устранения выявленных в ходе производства и эксплуатации недостатков, повышения качества функционирования, диктуемого новыми условиями и возможностями.

В США в настоящее время при разработке и создании новых образцов технических систем применяется метод заблаговременного планирования модернизации Р3 I (PrePlanned Product Improve). Метод Р3 I 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 нового метода Р3 I заключается в том, что еще в период формирования концепции создания образца технических систем должны быть определены требования по дальнейшему совершенствованию системы в процессе эксплуатации путем поэтапной­ замены ее элементов новыми, созданными на базе перс­пективных технических и технологических решений. Таким образом, используемый в США метод модернизации PI соответствует седьмому виду модернизации (см. таблицу 1.4), метод Р2I — четвертому, а Р3I — близок пятому виду модернизации.

Объем модернизации системы по каждому из видов, приведенных в таблице 1.4, определяется характером и числом изменяемых свойств модернизируемой системы. В соответствии с утверждением 5 и выражением (1.3) каждый вид модернизации системы может быть реализован двенадцатью различными типами модернизации

взависимости от сочетания изменяемых свойств системы. Характеристика типов модернизации систем приведена

втаблице 1.5. Наиболее общий характер носит восьмой тип модернизации, при котором изменению подвергаются элементы всех подмножеств свойств системы. Остальные типы модернизации системы представляют собой частные случаи восьмого типа модернизации. Очевидно, что для общности необходимо рассмотрение восьмого типа модернизации в рамках первого вида модернизации системы.

28

1.6.Принципы модернизации техническим систем

Впроблеме модернизации системы можно выделить два методологических аспекта — организационный

ипроцедурный. Первый связан со стратегией и объемом модернизации, второй — с конкретной технологией решения задач модернизации системы.

29

Организационно-методологические принципы модернизации

Для рассмотренных множеств Q1, Q2, Q3 причин модернизации справедливы следующие утверждения.

Утверждение 5. Не реализованные при создании ТС требования, а также недостатки функционирования ТС будут существовать всегда, то есть множества Q1 и Q3 никогда не будут пустыми. Справедливость данного утверждения вытекает из диалектического принципа относительности наших знаний о материальном мире.

Утверждение 6. Изменения во «внешней среде» системы происходят непрерывно, то есть множество Q2 никогда не бывает пустым. Справедливость этого утверждения объясняется диалектическим характером развития материального мира.

Утверждение 7. Современный этап развития техники сопровождается увеличением сроков и стоимости создания новых образцов ТС с одновременным ускорением темпов их морального старения. Справедливость этого утверждения подтверждена результатами создания и эксплуатации современных ТС [6–8, 11–13].

Из утверждений 5–7 вытекают пять важных организа- ционно-методологических принципов модернизации ТС.

Принцип неизбежности модернизации ТС. Поскольку изменения во внешней среде имеют место постоянно, а неполнота реализаций требований при создании ТС и недостатки его функционирования неизбежны, то не стоит стремиться создавать ТС навсегда совершенным: его нужно создавать достаточно хорошим для выполнения требуемых задач и заранее предусматривать его модернизацию.

Принцип комплексирования модернизации. Поскольку ни одно из множеств Q1, Q2, Q3 причин модернизации никогда не бывает «пустым», то модернизация ТС должна планироваться с учетом предполагаемых изменений во внешней среде и выявленных в ходе эксплуатации недо-

30