Модернизация технических систем методология и технология выбора решений. Монография

с содержанием множества причин модернизации для синтеза «желаемых» свойств образцов ТС необходимо иметь четыре группы прогностических моделей развития элементов «внешней» среды. К ним относятся модели прогноза развития (образцов ТС и конкурирующих средств), модели прогноза изменения условий функционирования образцов ТС и модели прогноза развития технических возможностей совершенствования образцов ТС.

Рисунок 2.1. Комплекс моделей, используемых для решения задач модернизации ТС

Для решения задачи оценки целесообразности модернизации ТС и преобразования исходного образца в модернизированный необходимы две группы прогностических моделей: модели прогнозирования затрат на модернизацию и модели прогнозирования сроков модернизации ТС.

Таким образом, в общем случае комплекс математических моделей для решения задач модернизации образцов ТС содержит десять групп моделей (см. рисунок 2.2).

41

Рисунок 2.2. Комплекс моделей, используемых для решения задач модернизации образцов ТС

2.2. Система критериев, используемых в процессе модернизации технических систем

Моделирование свойств ТС не является самоцелью: оно предназначено для решения конкретной задачи модернизации, целевая направленность которой отображается показателем оценки рассматриваемого свойства. В соответствии с общей задачей модернизации ТС в исследованиях должны рассматриваться по меньшей мере два уровня свойств ТС: исходный, которым обладает немодернизированный образец, и «желаемый», который должен быть достигнут в результате модернизации.

Количественную меру степени соответствия полученного в результате модернизации уровня i-го свойства ТС «желаемому» уровню будем называть показателем оценки i-го свойства ТС, а критерием оценки i-го свойства ТС будем считать правило, на основании которого сравниваются варианты модернизации ТС по i-му свойству, а также осуществляется направленный выбор варианта модернизации ТС по i-му свойству из множества допустимых.

Вопросы выбора показателей и критериев оценки свойств систем являются определяющими в любых задачах принятия решений. Нужно отметить качественное отличие процессов выбора показателей и критериев оценки свойств. Выбор критериев оценки носит более общий характер, устанавливая только правило выбора вариантов, не затрагивая физической сущности показателей, входящих в критерий. Выбор же показателя оценки связан со всесторонним и тщательным рассмотрением физической природы рассматриваемого свойства. В связи с этим выбор показателей оценки производится при построении моделей конкретных свойств ТС, а выбор критериев оценки может быть произведен предварительно, исходя из концепций выбора решений для рассматриваемой задачи модернизации.

Внастоящее время существует три концепции выбора

взадачах принятия решений: пригодности, оптимизации и адаптивизации [22, c. 37–42].

43

В соответствии с концепцией пригодности рациональным является любой вариант решения Ui, при котором выбранный показатель оценки свойства принимает значение не ниже некоторого приемлемого уровня

W (Ui) ≥ WТР , Ui Є U,

где U — множество допустимых вариантов решения. Концепция оптимизации считает рациональными те

варианты U*i решения, которые обеспечивают максимизацию показателя оценки свойства

W (U · i) = max W(U)

Наконец, концепция адаптивизации предполагает возможность изменения во времени цели выбора решения, а, следовательно, и изменения показателей и критериев оценки свойств. Таким образом, суть адаптивизации заключается не просто в выборе «пригодного» или «лучшего» вариантов, как в концепциях пригодности и оптимальности, а именно в движении к «пригодному» или «лучшему».

Wt{Ui (t)} ≥ WtТР , Ui (t) Є U(t),

Запись Wt означает, что показатель оценки может меняться во времени.

Выбор концепции принятия решений определяется целью исследования. Сущность различных типов модернизации системы и содержание общей постановки задачи модернизации позволяют утверждать, что при оценке свойств ТС в процессе выбора вариантов модернизации возможно применение двух концепций: пригодности и адаптивизации. Концепция пригодности используется лишь в случае изменения какого-либо одного свойства ТС. В остальных случаях оценки свойств ТС используется концепция адаптивизации. Изменение вида показателя во времени в задачах оценки свойств при модернизации ТС означает переход от показателя, оценивающего i-е свойство, к показателю, оценивающему j-e свойство. При этом

44

возникает проблема последовательности использования (приоритетности) показателей. Такая последовательность легко устанавливается для случаев, когда изменяется по одному свойству из подмножеств системообразующих, обеспечивающих, автономных и «внешних» свойств ТС. При этом существует естественная приоритетность: вначале необходимо оценивать и отбирать варианты по общему для системообразующих и обеспечивающих свойств показателю, затеи по показателю оценки «внешнего» свойства и, наконец, в последнюю очередь, по показателю автономного свойства. Как показывает практика модернизации образцов ТС, «внешние» и автономные свойства слабо коррелированны между собой, системообразующими и обеспечивающими свойствами, поэтому в подобных задачах модернизации критерий адаптивизацни, по существу, реализуется метод последовательных уступок. В тех же задачах модернизации, в которых изменяются несколько свойств одного и того же подмножества (обеспечивающих, автономных или «внешних»), необходимо проводить тщательный логический анализ изменяемых свойств, чтобы выполнить ранжировку показателей.

Следует отметить еще одно важное обстоятельство: обеспечивающие свойства системы проявляют себя в изменении уровня системообразующих свойств, а «внешние» свойства — в изменении уровня свойств других систем ТС; поэтому в отличие от системообразующих и автономных свойств ТС обеспечивающие и «внешние» свойства оцениваются показателями, имеющими не абсолютный, а относительный характер.

Таким образом, выбор вариантов модернизации согласно осуществляется в три этапа (рисунок 2.3); на первом этапе определяется множество вариантов Ui модернизации, удовлетворяющих «желаемому» уровню системообразующих и обеспечивающих свойств; на втором этапе из множества U; выделяется множество Uf вариантов, обеспечивающих «желаемый» уровень «внешних» свойств, а на третьем этапе из множества Uf — множество

45

вариантов Up модернизацииt обеспечивающих «желаемый» уровень автономных свойств ТС, представляющих собой множество Паретоэ из которого затем производится выбор рационального е точки зрения стоимости варианта модернизации ТС.

Определениемножествавариантов модернизацииТС, имеющих«желаемый» уровеньсистемообразующихи обеспечивающихсвойств

Определениемножествавариантов модернизацииТС, имеющих«желаемый» уровень«внешних»свойств

Определениемножествавариантов модернизацииТС, имеющих«желаемый» уровеньавтономныхсвойств

Рисунок 2.3. Последовательность выбора варианта модернизации ТС

2.3.Моделирование системообразующих свойств образцов ТС

винтересах их модернизации

Моделирование свойств образцов ТС представляет собой сложный процесс, имеющий творческий характер. Это обстоятельство, а также большая размерность множества Bk свойств ТС не позволяют дать готовые рекомендации по построению моделей каждого свойства из множества Вk. Однако практика создания моделей для решения различных задач исследования ТС дает основание для формирований единых теоретических подходов к постро-

46

ению моделей, влияющих на качество функционирования ТС, т.е. системообразующих и обеспечивающих свойств.

Отметим, что модели свойств любой системы могут иметь различную глубину. Существуют различные подходы и классификации моделей ТС по глубине. С точки зрения решения задач модернизации образцов ТС, целесообразно разделить модели ТС на системные, предназначенные для расчета показателей оценки вариантов различных типов модернизации ТС, и параметрические, с помощью которых определяются характеристики системных моделей.

Системные модели инвариантны к видам энергии, вещества и информации, используемым в оцениваемых подсистемах и элементах ТС, а параметрические модели исследуют внутренние процессы в элементах, имеющих конкретную конструкцию и использующих определенные виды энергии и информации.

В данной работе рассматриваются только системные модели. Целевая обусловленность системных моделей свойств модернизируемого ТС определяет двухэтапность процедуры построения модели: на первом этапе необходимо выбрать показатель оценки свойств, а на втором осуществить моделирование оцениваемого свойства.

Показатели оценки функционирования сложных систем выбираются на основе неформальных процедур, и этот процесс носит в большой степени интуитивный характер. Однако опыт решения различных проблем в области проектирования, разработки и оценки технических систем позволил сформулировать определенные требования и (или) принципы выбора показателей оценки функционирования систем. Естественно, на объем и содержание этих требовании наложил отпечаток конкретный опыт исследования, что отражено в таблице 2.1.

Анализ данных таблицы 2.1. в сочетании с особенностями задачами модернизации ТС позволяет сформулировать следующие требования к показателю оценки свойств ТС.

47

1. Соответствие цели модернизации, которая отражает «желаемый» уровень оцениваемых свойств ТС.

2. Минимальность числа показателей оценки. 3. Полнота показателей для оценки свойств ТС. 4. Чувствительность к исследуемым параметрам,

характеристикам свойств ТС.

5. Неизбыточность показателей для оценки свойств ТС. 6. Наличие физического смысла показателей оценки

свойств ТС.

7. Вычислимость показателей оценки свойств ТС. 8. Согласованность с показателями оценки свойств

систем более высокого уровня (надсистем ТС).

Таблица 2.1

Требования и принципы выбора показателей оценки свойств систем

48

49

[20]ской системы своему назначению 2. Показатель должен выражаться в количественной мере и допускать объективное определение методами точных наук

50