Модернизация технических систем методология и технология выбора решений. Монография

в общем случае комплексной модернизации ТС может быть представлено в виде семи неаддитивных этапов:

этап систематизации причин модернизации (Сп);

Рисунок 3.2. Логическая схема задания требований к модернизации ТС (пример)

71

этап прогнозирования «желаемых» свойств ТС (Пр); этап определения объекта задания требований (Об ); этап анализа исходного ТС (Аи); этап составления предварительного списка требова-

ний (Тро)); этап распределения требований по элементам и отно-

шениям ТС (Рт); этап составления окончательного списка требований (Трк).

Из перечисленных, по крайней мере, два этапа — анализа исходной ТС и и распределения требований по элементам и отношениям — связаны с необходимостью декомпозиции исходной системы.

Объединение декомпозиции системы с семиэтапной процедурой задания требований дает в результате логическую схему задания требований (ЛСЗТ) к модернизации ТС, пример которой приведен на рисунке 3.2.

Всхеме риc. 3.2. в теоретическом плане представляют интерес три процедуры: прогнозирования «желаемых» свойств ТС, анализ исходной ТС и распределение требований по элементам и отношениям. Поскольку вопросы прогнозирования «желаемых» свойств ТС изложены в главе 2, то рассмотрим методологические аспекты двух оставшихся процедур.

3.2.Анализ функционирования исходного ТС

Взависимости от причин модернизации систем (см. главу 2) возможны два вида анализа исходной ТС: анализ

сцелью выявления причин недостатков функционирования ТС и анализ с целью выявления изменений в ТС вследствие изменений других систем, входящих в надсистему.

Что касается анализа функционирования ТС, то в зависимости от характера недостатков функционирования ТС могут быть использованы различные методы анализа исходного ТС. Выбор их практически не может быть формализован и опирается на опыт и интуицию исследователя. Вместе с тем, все эти методы имеют одну

72

общую черту: они основаны на разделении ТС на отдельные части.

Всистемотехнике существует два подхода к анализу систем. Первый основан на морфологической декомпозиции системы. Каждому элементу данной декомпозиции ставится в соответствие функция (свойство) или несколько функций (свойств), которые этот элемент выполняет или обеспечивает. В этом подходе (назовем его морфологиче- ски-функциональным) первичной является морфологическая декомпозиция, а вторичной — функциональная.

Второй подход основан на функциональной декомпозиции системы. Каждому элементу (функции, свойству) данной декомпозиции ставится в соответствие конструктивный элемент или элементы, реализующие эту функцию (свойство). В этом подходе (назовем его функциональноморфологическим) первичной является функциональная декомпозиция, а вторичной — морфологическая.

Врешение задачи анализа исходного ТС для выявления причин недостатков его функционирования могут быть использованы оба подхода в зависимости от характера недостатков. Когда в процессе эксплуатации ТС выявляется недостаточный уровень какого-либо его системообразующего или обеспечивающего свойства (например, недостаточная надежность двигателя), целесообразно применение морфологически-функционального подхода), если эксплуатация показывает, что ТС не обладает каким–либо требуемым свойством, необходимо использовать функционально — морфологический подход.

Отметим, что применение указанных подходов «в чистом виде» дает наилучшие результаты, если ТС удается разделить на независимые друг от друга части, поскольку в данном случае качество функционирования ТС представляет собой сумму качеств его частей, что позволяет осуществить раздельное исследование и оптимизацию частей ТС. Однако подобных «аддитивных» образцов ТС немного. Большинство образцов ТС «неаддитивны». Качество функционирования большинства образ-

73

цов ТС зависит не только от качества их элементов, но и от качества их отношений, характеризующих взаимодействие элементов ТС в процессе функционирования. Учесть это обстоятельство можно, дополнительно к функциональной или морфологической декомпозиции еще одну декомпозицию — декомпозицию отношений элементов ТС по анализируемому свойству.

Анализ исходной ТС с целью выявления ее изменений вследствие изменений в других системах, входящих в надсистему, носит принципиально иной характер. В отличие от анализа функционирования ТС он направлен не н выявление внутренних причин уже имеющихся недостатков ТС, а на определение возможного ухудшения качества функционирования ТС в результате изменения характеристик других систем, входящих в надсистему. Показатель качества ТС зависит от технических параметров ее элементов. При проектировании ТС (в связи с наличием в эксплуатации неизбежных отклонений технических параметров ее элементов) обычно задаются допустимые пределы изменения (поле допуска) этих параметров. В связи с этим главной задачей анализа изменений в ТС вследствие изменений в других систем, входящих в надсистему, является оценка изменений (вариаций) параметров элементов ТС и сравнение их с полем допуска.

Если рассчитанные или измеренные вариации параметров элементов ТС превышают значение поле допуска, то это превышение безусловно включается в список требований. Если же вариации не превышают значений поля допуска, то решение о включении данного параметра в список требований принимается на основе эвристических соображений, учитывающих близость вариаций

кграницам поля допуска.

3.3.Распределение требований по элементам и отношениям

Вотличие от проектирования при модернизации возможно значительно большее число ситуаций распределе-

74

ния требований по элементам и отношениям. Все эти ситуации, исключая случаи, когда распределение требований нецелесообразно, можно разделить на несколько групп:

по масштабу:

распределение требований к свойствам ТС в целом: распределение требований к свойствам элементов

какого-либо уровня декомпозиции ТС; по условиям:

без ограничений на стоимость и изменения элементов ТС;

сограничениями на стоимость элементов ТС;

сограничениями на конструктивные изменения элементов ТС.

Поскольку ситуация распределение требований

ксвойствам элементов какого-либо уровня декомпозиции ТС является частным случаем распределение требований

ксвойствам ТС в целом, то все ситуации распределения требований сводятся к трем группам, отличающимися условиям, в которых это распределение осуществляется.

Распределение требований к системообразующим свойствам без ограничений на стоимость и конструктивные изменения элементов ТС сводится к распределению требований к величине показателя обобщенного показателя оценки ТС.

Для решения этой задачи целесообразно использование рассмотренных в главе 2 графов функциональной, морфологической декомпозиций и декомпозиции отношений элементов ТС, а также математических моделей функционирования ТС.

На каждом уровне декомпозиций последовательность распределения требований имеет следующий вид:

определение требования к величине показателя качества рассматриваемого уровня функциональной декомпозиции ТС;

определение отношения между элементами рассматриваемого уровня морфологической декомпозиции ТС;

расчет требований к показателям качества элементов рассматриваемого уровня морфологической декомпозиции ТС.

75

Если отношения элементов морфологической декомпозиции ТС аддитивны (показатель качества рассматриваемого уровня функциональной декомпозиции ТС представляет собой сумму показателей качества его элементов), то применяется метод пропорционального распределения требований — общий показатель качества делится на число элементов рассматриваемого уровня морфологической декомпозиции ТС.

Если отношения элементов морфологической декомпозиции ТС неаддитивны, то распределение требований к элементам рассматриваемого уровня морфологической декомпозиции ТС осуществляется с учетом весовых коэффициентов элементов, которые определяются либо на основе моделирования функционирования системы на рассматриваемом уровня функциональной декомпозиции ТС, либо в результате экспертного опроса.

При ограничениях на стоимость модернизации элементов ТС распределение требований производится с использованием коэффициентов экономической эффективности модернизации системообразующих и обеспечивающих свойств элементов, представляющих собой отношение приращений показателей качества функционирования элементов к приросту затрат на модернизацию их системообразующих и обеспечивающих свойств.

Ситуации задания требований к свойствам ТС при ограничениях на конструктивные изменения элементов ТС возникают, когда по технологическим, организационным или другим причинам конструкция некоторых из элементов ТС не может быть изменена, то есть для таких элементов требования к свойствам должны быть зафиксированы на достигнутом уровне.

3.4. Оценка целесообразности модернизации ТС

Задача оценки целесообразности модернизации ТС сводится к проблеме выбора направлений совершенствования ТС: его модернизации или замены новым. Важно

76

отметить,­ что решение вопроса о целесообразности модернизации ТС неразрывно связано с определением необходимости и сроков начала разработки нового ТС. Это обстоятельство приводит­ к необходимости рассмотрения проблемы выбора направлений совершенствования ТС на всю глубину прогнозирования.

Для дальнейших рассуждений разделим весь горизонт прогнозирования на три периода: период краткосрочного прогнозирования (0–5 лет), среднесрочного прогнозирования (5–10 лет) и долгосрочного прогнозирования (10–15 лет).

Введем в рассмотрение понятия «треугольный граф создания ТС» и «треугольный граф модернизации ТС». Под «треугольным графом Gс создания (модернизации Gм) ТС» будем понимать граф, вершинами которого являются качество Кс (Км) функционирования, затраты ресурсов на создание (модернизацию) Зс (Зм) и время создания (модернизации) Вс (Вм) ТС, а дугами являются количественные значения показателей качества функционирования Wc (Wм), стоимости Сс (См) и сроков Tс, (Тм) создания (модернизации) ТС (рисунок 3.2.).

Рисунок 3.2. Вид треугольных графов:

а — создания ТС; б — модернизации ТС

Обозначим через WТР1, WТР2, WТР3 требуемые значения показателя качества функционирования ТС, определенные с помощью прогностических моделей для периодов краткосрочного, среднесрочного и долгосрочного прогно-

77

зирования. Пусть к начальному моменту решения задачи целесообразности модернизации ТС не велись работы ни по созданию новой ТС, ни по модернизации исходной ТС. При указанном допущении на первый период горизонта прогнозирования (0–5 лет) безусловно принимается решение на модернизацию ТС, поскольку срок создания Тс нового ТС по опыту разработки образцов ТС превышает пять лет. Принятие решения о начала разработки новой ТС может быть осуществлено по результатам оценки целесообразности модернизации ТС на периоды среднесрочного и долгосрочного прогнозирования.

Схемы оценки целесообразности модернизации ТС для указанных периодов аналогичны и содержат несколько этапов. Прежде всего, сравниваются величины WТР2 (WТР3) требуемых значений показателя качества функционирования ТС с предельным значением Wmax показателя качества функционирования исходного ТС. Если Wmax ≥ ≥ WТР2(WТР3), то на следующем шаге принятия решения сравниваются треугольные графы Gс и Gм создания новой ТС и модернизации исходного ТС. Если при этом сравнении граф Gм будет вписан в граф Gс (рисунок 3.3, а), то безусловно принимается решение о модернизации ТС, а решение о начале разработки ТС принимается на основе результатов рассмотрения последующего периода прогнозирования, либо по дополнительной информации, которая поступает лицу, принимающему решение (ЛПР).

Если же граф Gм не вписывается в граф Gс (риc. 3.3, б, в, г), то вначале производится попарное сравнение дуг Сс и См; Тс и Тм. При этом возможны три варианта. В случаях, когда Тм> Тс, но См <Сс и когда Тм <Тс, но См> Сс, решение о целесообразности модернизации ТС принимает ЛПР на основе дополнительной информации или субъективных суждений о приоритетности рассматриваемых неравенств. Если ЛПР приходит к выводу, что неравенство См <Сс важнее неравенства Тм> Тс, а неравенство Тм <Тс важнее неравенства См> Сс, то принимается решение о модернизации ТС, а решение о начале создания

78

нового ТС принимается на основе результатов рассмотрения последующего периода прогнозирования. В случаях противоположных приоритетов ЛПР, а также для варианта, в котором Тм <Тс и См> Сс, производится переход к следующему шагу принятия решения. На этом шаге оценивается достаточность производственных возможностей по выпуску необходимого количества образцов ТС.

Рисунок 3.3. Варианты соотношения графов Gм и Gс:

а — Тм <Тс; См <Сс; б — Тм <Тс; См> Сс; в — Тм> Тс; См <Сс; г — Тм> Тс; См> Сс

79

Пусть на основе анализа общественных и производственных потребностей к концу рассматриваемого периода прогнозирования необходимо произвести «требуемое» Ктр число новых ТС. Реальное же Кп количество образцов ТС, которое может быть произведено к концу рассматриваемого периода прогнозирования, зависит от производственных возможностей предприятий.

Если производственные возможности предприятий не могут к концу рассматриваемого периода обеспечить требуемое число новых образцов ТС, то безусловно принимается решение о модернизации существующего ТС. Одновременно с этим ведутся разработка, а затем и производство нового ТС с характеристиками, соответствующими требуемым для следующих периодов прогнозирования.

Если производственные возможности предприятий смогут к концу рассматриваемого периода обеспечить требуемое число новых образцов ТС, то принимается решение о разработке и производстве нового ТС, а модернизация ТС может осуществляться, если у лица, принимающего решение (ЛПР), существует дополнительная информация в ее пользу.

Когда на первом шаге оценки целесообразности

модернизации ТС величина Wmax ≥WТР2 (WТР3), то следующий шаг — оценка достаточности производственных

возможностей по выпуску нового ТС. При недостаточности производственных возможностей по выпуску нового ТС принимается решение о безусловной модернизации существующего ТС до уровня показателя качества близкого к Wmax. При достаточности производственных возможностей по выпуску нового ТС решение о модернизации ТС может быть принято на основе дополнительных соображений (например, при экономии затрат).

Процедура оценки целесообразности модернизации ТС для трех периодов прогнозирования показателя качества функционирования ТС приведена на рисунок 3.3.

80