2012

Сложной ТС называется система, состоящая из разнотипных (разнородных) элементов с разнотипными связями.

С т р у к т у р о й Т С называется ее расчленение (декомпозиция) на элементы или группы элементов с указанием связей между ними, неизменное в течение времени исследования и дающее точное представление о системе.

При структурном описании ТС (больших или сложных) нельзя перечислить все имеющиеся элементы, т.к. число их практически очень велико. Поэтому задают объединения элементов, которые называют «подсистема», «блок», «модуль» и т.д. Количество уровней дробления системы может быть самым различным и зависит от специфики задачи и целей исследования, а также ресурсных ограничений. Весьма типично представление ТС по возрастанию общности в следующем порядке: элемент, блок и подсистема. Можно для простоты различать только элемент и подсистему. Если ТС будет многоуровневой, то на нижнем уровне будут элементы, а на предыдущих уровнях – элементарные подсистемы.

П о д с и с т е м а – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, реализующих определенную группу функций системы. Если ТС многоуровневая, то элементарная подсистема имеет аналогичное определение. Элементарная подсистема – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих подсистем нижнего уровня, реализующих определенную группу функций системы.

И е р а р х и е й (иерархической структурой) называется структура с наличием подчиненности одних элементов другим, когда воздействие в одном из направлений оказывает гораздо больше влияние на элемент, чем в другом.

Иерархическая структура ТС может быть с «сильными связями», в которой каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышестоящего уровня (и это справедливо для всех уровней иерархии).

Иерархическая структура ТС может быть со «слабыми связями», в которой элемент нижележащего уровня подчинен двум и более узлам (вершинам) вышестоящего уровня.

Матричная структура ТС отражает в ее иерархической схеме связи элементов нижних уровней на элементы любого уровня.

Техническая система с гибкой структурой – система, которая приспосабливается к изменению параметров внешней среды в процессе функционирования регулированием свойств отдельных компонентов при сохранении своего состава и структуры.

71

А д а п т и в н а я Т С – система, которая адаптируется в меняющихся условиях внешней среды при функционировании как путем изменения своих параметров, так и перестройкой структуры.

Техническая система, не подлежащая модернизации – система, которая при изменении внешней среды на протяжении всего периода эксплуатации (вплоть до утилизации) сохраняет свое состояние (состав, структуру и свойства) из-за неудачной конструкции, в связи с этим очевидна нецелесообразность дальнейшего ее совершенствования.

Техническая система, подлежащая модернизации – система, которая при изменении внешней среды на протяжении всего периода эксплуатации подвергалась совершенствованию с целью повышения эксплуатационных свойств (один или несколько раз), в результате которого изменяются ее параметры (характеристики), состав, структура, типы и виды элементов, подсистем с сохранением основных конструктивных признаков построения всей системы.

М о д е р н и з а ц и о н н а я с п о с о б н о с т ь – свойство ТС, обеспечивающее возможность применения эволюционного принципа ее развития на стадии эксплуатации.

М о д е р н и з а ц и я – это целенаправленный процесс достижения требуемого технического уровня системы за счет изменения состава, исходя из структуры, конструкции отдельных ее элементов и подсистем согласно схемам их развития и повышения технологического уровня производства при ограничениях на ресурс и стоимость ТС.

М о д е р н и з и р о в а н н а я Т С – обновленная система, разработанная взамен находившейся ранее в производстве исходной системы путем частичного изменения ее конструктивного исполнения на основе новейших научнотехнических достижений, обладающая теми же или улучшенными эксплуатационными свойствами.

М о д и ф и ц и р о в а н н а я Т С – обновленная система, разработанная с учетом расширения области ее применения на базе исходной системы, находящейся в производстве, обладающая по отношению к ней дополнительными эксплуатационными свойствами.

По предсказуемости функционирования ТС различают детерминированные и стохастические системы.

Д е т е р м и н и р о в а н н а я Т С – система, функционирование (поведение) которой подчиняется динамическим закономерностям, описываемым уравнениями с жесткими, детерминированными связями между параметрами.

72

С т о х а с т и ч е с к а я Т С – система, поведение которой является вероятностным, т.е. не может быть однозначно определено заданием исходных параметров.

Ж и з н е н н ы й ц и к л – последовательность стадий и этапов существования объектов искусственного происхождения от начала их создания до момента исчезновения.

На ранних этапах ЖЦ ТС весьма часто употребляют термины анализ и синтез, которые являются базовыми понятиями в теории систем.

А н а л и з – логический способ воспроизведения в мышлении расчлененной объективно существующей целостной системы. При анализе ТС расчленяется на образующие компоненты, расчленение производится не произвольно, а в соответствии с присущими ей закономерностями, ее функциями и структурой с учетом состава компонентов и внутрисистемных связей. Анализ, как правило, производится с целью воссоздания системы в ее исходном облике – синтез системы.

С и н т е з – предметное или мысленное воссоединение частей, компонентов, вычлененных в процессе анализа, в единую целостную систему. Многоэтапность синтеза обусловлена многоуровневостью сложных систем, их непрерывным развитием.

Э в о л ю ц и о н н о е р а з в и т и е Т С – процесс медленного, постепенного развития (изменения) ее качественных и количественных характеристик, связанных соответственно с постепенным повышением ТУ системы.

Развитие любой ТС сопровождается инновационным процессом. Инновация (нововведение) – процесс создания, освоения и практической

реализации научно-технических достижений, который включает ряд фаз:

•фундаментальные исследования, приводящие к научным открытиям;

•прикладные научные исследования и инженерное творчество, приводящее к созданию изобретений в виде устройств, способов;

•разработка и испытание экспериментальных образцов новых изделий, технологий, материалов и т.п.;

•проектирование новой техники и ее промышленное освоение и др.

Факторы, определяющие процесс модернизации технических систем

При определении основных факторов, влияющих на процесс модернизации ТС, выделяются группы обобщенных и более конкретных факторов (табл. 4

и 5, рис. 21).

73

Таблица 4

Обобщенные факторы, влияющие на модернизационную способность ТС

Необходимость повышения в будущем прогрессивности разрабатываемой системы после ее ввода в эксплуатацию (фактор усиливается при соответствующем изменении политических и экономических мотивов, если в будущем прогнозируется интенсивное развитие ТС аналогичного назначения, усиливается моральное старение)

Развитие творческого потенциала разработчика, привлекаются специалисты разных областей науки и техники (фактор усиливается, если в будущем прогнозируется появление высококлассных специалистов, возможностей проведения широкого спектра научных исследований у разработчика)

Обеспечение финансирования заказчиком представленных перспективных планов по модернизации системы разработчиком (фактор усиливается по мере поступления сведений о создании ТС равных или превышающих по своим данным разрабатываемую систему и наличии возможности у заказчика по дополнительным затратам на совершенствование системы)

Отсрочка изменений в технологических процессах производства разрабатываемой системы (обусловлена перераспределением ресурсов на другие цели в будущем)

Рекомендации ученых НИИ по системным исследованиям в области развития техники по выбору конкретной градации модернизационной способности разрабатываемой системы

Отсутствие или недостаток способностей правильно сориентироваться в противоречивой информации по перспективам развития ТС аналогичного назначения

Использование при разработке системы наиболее применяемой элементной базы, которая гибко реагирует на изменения как в соседних подсистемах (элементах), так и в конструкции в целом

Использование при разработке ТС конструктивно-схемных решений, которые позволяют в дальнейшем производить перераспределение функций между подсистемами (элементами) ТС в целях повышения ее технического уровня

Появление большого количества технических предложений по повышению функциональной эффективности как отдельных составляющих системы, так и ее конструкции в целом (фактор усиливается при активизации инновационных процессов в науке и технике)

Изменения в составе комплекса, в котором будет функционировать ТС (фактор предусматривает совершенствование других систем, с которыми взаимодействует разрабатываемая система)

Трансформация условий применения комплекса ТС, что вызывает необходимость изменения в организации как комплекса, так и в конкретной системе

Первая группа (табл. 4) отражает политические, экономические, социальные и инновационные стороны развития ТС. Факторы первой группы используются, когда необходимо дать первоначальную оценку модернизационной способности ТС, исходя из общих представлений по выделенным сторонам развития. Вторая группа факторов отражает технологические, производственные,

74

эксплуатационные и инновационные стороны развития и используется она уже при оценке готовности к модернизации ТС.

Таблица 5

Единичные факторы, влияющие на проведение работ по модернизации ТС

x1 - квалифицированный состав разработчиков для проведения работ по модернизации существующей ТС

x2 - система сформированных требований к существующей системе

x3 - разработка целевой программы модернизации ТС в соответствии с выделенными ресурсами

x4 - степень подготовленности технологического производства x5 - выполнение обязательств внешних организаций-поставщиков x6 - характеристика эксплуатационных возможностей системы

x11 - нехватка квалифицированных специалистов для проведения работ по модернизации x21 - неопределенность требований к модернизируемой системе

x22 - разработка некорректной функционально-структурной организации ТС

x23 - некорректное распределение функций операторов и их взаимодействия при непосредственном применении

x24 - непрерывный поток изменения требований

x31 - неточный план проведения работ по модернизации x32 - нехватка выделенных ресурсов

x41 - отработанность технологических операций

x42 - недостаточный уровень мастерства при проведении технологических операций

x43 - деформированное, изношенное оборудование x44 - изменение в цепочке технологических операций

x51 - нехватка готовых комплектующих сборок, поставляемых внешними организациями x52 - невыполнение договорных обязательств сторонними организациями

x61 - проведенная модернизация не обеспечит улучшение временных характеристик, влияющих на эффективность применения ТС

Факторы второй группы (табл. 5) представлены на рис. 21 в виде древовидной структурной модели.

Теория полезности в оценке риска. Для дальнейшего учета данных фак-

торов важно уметь правильно расставить для них приоритеты и определить степень их влияния на эффективность развития ТС, используя для этого тео-

рию полезности.

1. Если приоритет (важность) факторов p j Ρ характеризуется простым линейным соотношением порядка

то p 'j будет рассчитываться по формуле

75

2. Если установлено строгое соотношение порядка

p1' > p2' > ... > pl' ,

то для определения веса j-го фактора можно обратиться к зависимости

j =1

Рис. 21. Вариант иерархической структурной модели факторов с характеристиками риска, которые влияют на процесс модернизации ТС

Количественный учет степени значимости каждого фактора в сильной мере будет способствовать установлению траектории развития ТС. В связи с этим представляется целесообразным рассмотреть разновидности вероятностных по-

76

Оценка риска на основе нечеткой композиции трудно формализуемых факторов. По результатам анализа ТС из общности ее факторов можно выделить подмножество «группы риска» – совокупность факторов удаляющих систему от момента завершения модернизационных работ и начала эксплуатации. Возникает задача оценки риска модернизации по данной группе факторов и использования полученной оценки при принятии окончательного решения о проведении модернизации.

Из-за высокой сложности факторов, влияющих на процесс модернизации, и наложения различных типов неопределенности нет смысла использовать для оценки риска точный математический аппарат. В реальной ситуации лицо, принимающее решение (ЛПР), рассматривает факторы риска как лингвистические переменные: «очень высокий», «средний», «низкий» и т.д. Нечеткие термины факторов риска соответственно должны быть представлены в числовом эквиваленте нечеткими множествами, а проведение оценки будет целесообразно в два этапа (рис. 22).

Этапность модели оценки риска объясняется тем, что учитывается как риск от фактора, так и свойство важность от фактора. Формируется функциональная модель риска, имеющая два разных по качеству лингвистических входа: Nr(r) – характеристики риска фактора, Ni(i) – характеристики важности фак-

тора. Выход модели – оценка риска R . Пример приведения к нечеткости рангов лингвистической оценки риска факторов модернизации и степени важности их характеристик по формуле (2.1) показан в табл. 6.

Лингвистические переменные «Риск» и «Важность» распределены по шкале универсума термами t = 1..m , их наименования «Ранг низкий..высокий», для рассматриваемого примера m = 11. Каждый терм с индексом t преобразуется в вектор нечетких чисел Nii , Nrr , i, r = 1, m , с треугольными функциями принадлежности (2.1). Для каждого элемента вектора (нечеткого множества) константы a, b и c заданы табл. 6, пара (a, c) – носитель нечеткого множества, или пессимистическая оценка нечеткого числа, b – координата максимума – опти- мистическая оценка нечеткого числа.

Таким образом, можно получить нечеткие числа (L-R)-типа Nii и Nrr , где a,

b и c назначаются экспертом системы, являются константами для каждой лингвистической оценки характеристик риска по рангу риска и важности. Далее определяется четкая матрица Μ от корреляции нечетких чисел Nii и Nrr центроидным методом

Max

∫ x (x)d (x)

∫ (x)d (x)

Min

где (x) есть произведение нечетких чисел Nii и Nrr .

78

Рис. 22. Схема участия модели оценки риска в принятии решения модернизации ТС: p1' ≥ p2' ≥ ... ≥ pl' – приоритеты факторов;

– вероятность влияния факторов на проведение модернизации ТС; I – этап расчета степени истинности риска фактора системы;

– лингвистическая оценка характеристик риска фактора xk ;

– лингвистическая оценка характеристик важности фактора xk ;

Mk – нечеткая матрица степени истинности риска фактора xk ;

II– этап оценки риска фактора xk для модернизации ТС;

R – выход модели оценки риска

Таблица 6

Лингвистические переменные степеней риска и важности факторов процессов модернизации технических систем

79

Таким образом формируется матрица Μ размером m × m (табл. 7, выход этапа I, рис. 22) степеней риска путем приведения к четкости по (9.2) нечеткой оценки риска

k-го фактора x, где операция есть произведение нечетких чисел r (r) = Nrr ,

i (i) = Nii .

Таблица 7

Лингвистическая оценка риска g(r, i) пары r, i для отдельного фактора

Модель структуры риска основана на выявлении для конкретного прогнозного исследования факторов риска и их характеристик. Для примера на рис. 21 представлена иерархическая структурная модель факторов, влияющих на непосредственную модернизацию существующей ТС (факторы риска R). С учетом того, что основная часть разработок по модернизации ТС направлена на использование традиционных принципов действия, в табл. 5 представлены наиболее важные факторы, которые влияют на модернизацию существующей ТС (факторы риска и их характеристики). Естественно, что предлагаемые факторы риска и их характеристики выбираются руководителем работ по модернизации при непосредственном взаимодействии с обеспечивающими организациями и органами планирования и оценки разработки. Исходя из оценки ситуации по проведению модернизации, проставляются ранги r, i степеней риска и важности всем характеристикам факторов с использованием лингвистических переменных, представленных в табл. 6.

80