Оптимизация качества
Тема: Инструментальные программные средства их реализации
Создание разнообразных сложных систем управления и контроля на базе информационных технологий и новых микропроцессорах средств (комплексов технических средств, больших интегральных схем (БИС), микропроцессоров, функционально законченных устройств и систем, называемых далее кратко «изделия») всегда связано с соблюдением множества противоречивых частных критериев качества, требований и ограничений (по стоимости, надежности, быстродействию и т.д.).
На этапе проектирования подобных систем целесообразнее оценивать и сравнивать не сами изделия, а их базовые конфигурации структур (БКС), включающие в себя схемы процессоров, памяти, контроллеров ввода-вывода и т.д. Оценку качества БКС и выбор наилучшей из них можно вести по следующему алгоритму.
Исходя из цели и назначения человеко-машинной системы, вида и характера реализуемого алгоритма, сформулированных на основе требований ТЗ частных критериев качества, числовых текущих Kji и эталонных значений Rэi, технических ограничений Кjo, из множества возможных для применения БКС
выделяется
подмножество
предпочтительных
вариантов БКС.Из выделенного подмножества БКС определяется изделие, комплект БИС, наиболее предпочтительный по условиям конкретного применения. Наилучшей считается та БКС, у которой оценки качества Qi получаются наименьшими. Их расчет ведут по формуле
где bi - весовой коэффициент значимости i-го частного критерия K(I = 1, ..., n; j = I, ..., т).
Часто используется аддитивная скалярная оценка качества
(1)
где Pij = Kij / Kiэ; P0i = K0i / Kэi; Pj0 = Pj1,…, Pjn; P0 = P10,…, Pn0, если увеличение частного критерия Kij(K0i) улучшает качественные показатели, или Pij = Kэi / Kij, P0i = Kэi / K0i - в противном случае.
Окончательный выбор наиболее целесообразной БКС при равенстве мер близости Qi можно вести по критерию условной цены С, характеризующей общие затраты на достижение требуемого соответствия между текущими и эталонными значениями критериев эффективности (а при невозможности этого — по критерию полезности альтернатив):
(2)
где
- интегральный показатель качества БКС;
-
коэффициент подсчета цены единицы
соответствующего k-го
параметра
(стоимости, сложности, функциональной
связности, объема программы и др.).
Пример. Разработчик систем должен из пяти вариантов изделий А, Б, В, Г, Д выбрать наилучшее изделие применительно к трем областям применения (I, II, III), заданным множеством частных критериев качества (KэI, KэII, KэIII) (табл. 1).
Решение. Выбор наилучшего изделия проведем в соответствии с описанной методикой по 12 параметрам. Результаты расчета относительных показателей числовых параметров, вычисленных по формулам (1) оценок Q1 и Q2, а также рейтинга и места изделий в ряду сравниваемых для удобства сведены в ту же таблицу.
Степень объективности выбора БКС и оценка их параметров зависит от обоснованности состава частных критериев, их текущих Kji и эталонных Kэi значений для каждого из вариантов. Программная реализация алгоритма принятия решений (рис. 1) при выборе наилучшей БКС из множества возможных выполнена в среде Microsoft Excel.
Таблица 1. Выбор наилучшего изделия из пяти видов изделий по ряду частных критериев качества
Изделия БИС |
Область применения и параметры |
Числовые параметры МПК и их относительные показатели |
||||||||||||||
Число источников питания |
Потребляемая мощность, Вт |
Наличие регистра состояния |
Число внутренних регистров |
Температура эксплуатации, С |
Площадь печатной платы, мм2 |
Аппаратные затраты, БКС |
Длина умножения (число чисел) |
Длина деления (число чисел) |
Время на умножение, мкс |
Время на деление, мкс |
Разрядность управляющего слова, бит |
Оценки качества |
Место предпочтительности в ряду |
|||
Q1 |
Q2 |
|||||||||||||||
Эталонное изделие |
KI |
1 |
10 |
1 |
12 |
80 |
20000 |
50 |
10 |
14 |
100 |
100 |
16 |
|
|
|
KII |
1 |
2 |
1 |
16 |
60 |
15000 |
100 |
2 |
2 |
30 |
30 |
8 |
|
|
|
|
KIII |
3 |
3 |
1 |
7 |
125 |
10000 |
14 |
50 |
50 |
500 |
500 |
8 |
|
|
|
|
А |
Kij |
3 |
2,8 |
1 |
7 |
85 |
13400 |
14 |
41 |
33 |
278 |
346 |
8 |
|
|
|
I |
0,33 |
0,72 |
0 |
0,41667 |
0,0625 |
0,33 |
0,72 |
3,1 |
1,35714 |
1,78 |
2,46 |
0,5 |
13,45 |
5,123 |
5 |
|
II |
0,33 |
0,4 |
0 |
0,5625 |
0,41667 |
0,10667 |
0,86 |
19,5 |
15,5 |
8,26667 |
10,5333 |
0 |
58,15 |
28,38 |
5 |
|
III |
1 |
0,44 |
0 |
0 |
0,32 |
0,34 |
0 |
0,18 |
0,34 |
0,444 |
0,308 |
0 |
2,372 |
0,923 |
1 |
|
Б |
Kij |
1 |
8 |
0 |
8 |
80 |
35100 |
58 |
10 |
14 |
224 |
228 |
16 |
|
|
|
I |
0 |
0,2 |
1 |
0,33333 |
0 |
0,755 |
0,16 |
0 |
0 |
1,24 |
1,28 |
0 |
4,968 |
2,219 |
2 |
|
II |
0 |
3 |
1 |
0,5 |
0,33333 |
1,34 |
0,42 |
4 |
6 |
6,46667 |
6,6 |
1 |
30,66 |
12,28 |
3 |
|
III |
0,66667 |
0,6 |
1 |
0,14286 |
0,36 |
2,51 |
3,14286 |
0,8 |
0,72 |
0,552 |
0,544 |
1 |
12,04 |
4,571 |
4 |
|
В |
Kij |
1 |
2,9 |
1 |
8 |
70 |
20900 |
21 |
2 |
3 |
25,5 |
27 |
60 |
|
|
|
I |
0 |
0,71 |
0 |
0,33333 |
0,125 |
0,045 |
0,58 |
0,8 |
0,78571 |
0,745 |
0,73 |
2,75 |
7,604 |
3,298 |
4 |
|
II |
0 |
0,45 |
0 |
0,5 |
0,16667 |
0,39333 |
0,79 |
0 |
0,5 |
0,15 |
0,1 |
5,5 |
9,55 |
6,618 |
1 |
|
III |
0,66667 |
0,42 |
0 |
0,14286 |
0,44 |
1,09 |
0,5 |
0,96 |
0,94 |
0,949 |
0,946 |
6,5 |
13,55 |
6,937 |
5 |
|
Г |
Kij |
1 |
15 |
0 |
11 |
85 |
15000 |
24 |
10 |
13 |
26 |
30 |
18 |
|
|
|
I |
0 |
0,5 |
1 |
0,08333 |
0,0625 |
0,25 |
0,52 |
0 |
0,07143 |
0,74 |
0,7 |
0,125 |
4,052 |
1,629 |
1 |
|
II |
0 |
6,5 |
1 |
0,3125 |
0,41667 |
0 |
0,76 |
4 |
5,5 |
0,13333 |
0 |
1,25 |
19,87 |
9,588 |
2 |
|
III |
0,66667 |
2 |
1 |
0,57143 |
0,32 |
0,5 |
0,71429 |
0,8 |
0,74 |
0,948 |
0,94 |
1,25 |
10,45 |
3,342 |
3 |
|
Д |
Kij |
1 |
1 |
1 |
16 |
85 |
17300 |
28 |
12 |
15 |
272 |
285 |
16 |
|
|
|
I |
0 |
0 |
0 |
0,33333 |
0,0625 |
0,135 |
0,44 |
0,2 |
0,07143 |
1,72 |
1,85 |
0 |
5,612 |
2,719 |
3 |
|
II |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,41667 |
0,15333 |
0,72 |
0 |
6,5 |
8,06667 |
8,5 |
1 |
30,36 |
14,36 |
4 |
|
III |
0,66667 |
0,66667 |
0 |
1,28571 |
0,32 |
0,73 |
1 |
0,76 |
0,7 |
0,456 |
0,43 |
1 |
7,948 |
2,56 |
2 |
|