Содержание к диссертации
Введение
1. Современные проблемы управления разработкой слож ных пожарно-технических систем
1.1. Состояние проблемы принятия решений при разработке сложных по-жарно-технических систем 20
1.2. Законы и закономерности разработки сложных пожарно-технических систем 34
1.3. Анализ существующих методов принятия решения при разработке сложных пожарно-технических систем 57
Выводы по 1 главе. 75
2. Метод программно-целевого управления разработкой сложных пожарно-технических систем
2.1.. Нормативно-правовая база договорных отношений при разработке сложных пожарно-технических систем ..78
2.2. Современные механизмы функционирования организаций разработчиков сложных пожарно-технических систем 85
2.3. Метод программно-целевого управления разработкой сложных пожарно-технических систем ЮГ
2.4. Предложения по применению метода программно-целевого управления разработкой сложных пожарно-технических систем 111
Выводы по 2 главе. ИЗ
3. Моделирование процессов управления разработкой сложных пожарно-технических систем
3.1. Выбор и обоснование критерия эффективности при определении объема конкурсного задания на разработку нового образца сложной пожарно-технической системы 117
3.2. Модели оценки изменения стоимости и полноты выполнения среднестатистической проектной разработки 124
3.3. Определение оптимального объема конкурсного задания при организации отбора исполнителей проектных работ. 136
3.4. Выбор критерия оценки конкурентоспособности и модели оценки качества разработки сложной пожарно-технической системы. 146
3.5. Модель оценки экономических характеристик конкурсных изделий... 166
3.6. Модель комплексной оценки конкурентоспособности организаций разработчиков - участников конкурсного отбора 174
3.7. Модель обоснования решения Заказчика при выборе сложной пожарно-технической системы на конкурсной основе. 187
Выводы по 3 главе 191
4. Метод системного иерархического выбора конкурентоспособных решений при управлении разработкой сложных пожарно-технических систем
4.1. Основные положения теории системного иерархического выбора конкурентоспособных решений. 195
4.2. Метод и алгоритмы системного иерархического выбора конкурентоспособных решений при управлении, разработкой сложных пожарно-техничес-ких систем 202
4.3. Методика технико-экономической оценки разрабатываемых образцов сложных пожарно-технических систем по группам показателей 23 7
4.4. Оценка эффективности применения методики 252
Выводы по 4 главе. „263
5:. Метод использования технологии информационной поддержки изделий (gals-технологий) при разработке сложных пожарно-технических систем
5:1. Цели и задачи функционального моделирования процесса разработки сложных пожарно-технических систем. 265
5.2. Создание функциональной модели процесса разработки сложных пожарно-технических систем в системе Bpwin. 269
5.3. Создание функциональной модели процесса разработки в стандартах IDEF0,DFD,IDEF3. 279
5.4- Методика построения функциональной модели процесса разработки сложных пожарно-технических систем. 293
5.5. Описание метода использования технологий информационной поддержки (CALS-технологий) при разработке: сложных пожарно-технических систем. 301'
5.6. Использование системы PDM STEP Suite для разработки сложных пожарно-технических систем 310
5.7. Рекомендации по применению баз:данных на принципах CALS-технологий для кодификации технической,информации в системах управления при разработке сложных пожарно-технических систем 321
Выводы по 5 главе. 329
Заключение 333
Список использованных источников.
- Анализ существующих методов принятия решения при разработке сложных пожарно-технических систем
- Метод программно-целевого управления разработкой сложных пожарно-технических систем ЮГ
- Модели оценки изменения стоимости и полноты выполнения среднестатистической проектной разработки
- Метод и алгоритмы системного иерархического выбора конкурентоспособных решений при управлении, разработкой сложных пожарно-техничес-ких систем
Введение к работе
Актуальность темы. Изменение общественно-политического строя в Российской Федерации в современных условиях влечет за собой кардинальные изменения во всех областях: в политической и экономической системах, в обществе. Формируется рыночная экономика^ реформируются силовые структуры, одновременно наблюдается значительное увеличение количества пожаров, природных и техногенных катастроф. Изменяется и система обеспечения защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: Усложняются методы и системы предупреждения и тушения пожаров, разрабатываются новые образцы сложных пожар-но-технических систем состоящие из высокотехнологичных модулей, созданных с использованием новых, информационно-телекоммуникационных технологий..
Новизна и сложность современных условий функционирования федеральных государственных институтов власти России создали новые и модернизировали прежние функции в системе управления техническим; обеспечением; Государственной противопожарной службы (ГПС) МЧС России, это: мониторинг рынка пожарно-технической продукции- и организаций разработчиков и производителей пожарной техники; размещение заказов на конкурсной основе; организация защиты экономических интересов федерального органа исполнительной власти.
Поиск эффективной? реализации указанных функций ведет к необходимости более глубокой разработки темы принятия решений при разработке сложных пожарно-технических систем для Государственной противопожарной службы МЧС России.
За период с 1993 по 2003? год на предприятиях России разработано и организовано производство более 200 > различных видов сложнойI пожарной техники, в том числе и более 90 моделей! пожарных автомобилей. Эти дан-
ные свидетельствуют о том; что вопрос организации разработки и производства современных типов сложных пожарно-технических систем (СПТС) в России решается положительно., На вооружение подразделений ГПС поступает новая пожарная техника, позволяющая существенно і повысить эффективность пожаротушения. Таким образом, формально существуют предпосылки для повышения эффективности работы, подразделений ГТ1С МЧС России. На деле ситуация складывается; следующим образом: учитывая: крайне ограниченное финансирование, обеспеченность подразделений ГПЄ, содержащихся за счет федерального бюджета и бюджетов субъектов Российской Федерации, остается на очень низком уровне.
Недостаток средств, направляемых на финансирование пожарной охраны, привел к тому, что неукомплектованность основными и специальными пожарными автомобилями, а также наличие в боевых расчетах техники, выработавшей установленные сроки эксплуатации,, достигли значительного уровня.
Например, для поддержания на существующем уровне парка пожарных автомобилей необходимо ежегодно приобретать до 1500 единиц только основных и специальных пожарных автомобилей; Вместе с тем, в соответствии; с плановыми объемами финансирования Главным; управлением (ГУ) ГПС МЧС Россиина 2002 год были заключены государственные контракты на закупку и поставку в подразделения ГПС только 52 пожарных автомобилей.
При существующем объеме финансирования к 2010 >году 88; % парка основных пожарных автомобилей и 98 % специальных пожарных автомобилей израсходуют нормативный ресурс и будут неработоспособными. Фактически критический уровень укомплектованности подразделений ГПС техническими средствами (25 % и менее) при такой динамике развития, возможно, будет достигнут уже к 2005 году.
Противоречие между необходимостью разработки современных СПТС и ограниченностью финансирования порождает проблему повышения эффективности процесса управления этими разработками.
Из этого следует, что разработка методического обеспечения управления разработкой: новых образцов сложных пожарно-технических систем, конкурентоспособных не только на отечественном, но и.на международном рынке, является;важной, своевременной и актуальной научной проблемой, а с учетом требований нормативных актов по конкурсному размещению государственных заказов, крайне необходимой и обязательной. Решение данной проблемы; позволит в значительной степени; адаптировать деятельность Заказчика (Главного управления ГПС МЧС России) и организаций разработчиков СПТС к новым, экономическим условиям; и повысить технико-экономическую* обоснованность и эффективность использования выделяемых бюджетных средств.для создания новых или?модернизации существующих образцов СПТС.
Научные концепции автора, нашедшие выражение в настоящем исследовании, сформировались, в основном, на базе научных работ B.C. Артамонова, В.Н: Буркова, В:А; Гадышева, СМ. Доценко, В.В. Кондратьева; А;И. Половинкина, Ю.В. Сметанина,. А.А. Суходаева; В.А: Трапезникова,. В.Н. Фролова, В.В. Цыганова и Б.И: Черпакова.
Цель диссертационной работы - совершенствование научно-методического обеспечения і принятия решений при управлении і разработкой новых образцов сложных пожарно-технических систем, применительно к современным экономическим условиям;
Объект исследования - система управления разработкой сложных пожарно-технических систем Государственной противопожарной службы МЧС России.
Предмет исследования — модели, методы и алгоритмы принятия решений при управлении разработкой сложных пожарно-технических систем;
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие научные задачи:
1. Анализ современных проблем управления разработкой сложных по-
жарно-технических систем, в т.ч.:
анализ состояния существующей проблемы принятия решений при разработке сложных пожарно-технических систем;
анализ законов и закономерностей разработки СПТС;
анализ существующих методов принятия решения при разработке сложных пожарно-технических систем.
2. Исследование моделей процессов управления разработкой сложных
пожарно-технических систем, в т.ч.:
выбор и обоснование критерия эффективности объема конкурсного задания на разработку нового образца СПТС;
разработка моделей оценки изменения стоимости и полноты выполнения среднестатистической проектной разработки;
определение оптимального объема конкурсного задания при организации отбора исполнителей проектных работ;
выбор критерия оценки конкурентоспособности СПТС;
формулирование модели оценки качества разработки СПТС на этапе выполнения конкурсного задания;
разработка модели оценки экономических характеристик конкурсных изделий;
формулирование модели комплексной оценки конкурентоспособности организаций разработчиков — участников конкурсного отбора;
разработка модели обоснования решения Заказчика при выборе образца СПТС на конкурсной основе.
3. Формулирование метода программно-целевого управления разра
боткой сложных пожарно-технических систем, в т.ч.:
анализ нормативно-правовой база договорных отношений при разработке сложных пожарно-технических систем;
исследование современных механизмов функционирования организаций разработчиков СПТС;
формулирование метода программно-целевого управления разработкой СПТС.
4. Формулирование метода системного иерархического выбора конку
рентоспособных решений при управлении разработкой СПТС, в т.ч.:
исследование теории системного иерархического выбора конкурентоспособных решений;
формулирование метода системного иерархического выбора конкурен
тоспособных решений при управлении разработкой СПТС; '
разработка алгоритма формирования функционально-ориентированных сложных пожарно-технических систем;
формулирование алгоритма поиска наилучшего технического решения разрабатываемого образца СПТС;
формирование методики технико-экономической оценки разрабатываемых образцов СПТС по группам показателей.
5. Формулирование метода использования технологий информацион
ной поддержки изделий (CALS-технологий) при разработке сложных пожар
но-технических систем, в т.ч.:
исследование современных компьютерных систем и информационных технологий при разработке СПТС;
формулирование методики построения функциональной модели процесса разработки СПТС;
формулирование метода использования технологий информационной поддержки (CALS-технологий) при разработке СПТС;
анализ применения баз данных на принципах CALS-технологий для кодификации; технической информации в системах управления при разработке сложных пожарно-технических систем..
Методы исследования. При разработке основных положений диссертационной работы используются методы системного анализа, математической статистики, проектной квалиметрии, теории принятия решений, технико-экономического анализа, математического и функционального моделирования.
Кроме того, в процессе работы над диссертационным исследованием широко использовались правовые и нормативные документы, в том числе, указы Президента Российской Федерации, законы Российской Федерации; постановления Правительства России, приказы министра РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, приказы министра внутренних дел, государственные стандарты и другие руководящие документы.
В своих исследованиях автор опирался на собственный практический опыт и материалы, собранные самостоятельно за время службы на научно-исследовательских должностях в 29 НИИПС МО СССР (1985 — 1993 гг.), военных представительствах и аппарате уполномоченного НС ВС МО РФ * по Северо-Западному региону (1993 — 1998 гг.), в; научно-исследовательском отделе Санкт-Петербургского университета МВД России (1999 - 2000 гг.),- а также на результатах научно-исследовательских работ, проводимых при участии автора на кафедрах пожарной техники' и пожарной; тактики Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России (2000 — 2004 гг.).
На защиту выносятся следующие основные результаты диссертационных исследований:
1. Модели процессов управления разработкой сложных пожарно-технических систем.
Метод программно-целевого управления разработкой сложных по-жарно-технических систем.
Метод системного иерархического выбора конкурентоспособных решений при управлении разработкой сложных пожарно-технических систем.
Метод использования - технологий информационной поддержки изделий (САЬ8-технологий)< при разработке сложных пожарно-технических систем.
Кроме того, в процессе работы над диссертацией получены следующие частные научные результаты:
Г. Алгоритм формирования функционально-ориентированных сложных пожарно-технических систем.
2. Алгоритм поиска наилучшего технического решения разрабатываемого образца сложной пожарно-технической системы.
3: Методика технико-экономической оценки разрабатываемых образцов сложных пожарно-технических систем по группам показателей.
4: Методика построения функциональной модели процесса разработки сложных пожарно-технических систем.
5. Рекомендации по применению баз данных на принципах CALS-тех-
нологий для кодификации технической информации в системах управления
при разработке сложных пожарно-технических систем.
Научная новизна полученных результатов.
1. Предложен базовый состав моделей процессов управления разработкой сложных пожарно-технических систем, позволяющий более эффективно: по сравнению с моделями, использующимися в отрасли, подходить к существующей проблеме принятия решений при разработке сложных пожарно-технических систем, в том числе, определять: показатели эффективности при задании объема конкурсного задания на разработку нового образца СПТС, показатель оптимального объема конкурсного задания при организации от-
бора исполнителей проектных работ и критерий оценки конкурентоспособности СПТС. Полученные модели позволяют оценивать: изменение стоимости разработки СПТС, полноту выполнения среднестатистической проектной разработки, качество разработки СПТС на этапе выполнения конкурсного задания; а так же экономические характеристики конкурсных изделий. Модель комплексной оценки организаций - участников конкурсного отбора позволяет Заказчику научно обосновано подойти к выбору организации* разработчика, учитывая все необходимые факторы и показатели. Модель обоснования решения Заказчика при выборе образца СПТС на конкурсной ? основе позволяет на основе использования количественных методов оценки альтернатив, разработанных в рамках теории принятия решений выбирать того исполнителя, ценовые параметры і контракта которого, при незначительном; ухудшении других оцениваемых параметров, оказались минимальными;
Метод программно-целевого управления і разработкой < СПТС повышает эффективность реализации і процесса; программного снабжения* подраздел ений; ГПС пожарно-техническими системами. На основе данного метода впервые реализована целевая Программа; разработки пожарно-технических систем; которая заняла свое место в общей системе управления и планирования: в Главном управлении ГПС МЧС России, причем этот метод- предусматривает не только составление новых программ, но и корректировку ранее принятых в соответствии с принципом непрерывности целевого планирования.
В работе предложен метод системного иерархического выбора конкурентоспособных решений при управлении разработкой сложных пожарно-технических систем, который» повышает эффективность деятельности ЛПР при принятии решений по управлению разработкой і новых образцов; СПТС, за счет уменьшения времени принятия решения на каждом этапе разработки; кроме того, он позволяет учитывать специфику разработки СПТС, в отличие г от существующих аналогичных методов в других предметных областях. На
основании этого метода разработаны: алгоритм формирования функционально-ориентированных СПТС и- алгоритмі поиска; наилучшего технического решения разрабатываемого образца СПТС. Компьютерная программа отбора базовых образцов; на основе алгоритма Парето-оптимизации, алгоритм и компьютерная программа1 расчета коэффициентов успеха групт показателей разрабатываемых образцов СПТС повышают достоверность и эффективность предложенной г в работе методики технико-экономической оценки разрабатываемых образцов СПТС по группам показателей.
4. Метод» использования:технологий; информационной поддержки* изделий ? (CAES-технологий) при разработке сложных пожарно-технических систем впервые внедрен в данную предметную область, что позволяет значительно ' интенсифицировать процесс создания? СПТС, в частности за счет применения PDM-программ? и программа для- построения интерактивных электронных технических руководств. Предложена совокупность средств, объединенных понятием GALS-технологии, представляющая: собой интегрированную программную среду, позволяющая использовать информацию об изделии СПТС от этапа его разработки до снятия с эксплуатации и утилизации, не зависимо от формы представления этой информации:
Разработана; методика; построения? функциональной* модели* процесса разработки сложных пожарно-технических систем: Установлено, что обширные возможности пакета BPwhrделают его лидером среди инструментов построения функциональных моделей, предназначенных для? анализа деятельности организаций-разработчиков СПТС.
В работе, кроме того, предложены рекомендации * по s применению баз данных нашринципах CALS-технологий для* кодификации технической' информации в системах управления*при разработке СПТС, которые позволяют повысить эффективность принятия решения ЛПР за счет уменьшения времени поиска необходимой информации.
Научно-практическая значимость полученных результатов. диссертационных исследований:
На: основании; использования методологии системного анализа проведена структуризация системы принятия > решений; при разработке сложных пожарно-технических систем. Определены, методологические подходы к управлению разработкой новых образцов сложных пожарно-технических систем. Выявлены недостатки существующих методов; принятиям решения! при управлении разработкой? пожарно-технических систем для ГПС МЧС России.
Использование моделей процессов управления разработкой сложных пожарно-технических систем позволяет Заказчику в; лице-РУПІЄ МЧС России научно > обосновано подойти к выбору организации разработчика \ новых образцов сложных пожарно-технических систем, учитывая все факторы и показатели? научно-технического потенциала; этой организации,, необходимые для разработки конкурентоспособных образцов СПТС.
Разработанный метод программно-целевого управления разработкой СПТС реализован в системе управления * и планирования ГПС МЧС России. В! диссертации предложена* программа разработки, сложных пожарно-технических систем ГПС МЧС России, сформированная под конкретные, четко сформулированные цели её деятельности, которые достигаются в <. условиях жестких ресурсных ограничений; Программа содержит полностью \ определенный набор способов достижения целей, и обеспечивает наиболее эффективное использование ресурсов, как самого министерства, так и Главного управления ГПС, а так же и региональных подразделений пожарной охраны.
Предложенный метод системного иерархического выбора конкурентоспособных решений при управлении разработкой сложных пожарно-технических систем повышает эффективность, управленческой деятельности; ЛПР'за счет уменьшения времени на принятие решения на предложенных шести уровнях (этапах) принятия решения при разработке новых изделий
СПТС. Разработанные на основе этого метода алгоритмы принятия решения и методика технико-экономической оценки разрабатываемых образцов сложных пожарно-технических систем по группам показателей, положены в основу нормативно-методической и практической деятельности органов Заказчика МЧС, МВД и МО России, а так же могут быть использованы в деятельности проектных организаций и предприятий производителей СПТС.
5. Применение методам использования технологий информационной поддержки (CALS-технологий) при разработке сложных пожарно-технических систем позволяет хранить, в > едином і пакете как подробную унифицированную информацию о характеристиках изделия СПТС, так и иметь более полный комплект гипертекстовой и графической документации об изделиях данного класса. Структура разрабатываемой системы представляет собой иерархию, оформленную в виде дерева папок, содержащих информацию о модулях, их узлах и деталях, совокупность которых позволяет создать вариант изделия СПТС, отвечающего требованиям всех международных стандартов и конкурентоспособного на международном рынке пожарно-технической * продукции.
Апробация исследования. Научные результаты, полученные в исследовании, докладывались и обсуждались на 11 международных, 6 всероссийских и 2 межвузовских научно-практических конференциях, а также 4 межвузовских научно-теоретических семинарах, в томічислє 2 — постоянно действующих:
юбилейной научно-технической конференции Военной і академии связи, посвященной 100-летию изобретения радио, Санкт-Петербург, 5-7 мая 1995 г.;
международной научно-практической конференции «Новые информационные технологии в практике работы правоохранительных органов», Санкт-Петербург, 20 ноября 1998 г.;
международной научно-практической конференции «Компьютерная преступность: состояние, тенденции и превентивные меры её профилактики», Санкт-Петербург, 12-13 февраля 1999 г.;
II всероссийской научно-практической конференции Р АР АН «Актуальные проблемы защиты и безопасности», Санкт-Петербург, 9 апреля 1999 г.;
научно-практической конференции «Теоретические и организационно-правовые проблемы истории и развития ОВД и внутренних войск», Санкт-Петербург, 20-21 мая 1999 г.;
международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы безопасности информационного пространства», Санкт-Петербург, 5-8 октября 1999 г.;
международной научно-практической конференции «Новые информационные технологии в деятельности правоохранительных органов», Санкт-Петербург, 26 ноября 1999 г.;
отраслевой научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности отраслевой науки в системе МВД России», Москва, 10 февраля 2000 г.;
научно-практическом семинаре «Совершенствование деятельности подразделений ГПС МВД России», Санкт-Петербург, 15 мая 2000 г.;
I международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения пожарной безопасности Северо-Западного региона», Санкт-Петербург, 15 ноября 2000 г.;
II международной научно-практической конференции; «Проблемы обеспечения пожарной безопасности Северо-Западного региона», Санкт-Петербург, 18 октября 2001 г.;
научно-техническом семинаре Военного инженерно-космического университета им. А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург, 2001 г.;
всероссийской научно-практической конференции «Тушение пожаров на объектах аэрокосмической техники», Санкт-Петербург, 19 сентября 2001г.;
V всероссийской научно-практической конференции РАРАН «Актуальные проблемы защиты и безопасности», Санкт-Петербург, 2 - 5 апреля 2002 г.;
юбилейной» Санкт-Петербургской VIII международной конференции «Региональная информатика - 2002», 26-28 ноября 2002т.;
юбилейной научно-практической конференции «МВД России -200 лет: история и перспективы развития», Санкт-Петербург, 20-2 V сентября 2002г.;
межвузовском семинаре «Новые информационные* технологии в; управлении подразделениями * Государственной противопожарной службы МЧС России», Санкт-Петербург, 29 апреля 2003 г.;
международной научно-практической конференции «Проблемы, обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях», Санкт-Петербург, 14-15 октября 2003 г.;
II международной научной конференции «Экономика и информатика в XXI веке», Санкт-Петербург, 24-29 ноября 2003 г.;
международной научно-практической? конференции «Международный опыт подготовки специалистов пожарно-спасательного профиля», Санкт-Петербург, 20-21 января 2004 г.;
IX всероссийской научно-практической конференции «Деятельность, правоохранительных органов и Государственной противопожарной службы в современных условиях: проблемы и перспективы развития»,, Иркутск, 22-23 апреля 2004 г.;
научно-практической конференции «Новые технологии і в деятельности органов и подразделений МЧС России», Санкт-Петербург, 26 мая 2004
г.;
23) научно-теоретических семинарах Военного университета связи «Проблемы внедрения новых сетевых технологий» в 2001 - 2004 тт.
Публикации. Основные результаты диссертационного исследования, нашли отражение в 1 монографии, в 1 учебном пособии, в 15 статьях опубликованных в і журналах «Пожаровзрывобезопасность», «Вестник Санкт-Петербургского университета МВД России», «Жизнь и безопасность», «Вестник Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России»; в 9 статьях в сборниках трудов Военного университета связи, Военного инженерно-космического университета им. А.Ф. Можайского, СПИИРАН; вЗ статьях в межвузовских сборниках научных трудов (СП6ГУ,ВУС, СПбГУЭФ- СПбРИЭУ, СПбГТУ), в 4 публикациях в і сборниках НПО «Спецматериалы» и ГИПХ; в 12 публикациях в материалах международных конференций;проводимых на базе СПбУ МВД России, а так же в 5 тезисах докладов опубликованных в материалах международных конференций проводимых на базе СПбИ ГПС МЧС России. Всего по теме диссертации имеется 97 публикаций.
Реализация.. Основные результаты диссертации внедрены в Главном управлении'ГПС МЧС России, Управлении:ГПС МЧС России Санкт-Петербурга и Ленинградской области, Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете), Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России, Военном университете связи и Санкт-Петербургском- государственном морском техническом университете, что подтверждается соответствующими актами:
Отдельные положения < диссертационного исследования используются в деятельности 29 НИИПС МО РФ, Северо-Западного окружного управления материально-технического и; военного снабжения МВД России; Санкт-Петербургского университета MBД'России, что также подтверждается соответствующими актами реализации.
Отдельные положения диссертации * апробированы в 5 успешно > защищенных диссертационных работах на соискание ученой степени кандидата
технических наук по специальности 05.13.10 соискателями и адъюнктами, у которых автор был научным руководителем.
Результаты диссертационного исследования использовались автором в 12 отчетах о НИР, отдельные положения научных исследований в 1990 году вошли в состав "Системы общих технических требований к видам вооружения и военной техники связи (ОТТ - 90)", использовались в закрытом изобретении.
Анализ существующих методов принятия решения при разработке сложных пожарно-технических систем
Методы принятия решения при разработке новых образцов техники существенно зависят от назначения проектируемой системы, в первую; очередь от того, какой системой она является: передачи или извлечения инфор мации, гражданского или специального назначения. Однако, даже для систем одного и того же класса (например, пожарные автомобили) исходные данные могут весьма существенно различаться;
В: процессе разработки используются математические, экспериментальные и эвристические методы.
При применении математических методов, совокупность Д-, = (УІ, OS, Ск, Кк) исходных данных формируется математически, т.е. составляется математическое описание: условий работы; системы У, ограничений Os, полагаемых на структуру системы и значения её параметров, составе Ск вектора качества К и критерия качества Кк системы. Затем определяют математическим путём целевые функции, т.е. зависимости частных показателей качества Кь ..., Кт от структуры системы Su значений;её параметров при заданных условиях У. Для і полученного таким образом f описания отыскивают математическими, мето дами, анализа и синтеза алгоритмы работы и параметры системы, удовлетворяющие выбранному критерию качества.
К расчёту относят вычисления по заранее полученным формулам - при фиксированных значениях входящих в них параметров и обычный расчёт и при вариациях параметров для нахождения экстрелизма функции одной или нескольких переменных (линейное или нелинейное программирование). К расчёту могут относиться такие некоторые задачи решения уравнений.
При математическом моделировании исходные уравнения, описывающие поведение системы и всё приложенное к ней воздействия, приводит к; виду приемлемому для ввода в ЭВМ: В эту же ЭВМ» вводят все ограничения; и критерия качества: На выходе выдаются і (в реальном, ускоренном или замедленном масштабе времени) результаты анализа или синтеза.
Автоматизированное проектирование имеет много общего с математическим моделированием: оно проводится также на базе ЭВМ и предназначено для определения оптимальной структуры системы и её параметров: - основными задачами математического моделирования является анализ системы и оптимизация её параметров, а задачей автоматизированного проектирования — синтез структуры, включая определение оптимальных значений параметров; - при автоматизированном проектировании ЭВМ5 выдаёт результаты в виде готовой технической! документации (совокупности чертежей, таблиц, программ для ЭВМ и других необходимых документов), при математическом моделировании результаты, выдаваемые ЭВМ; не имеют такой степени законченности.
В настоящее время автоматизированная разработка сложных пожарно-технических систем применяется в основном при разработке технологии изготовления, в меньшей степени - на схемотехническом уровне (главным образом для разработки интегрированных микросхем, цифровых и СВЧ устройств) и ещё в меньшей: на системотехническом уровне. Математическое моделирование применяют в. основном: на системотехническом уровне. Таким образом, математическое моделирование можно рассматривать как составную часть процесса автоматизированной разработки [127].
Математические; методы, включая; расчёты на ЭВМ; математическое моделирование и автоматическое проектирование, являются весьма мощным инструментом - разработки. Однако они предполагают наличие вполне определённого математического описания; которое, во-первых, требует экспериментальной : проверки (ибо основным і критерием истины является І практика) и во вторых, существует далеко не на всех этапах разработки. Для выбора и описания? математического? описания, а также для решения ряда дополнительных важных задач принятия; решения при разработке новых образцов сложной пожарной техники требуется эвристическая деятельность коллектива разработчиков, т.е. творческая деятельность, не поддающаяся математической формализации. Таким образом, математические исследования должны дополняться экспериментальными; исследованиями и эвристической дея тельностью разработчиков.
Различают следующие основные виды экспериментальных исследований: полунатурное моделирование, лабораторные исследования, полевые испытания, огневые испытания пробные пуски, испытания в эксплуатации.
Полунатурное моделирование отличается от математического лишь тем, что часть звеньев включают в состав модели в виде натурных макетов, а не моделируют на ЭВМ. Под лабораторными исследованиями понимают исследования натурных макетов,- приводимые в лабораториях, причём: обычно реальные источники сигналов, внешних помех и воздействий заменяют имитаторами, построенными на основе математических моделей этих сигналов и помех (генераторами сигналов, шума и т.д.). Таким образом, и полунатурное моделирование, и лабораторные исследования являются не чисто экспериментальными, а экспериментально — теоретическими.
При полевых испытаниях, технику испытывают не в закрытых лабораторных помещениях, а в полевых условиях. При этом оказывается возможным заметить все или часть имитаторов сигналов, внешних помех и воздействий реальными (натурными) источниками. В процессе принятия решения при разработке новых образцов сложной пожарной техники приходится решать три основные вида задач: 1. Синтез оптимальных алгоритмов преобразования информации. 2. Выбор оптимальных значений параметров системы. 3; Сравнение различных вариантов построения системы с целью выбора наилучшего варианта.
Для краткости, задачу 1 часто называют синтезом структуры (алгоритмов), задачу 2 — оптимизацией параметров (параметрической оптимизацией),, а задачу 3 — дискретным выбором системы (варианта её построения).
Метод программно-целевого управления разработкой сложных пожарно-технических систем ЮГ
Будем рассматривать управление разработкой новых образцов пожарно-технических систем с использованием адаптивных механизмов функционирования организаций - разработчиков, соответствующее двухуровневой линейной структуре управления \ «управляющий орган (центр) - организация (исполнитель)», в основе которых лежит положение о необходимости і учета человеческого фактора, активности элементов цикла «исследование — производство» [33].
Важнейшим проявлением этой активности является различная; степень использования отраслевыми? организациями своего научно-производственного потенциала, определяемого с. учетом внутренних ресурсов, возникающих в результате проведения НИОКР. Механизм s функционирования цикла «исследование-производство» должен способствовать активизации человеческого фактора, максимальному использованию организациями отрасли своего научно-производственного потенциала; Для этого необходимо обеспечить прогрессивность механизма, максимальную отдачу организаций с точки зрения удовлетворения;имеющихся і потребностей и выполнения; плановых заданий; использование ими внутренних резервов и достижений науки и-техники. С другой стороны,, принципиальными особенностями процесса «исследование-производство» являются і динамика и неопределенность затрат, сроков, результатов и других параметров НИОКР В связи; с этим важнейшее значение приобретает свойство адаптивности механизма, необходимое для повышения его адекватности управляемому процессу [36, 40, 171]. Однако, одновременно реализация требований» прогрессивности и адаптивности механизма возможна далеко не всегда (общеизвестный пример — «планирование от достигнутого»). Разрешить это противоречие можно путем использования решений задач синтеза прогрессивных адаптивных механизмов функционирования [171]. При этом возникает возможность комплексно рассматривать такие виды предплановой « деятельности, как прогнозирование и идентификация, во взаимосвязи с процессами планирования, управления последующей? реализацией планового задания- и стимулированием.. Механизм управления; должен і представлять собой композицию взаимосвязанных подсистем учета, прогнозирования, планирования, анализа, контроля, оценки и стимулирования, построенных на единой взаимоувязанной нормативно-методической базе.
Таким образом,, важными принципами построения? механизма: функционирования отраслевого цикла «исследование— производство» являются адаптивность, прогрессивность, комплексность, интеллектуальность.
В соответствии с; общим; описанием! механизмов; функционирования организационных систем [ 12, 17, 3 6, 3 7, 23 9] и«принципом комплексности, отраслевой механизм включает некоторое число подсистем управления, реализующих определенные функции управления? (см. рис. 211): учет, анализ и оценку, прогнозирование, планирование, финансирование, экспертную систему и конкурсный механизм. В свою очередь, каждая функция декомпозируется на ряд более мелких (детальных) функций, которые иногда называют процедурами. Так, функция учета включает статистический, бухгалтерский и оперативный учет. ,
Функция анализа:и оценки содержит такие процедуры, как анализ и оценка хода выполнения планов НИОКР, в том числе государственных и отраслевых заказов І ПО разработке: новых образцов пожарно-технических систем, анализ эффективности, научно-технического уровня, направленности, значимости, ритмичности работ и др. Функция прогнозирования включает оценку состояния и тенденций развития организаций разработчиков ПТС в целом, научно-технического уровня НИОКР, номенклатуры и объемов научно-технической продукции, выполнения; комплексных программ; идентификацию технико-экономического потенциала организаций отрасли и др. ЛПР (начальник
Функция планирования содержит процедуры определения планов исследований, разработок и освоения новых образцов пожарно-технических систем (отраслевых и государственных заказов по проектированию новых образцов), аттестации разработок и новых образцов ПТС, программ по направлениям развития новой техники, работ по перестройке и совершенствованию механизма управления разработкой новых образцов пожарно-технических систем ГПС МЧС России, перспективных стандартов, оптимизации номенклатуры изделий ПТС и др. Функция финансирования в рассматриваемом механизме функционирования цикла включает обеспечение планов НИОКР финансовыми средствами из централизованного фонда и др.
Модели оценки изменения стоимости и полноты выполнения среднестатистической проектной разработки
В целях изучения динамики показателей Kn(t) и C(t) был проведен сбор статистических данных о проектных разработках СПТС (а так же и других сложных технических систем) за период с 1992 года по 2002 год, которые представлены в [150, 151]. Предварительный вербальный анализ полученной статистики показывает, что динамика процессов накопления информации о конечном научно-техническом продукте Kn(t), а также изменения выделений денежных средств C(t) в процессе разработки, имеют тенденцию к постоянному возрастанию и стремятся к определённому известному пределу.
Очевидно, что данные зависимости не могут быть прямолинейны и симметричны; т. к. анализируемые временные периоды (этапы проектирования) характеризуются различными; видами работ, вносящими различный вклад в накопление информации об объекте разработки, и различными стоимостными показателями. Поэтому можно предположить, что характер (поведение) зависимостей будет нелинейным,.следовательно, могут наблюдаться точки перегиба либо экстремумы, конкретная форма которых, будет определяться спецификой разрабатываемой сложной пожарно-технической. системы.
Для: более полного и точного анализа статистическихжданных.был использован хорошо апробированный методический аппарат [42, 69], предполагающий применение процедур: сглаживания исходных динамических рядов значений? Kn(t) и C(t); выделения линии тренда; выбор аппроксимирующих функций исследуемых процессов; оценку адекватности статистических моделей.
Дальнейший анализ рассматриваемых зависимостей направлен на нахождение функций; наиболее точно описывающих их поведение.
Анализ тенденции изменения G(t) и Kn(t) показывает, что исходное распределение стоимости разработки C(t) может быть аппроксимировано логистической кривой, кривой Гомперца или і параболой t третьего порядка. Зависимость между накапливаемой в ходе разработки информации о конечном научно-техническом продукте и временем разработки Kn(t) имеет вид параболической или экспоненциальной зависимости, либо может быть аппроксимировано функцией модифицированной экспоненты [166].
Окончательный выбор вида аппроксимирующей функции производится путем ее сравнения по всем составляющим с исходным динамическим рядом.
Не останавливаясь подробно на анализе преимуществ и недостатков различных методов аппроксимации, которые достаточно хорошо описаны [4, 9, 138, 166], отметим; что на практике наиболее широкое распространение получил метод наименьших квадратов, (МНК). Применительно к решаемой задаче сущность данного метода заключается в отыскании таких параметров моделей Kn(t) и C(t), при которых минимизируется ее среднеквадратичное отклонение от точек динамического ряда: где Kni, Cf значения характеристик исходных динамических рядов; К т, С І - значение искомых аппроксимирующих функций; п - число членов исходного динамического ряда. При решении задач аппроксимации; методом наименьших квадратов выполняется следующие условие. Если все измерения значений исследуемых функции YiІ Kni С, произведены с одинаковой точностью, то оценки параметров функции определяются условием: 126 n S = Z[ Yl-f(XU Xml ао а1 ат) f тІП, (3.10) /=1 где: Xi,..., xm - факторы влияющие на точность измерений; п — общее число измерений; m n
Достоинством метода наименьших квадратов является относительная простота реализации (для ряда функций он доведен до аналитического представления коэффициентов), метод хорошо сглаживает случайные "шумы" при описании многофакторной зависимости, он позволяет получить несмещенные и состоятельные оценки всех параметров alf ci2,..., ат при условии Гаусса — Маркова.
Для оценки точности найденной формы зависимости служат величина є [4,138.166]: отражающая среднюю относительную ошибку аппроксимации и характеризующая качество приближения исходных статистических данных предлагаемыми функциональными зависимостями. В диссертационной работе ошибка аппроксимации будет определяться вычислением є, т. к. это позволяет оценить качество приближения в процентном отношении.
Оценка адекватности статистических моделей необходима во всех случаях на стадии анализа теоретико-экспериментальных исследований. Методы оценки адекватности основаны на использовании доверительных интервалов, позволяющих с заданной доверительной вероятностью определить искомые значения оцениваемого параметра. Суть такой проверки заключается в сопоставлении параметров полученной модели с результатами исходного статистического распределения. В практике оценки адекватности применяют различные статистические критерии согласия, однако, для определения адекватности моделей, построенных на основании исследования малых выборок, что имеет место в рассматриваемом случае, рекомендуется использовать критерий Фишера [51].
Метод и алгоритмы системного иерархического выбора конкурентоспособных решений при управлении, разработкой сложных пожарно-техничес-ких систем
Вводные пояснения
Выбор потребности зависит от её актуальности и получаемой в результате прибьши, имеющегося ресурсного обеспечения и технологических возможностей, которыми; располагает предприятие-разработчик, и других факторов. Решение этой задачи по всем правилам связано со сравнительной оценкой перспектив и эффективности: во-первых, выпуска традиционной продукции с некоторыми улучшениями её потребительских качеств; во-вторых, реализация других известных потребностей; в-третьих, с поиском (выявлением и изобретением) новых технически реализуемых потребностей.
Именно на первом, стратегически; важном этапе может быть выбрано навое направление деятельности, которое намного перекроет получаемую прибыль в традиционном направлении или предотвратит избытки.
При решении задач выбора удовлетворяемой потребности имеет смысл подразумевать существование двух типов потребностей:
1) технически реализуемые потребности, для удовлетворения которых уже существуют соответствующие изделия ПТС или создание таких изделий; по мнению компетентных экспертов, не вызовет принципиальных затруднений;
2) прогнозируемые потребности, которые для общества желательно удовлетворить, но пока нет принципиальных конструкторских решений или необходимых технологических возможностей для создания соответствующих изделий ПТЄ. Структура банка данных «потребность»
Для проведения работы по выяснению и обоснованию технически реализуемых потребностей необходимо иметь автоматизированный банк данных, который позволяет значительную часть труда по обработке информации передать компьютеру. Рассмотрим возможную структуру такого банка данных. 1.1. Описание технически реализуемых потребностей отдельно по компонентам D, G, Н где D — описание действия, производимого ПТС и приводящего к желаемому результату, т.е. к удовлетворению (реализации) определённой-потребности; G — описание объекта (предмета), на которое направлено действие D; Н — описание особых условий и ограничений (если такие существуют), при которых выполняется действие. 1.2. Наименование ПТС или класса ПТС, обеспечивающего реализацию потребности. 1.3; Описание физической операции в виде компонент Ат, Ст, которая реализуется: в ПТС, где Ат, Ст — соответственно входной и выходной поток (фактор) вещества, энергии или информации [153]. 1.4. Указание важнейших потребительских качеств ПТС и их значений. 2. Описание прогнозируемых потребностей в соответствии с п. 1.1. 3. Массив МД1 — действий (компонент Д), упорядоченный в алфавитном порядке по именованиям действий. Формируется на основе информации в п.п. 1.1 и 1.2. 4. Массив МД2 - действий Д, представленный в виде иерархически упорядоченных структур (см. рис. 4.2). 5. Массив MG1 — объектов (компонент G), упорядоченный в алфавитном порядке по наименованиям объектов. Формируется на основе информации в п.п. 1.1 и 1.2. 6. Массив MG2 — объектов G, представленный в виде иерархически упорядоченных структур (см: рис. 4.3). 7. Массив МН — условий и ограничений (компонент Н). Методика выявления и обоснования новых актуальных технически реализуемых потребностей
Процедуры формирования гипотез о новых потребностях (процедура «синтез гипотез»). 1.1. Случайно выбирают элементы массивов MD1 и MG1, образуют случайную пару — Gt (действие Dk над объектом Gj). Вместо случайного выбора может быть принято другое более целесообразное правило выбора пар Dk - G-, например с учётом наиболее предпочтительных для эксперта БкИли Gj, по морфологической таблице составленной из альтернатив D и G; и т.п.
Случайно или по какому либо правилу выбирают из банка данных физических эффектов отдельные физические эффекты и технически реали зуемые цепочки физических эффектов, включающие не более четырёх эф фектов. По выбранному принципу действия формируется потребность, кото рая может быть удовлетворена с помощью данного принципа действия. По требность описывают по формуле (D, G) или (D, G, Н), если условие Н имеет решающее значение.
Данную процедуру имеет смысл сначала выполнить для новых физических эффектов (например, открытых в последние 10 или 20 лет), включая комбинации новых с уже известными.
На основе изучения истории техники и материальной культуры человечества выявляются технически реализуемые в прошлом (100 — 1000 и более лет назад) потребности, которые сегодня не удовлетворяются.
