Циклы развития изделия

Циклы развития изделия Согласно международным стандартам ИСО серии 9000 по управлению качеством продукции типовой жизненный цикл включает следующие этапы: 1) маркетинг; 2) НИОКР; 3) материально-техническое снабжение; 4) подготовка и разработка производственных процессов; 5) непосредственно производство; 6) контроль, испытания и обследование продукции в процессе производства и выходной контроль; 7) упаковка и хранение готовой продукции; 8) реализация и распределение; 9) монтаж и эксплуатация; 10) техническая помощь в обслуживании; 11) утилизация после использования. Предложенное стандартом ИСО деление стадий жизненного цикла нельзя считать оптимальным: некоторые основополагающие стадии даны укрупненно (например, 2-я стадия), а стадия производства излишне детализирована на пять стадий (с 3-й по 7-ю). В связи с этим, а также учитывая специфику нашего курса, рассмотрим вторую стадию более подробно. Вначале разделим стадию НИОКР на две составляющие: научноисследовательские работы (НИР) и опытно-конструкторскую разработку (ОКР). В свою очередь в составе НИР выделим следующие этапы: * поисковые НИР; * целевые НИР (фундаментальные и прикладные исследования); * внешнее проектирование; * формирование требований к изделию. Аналогично, ОКР разобьем на следующие этапы: * внутреннее проектирование; * разработка рабочего проекта и конструкторской документации; * изготовление, испытания и доводка опытного образца; * решете о серийном производстве. Задачи, решаемые на каждом из перечисленных этапов, должны быть достаточно строго согласованы с глобальной целью, для достижения которой создается изделие. Основой согласования задач и целей каждого этапа проектирования с общей целью являются исследования эффективности решений, направленных на достижение этой глобальной цели. Этап НИР является начальным этапом проектирования. На этом этапе осуществляется проблемный анализ в форме поисковых НИР (при поиске возможных путей решения проблемы) и целевых НИР, в рамках которых могут быть организованы фундаментальные и прикладные исследования, направленные на обоснование рационального выбора средств достижения цели проектирования. На основе результатов прикладных исследований должны быть сформированы требования к системе и разработано технического задания. Этот этап называют внешним проектированием системы (или системным проектированием). В процессе внешнего проектирования формируется основная концепция создания изделия, проводится анализ внешней обстановки для проведения исследований эффективности изделия в выявленных условиях , а также вырабатываются требования к изделию и разрабатывается техническое задание (ТЗ) на основе оценки эффективности изделия по обобщенным критериям эффективности. Процесс внешнего проектирования имеет четыре стадии: определение цели проектирования; определение объекта проектирования; синтез математической модели объекта проектирования; формализация задачи проектирования. На первой стадии анализируют прогнозируемые изменения внешней среды и оценивают рассогласования характеристик действующих изделий относительно их требуемых значений, соответствующих допустимому уровню эффективности этих изделий. Решение о разработке нового изделия принимают при существенном снижении эффективности изделия в прогнозируемых условиях обстановки. После всестороннего обоснования и принятия решения о разработке перспективной системы формируют цели разработки и проводят их структуризацию. Цели разработки тесно увязывают с той целью, для достижения которой создается изделие. Конкретное проектирование элементов, агрегатов и подсистем называют внутренним проектированием. Основными стадиями внутреннего проектирования являются: предварительное, эскизное и рабочее проектирование. На стадии предварительного проектирования формируется облик изделия, разрабатываются технические решения по комплектующим изделиям, формулируются технические предложения. В процессе эскизного проектирования вырабатывается конструктивно-компоновочная схема, формируется облик основных агрегатов и устройств, входящих в изделие. Изготовление и доводка опытного образца также относятся к внутреннему проектированию, которое заканчивается принятием решения о серийном производстве изделия (или его элементов). Системный подход Наиболее полным воплощением метода исследования, в основе которого лежит представление о любых объектах исследования как о некоторых системах, стал системный подход. Система - это совокупность элементов любой природы, находящихся в отношениях и связях друг с другом. При объединении элементов в систему последняя приобретает специфические системные свойства, не присущие ни одному из ее элементов. Такие свойства называют интегративными или эмерджентными. Основными атрибутами систем являются: 1) целостность (принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов и невыводимость из последних свойств целого; зависимость каждого от его места, функций и т.д. внутри целого); 2) структурность (возможность описания системы через определение ее структуры, т.е. совокупности связей и отношений системы; еще одним признаком структурности является обусловленность поведения системы не столько поведением ее отдельных элементов, сколько свойствами ее структуры); 3) взаимозависимость структуры и внешней среды (система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой, являясь при этом ведущим активным компонентом взаимодействия); 4) иерархичность (каждый компонент системы в свою очередь может рассматриваться как система, а исследуемая в данном случае система представляет собой один из компонентов более широкой, глобальной системы); 5) множественность описания каждой системы (в силу принципиальной сложности каждой системы ее адекватное познание требует построения множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь определенный аспект системы); 6) непрерывность функционирования и развития; 7) стремление к состоянию равновесия и устойчивости; 8) стремление к дифференциации и мобильности. При исследовании процедуры проектирования как определенной системы необходимо руководствоваться следующими принципами системного подхода (системного анализа): 1) процесс принятия решений должен начинаться с проблемного анализа (т.е. необходимо всесторонне изучить проблему, выявив ее масштабы, актуальность, источник возникновения, связь с другими проблемами, наличные или потребные ресурсы); результатом проблемного анализа должно явиться формирование совокупности согласованных или альтернативных целей деятельности, направленной на решение проблемы; цель - это идеальное представление (предвосхищение) в сознании руководителя желаемого результата; она определяет способы и форму действий, их характер и системную упорядоченность, а также средства достижения и выступает как определенный механизм интеграции различных действий в систему “цель-средство-результат”; 2) необходимо согласовывать цели отдельных подсистем с общей целью всей системы; при этом всю проблему необходимо рассматривать как целое, как единую систему и выявлять все последствия и взаимосвязи каждого частного решения; 3) необходимо выявлять и анализировать возможные альтернативные пути достижения цели и находить наиболее эффективные из них. Проблема принятия решения с точки зрения системного подхода состоит в выборе направления (варианта) действий для достижения цели системы. При этом различают решения в широком и узком смыслах. В широком смысле решение есть процесс выбора одного (рационального) варианта действий или некоторого их подмножества из множества возможных. В узком смысле решение есть результат конкретного выбора варианта действий. Такой выбор осуществляет ЛПР, которое наделено определенными правами и полномочиями и несет всю полноту ответственности за последствия принимаемых решений. Для того чтобы решить проблему, стоящую перед ЛПР, необходимо представить ее в виде одной или нескольких задач. Переходным этапом от проблемы к постановке формальных задач является проблемная ситуация, в ходе которой вербальная цель разбивается на подцели (задачи) и устанавливаются общие ограничения. В общем случае исход проектной или какой-либо другой исследуемой операции является неопределенным. Это вызвано неопределенностью условий проведения операции и действием факторов различной природы (мы об этом подробно говорили, когда характеризовали инвестиционные риски). Определение значений показателей, характеризующих тот или иной исход операции, связано с решением задачи моделирования операции. Проблема исследования эффективности разрабатываемых решений включает три взаимосвязанных этапа: постановку задачи, получение результатов и анализ результатов. Вопросы принятия решений, относящиеся к постановке задачи, связаны со структуризацией исходной информации о проблеме, анализом неопределенностей, формированием исходного множества стратегий, выбором показателя и критерия эффективности. Второй этап связан с формированием модели операции (механизма ситуации) и получением оценок эффективности по результатам моделирования. Процесс анализа результатов предполагает решение задачи выбора на основе сформированного критерия эффективности или системы таких критериев. Для того чтобы охватить проблему выработки решения в целом, представить ее основные элементы, которые необходимо сформировать для получения окончательного решения о стратегии проведения операции, рассмотрим математическую модель проблемной ситуации. Эта модель отображает взаимосвязи основных элементов процесса выработки решения и последовательность формирования частных задач. Обозначим: U - множество стратегий ЛПР; Λ - множество значений определенных и неопределенных факторов; G - множество исходов операции; Y - вектор характеристик (признаков) исхода g ∈G , т.е. числовое выражение результата операции; Н - модель, т.е. отображение, ставящее в соответствие множествам стратегий U и факторов Λ множество результатов Y (G); W - показатель эффективности; Ψ - оператор соответствия “результат показатель”; К - критерий эффективности; ℜ - модель предпочтений ЛПР на элементах множества: D = {U , Λ , G , Y , W , K} , θ -остальная информация о проблемной ситуации. Тогда модель проблемной ситуации представляется в виде системы: U , Λ , H , G , Y , Ψ , W , K , ℜ, θ . (1) Наличие компоненты Λ как самостоятельного элемента в модели проблемной ситуации предполагает, что множество значений неопределенных факторов при выработке решений будет либо обязательно установлено (задано извне), либо отыскание этих значений будет представлять самостоятельную задачу. Проблема выбора показателя эффективности W связана с установлением вида функции соответствия результата операции Y (G) требуемому результату YТР. Модель предпочтений ℜ есть формализованное представление ЛПР о “лучшем” и “худшем” среди элементов некоторого множества. С помощью этой модели решаются важные частные задачи, связанные с формированием исходного множества альтернатив U, выделением существенных факторов Λ , определяющих условия проведения операции, построением моделей Н и Ψ , выбором характеристик Y исходов g ∈G , построением на их основе частных показателей эффективности, их агрегированием в некоторый обобщенный показатель, установлением критерия К и т.д. Во многих практических случаях оказывается, что априорное задание одного из основных критериев эффективности (пригодности, оптимальности, адаптивности) приводит к выделению, как правило, некоторого множества “нехудших” альтернатив. В этом случае для однозначного выбора лучшей альтернативы необходимо формирование составного критерия - решающего правила, включающего как формальные, так и неформальные предписания по вынесению суждения. Это решающее правило и задается элементами модели предпочтений ℜ на множествах G ⇒ ℜ G , Y ⇒ ℜY , W ⇒ ℜW и т. д. Взаимосвязь указанных компонент модели проблемной ситуации приведена на рис. 1. Стрелками на рисунке показаны отношения между элементами проблемной ситуации. Сообразуясь с информацией θ A0 о цели операции, ЛПР последовательно формирует множества U и Λ на основе информации θU и θ Λ , опираясь на подмодели ℜU и ℜ Λ модели предпочтений ℜ . Аналогично на основе подмоделей предпочтений ℜ G и ℜY с учетом информации θ H об имеющихся средствах построения моделей Н выбираются характеристики Y исхода G и устанавливается вид соответствия H: U × Λ → Y (G ) , а также формируется величина требуемого результата YТР. Далее по информации Y, YТР с учетом предпочтений ℜW о виде показателя формируется модель Ψ “результат - показатель”. Одновременно формируется критерий К по информации θ A0 и подмодели предпочтения ℜ K , которая может задавать критерий в форме решающего правила. На основе суждения о степени достижения цели операции либо осуществляется выбор лучшей альтернативы из множества U ∗ ∈U , либо осуществляется возврат и коррекция элементов модели проблемной ситуации. A0 Цель θ A0 ℜ ℜU ℜG θU θH ℜΛ Факторы U Λ θΛ ℜY G Y, YTP ℜW Ψ W Цель не достигнута ℜK θ A0 K Суждение об эффективности Цель не достигнута Цель достигнута U* Рис. 1. Модель проблемной ситуации Задачи, соответствующие двум основным процессам принятия решений, формируются на основе модели проблемной ситуации и имеют вид: * для процесса получения результатов { } θ θ Ψ: Y H:U × Λ   → Y (G )   →W ; • для процесса анализа результатов θ W ℜ  → K:U  →U ∗ . В (2) запись { } θ Ψ: H:U × Λ   → Y (G ) (2) (3) означает множественность моделей, соответствующих системным уровням исследования. В выражении (3) символом U* обозначено подмножество “наилучших” с точки зрения ЛПР стратегий, из которых окончательно выбирают реализуемое решение u ∗ ∈U ∗ . Символом А0 на рис. 1 обозначена цель операции. На основе модели проблемной ситуации (1) могут быть получены различные постановки частных задач принятия решений. Каждую такую задачу можно представить в виде логического высказывания типа: <Дано; Требуется определить>. В этом случае символ “;” разделяет две стороны проблемы - то, что известно, и то, что требуется найти. Для этапа постановки задачи характерны следующие частные задачи принятия решений. Задача структуризации исходной информации. При рассмотрении основных этапов был выделен самостоятельный пункт - проблемный анализ, который является связующим информационным звеном между проблемой и моделью проблемной ситуации (1). Поскольку все содержание проблемного анализа направлено на структуризацию исходной информации о проблеме, то формально этот этап может быть представлен как следующая задача: { θ ;θ A0 , θ U ,θ Λ ,θ ℜ = θ ℜ G , θ ℜ Y , θ ℜU , θ ℜ Λ , θ ℜ K }, (4) где θ ℜ - часть общей информации о проблеме, касающаяся предпочтений лица, принимающего решения: на множестве возможных исходов G операции и различии их по предпочтительности относительно цели А0 операции; на множестве существенных характеристик Y исхода g ∈G ; на множестве возможных способов (стратегий) U достижения цели операции; на множестве Λ условий проведения операции; на возможных концепциях (гипотезах) рационального поведения системы для определения в дальнейшем критерия эффективности. Эта задача решается только эвристическими методами. Задача анализа неопределенности. Классификация факторов по характеру неопределенности является одним из результатов решения задачи анализа неопределенности вида: θ A0 ; Λ , θ Λ , (5) где θ A0 - информация о цели операции; θ Λ - информация о типе и характеристиках множества неопределенных факторов. Решение этой задачи требует привлечения и анализа информации, получаемой на основе аналогий, исторического опыта, экспериментальных и статистических данных, результатов экспертиз. Особенностью данной задачи является применение для ее решения как формальных, так и неформальных (эвристических) методов. Тем не менее эта задача может успешно решаться лишь в том случае, если будут созданы мощные базы данных и базы знаний на основе современной информационно-вычислительной техники. Это позволяет оперативно получать, анализировать и обрабатывать информацию, касающуюся природы неопределенных факторов, диапазонов их изменения, априорного распределения вероятностей на них, психологических особенностей принятия решений другими субъектами исследуемой системы, типов взаимодействия между ними (нейтрализм, содействие, противодействие) и др. К важнейшим задачам типа (5) относятся задачи математической статистики, касающиеся параметрического и непараметрического оценивания, идентификации, кластеризации, прогнозирования. Класс применяемых методов решения этих задач широк и достаточно хорошо разработан. Например, по существующим оценкам только методов прогноза насчитывается свыше 150. К ним относятся, прежде всего, морфологический, корреляционный, регрессионный, факторный и спектральный анализ, аппарат цепей Маркова, метод группового учета аргументов, методы распознавания образов и др. Задача формирования исходного множества стратегий. Следуя модели проблемной ситуации, схема которой представлена на рис. 1, задачу формирования исходного множества стратегий наряду с задачей анализа неопределенности относят к одному из начальных этапов исследования эффективности операции, что определяет ее важное самостоятельное значение. Формальная постановка этой задачи выглядит следующим образом: θ A0 ; θ U ,θ Λ , θ ℜU , Λ , U . (6) Задача (6) не является тривиальной. Действительно, с одной стороны, множество альтернатив U, “заполняющее пустоту” между желаемым результатом (целью операции) и условиями ее проведения ( Λ ), должно быть по возможности более широким. Это обеспечит в дальнейшем свободу выбора решений ЛПР и сведет к минимуму возможность упустить “лучшее” решение u ∗ ∈U . С другой стороны, исходное множество стратегий U должно быть обозримым и, следовательно, достаточно узким, что позволит ЛПР в дальнейшем провести верификацию альтернатив на имеющихся в его распоряжении моделях при ограничениях на ресурсы (время, деньги и т. п.). Многие компоненты задачи формирования исходного множества стратегий явно не заданы и эвристически формируются ЛПР. Проблема удовлетворения противоречивых требований к множеству исходных стратегий U должна решаться по следующим основным направлениям, которые диктуются ℜU . 1. При решении вопроса о включении той или иной альтернативы и в множество U следует ориентироваться на цель операции, определяя, каков будет ответ на вопрос: обеспечивает ли данный вариант действий u ∈U достижение желаемого результата в условиях Λ хотя бы в принципе? Уже этот этап позволяет ЛПР отсечь огромную часть потенциального множества альтернатив из-за их очевидной непригодности с точки зрения достижения цели операции. Такая “очевидность” весьма субъективна. Она отражает способность ЛПР увидеть среди множества возможных целей (если цель не задана экзогенно, извне) главную, а также предсказать возможные цели на будущее. Сформированное таким образом множество U A0 можно назвать целевым. 2. Среди всех альтернатив множества U A0 необходимо на основании информации θ U выделить подмножество UФ, физически реализуемых стратегий, отвечающих требованию: может ли быть данная альтернатива u ∈U A0 реализована сейчас или в заданные на операцию сроки? Решение этого вопроса связано с уровнем общетеоретических и конструкторских разработок, с прогнозом их развития. Кроме того, в множество UФ включаются только те альтернативы, которые удовлетворяют ограничениям по затратам, качественно оцениваемым ЛПР и экспертами. Причем эти затраты включают также средства, выделяемые на дополнительные исследования. обеспечивающие готовность альтернативы к заданному сроку начала операции. 3. Множество физически реализуемых целевых стратегий U Ф ⊆ U A0 должно удовлетворять следующим требованиям: содержать среди множества UФ такие стратегии Uа, которые обеспечивают свободу выбора решений в ходе операции; эти стратегии должны быть “гибкими” по отношению к изменяющимся неопределенностям природного и поведенческого характера. Таким образом, для дальнейшего рассмотрения остаются лишь те стратегии U a ⊆ U Ф , которые обеспечивают возможность эффективной корректировки первоначально намеченного плана операции при изменении условий ее проведения или инвариантные к условиям стратегии. Первое означает, что риск (потери), связанный с корректировкой плана в ходе операции, будет минимальным. Второе - выбор стратегий на основе прогноза поведения других субъектов операции обеспечит выгодное течение операции. Такая трехэтапная процедура выделения исходного множества стратегий U = Uа носит циклический характер, предполагающий возврат к “старому” на более высоком уровне в случае выявления противоречий на одном из приведенных этапов. В целом процедуру формирования исходного множества стратегий можно представить схемой, изображенной на рис. 2, на которой непрерывными стрелками показано направление “естественного” хода процесса, а пунктирными стрелками - возврат в случае выявления противоречий. Символом θ Λ CT обозначена информация, касающаяся возможности включения альтернативы и в U к заданному сроку Т начала операции при выделенных на ее разработку средствах С, а символом θa информация о возможности корректировки первоначального плана операции и при изменении условий ее проведения. Задача моделирования исходов операции. В рамках рассматриваемых моделей проблемной ситуации формальная запись задачи моделирования исходов операции, т.е. построения отображения Н, выглядит следующим образом: θ A0 , U , Λ , θ H , ℜ G , ℜY ; Y , { H} , (7) где { H } - веер моделей. θ A0 , θ Λ , Λ , θ ℜU ; U A0 θ A0 , θ U ,θ Λ ,θ Λ CT , Λ; U Ф θ A0 , θ a ,θ Λ ,θ Λ CT , Λ; U a U Рис. 2. Схема процесса формирования исходного множества стратегий Необходимость, в общем случае, рассмотрения не одной модели Н, а многоуровневой их иерархии { H } определяется особенностью схемы исследования эффективности, при которой описание более высокого уровня зависит от обобщенных и факторизованных переменных низшего уровня. Такой подход при решении задачи моделирования исходов операции позволяет структу-рировать процесс моделирования операции в целом, существенно облегчить оценивание ее эффективности, выявить наиболее значимые факторы, определяющие эффективность. Такая методология решения задачи (7) предъявляет вполне определенные требования к моделям, используемым на различных уровнях иерархии исследования. Задача моделирования цели операции. Для того чтобы исследования были содержательными (т.е. были бы получены некоторые количественные оценки для выработки решения), прежде всего необходимо достаточно аккуратно и четко формализовать цель операции. Такая постановка задачи исследования эффективности операции вынуждает использовать количественные шкалы при формализации цели операции. Формализация цели операции должна учитывать характеристики внешней среды, как необходимом условии получения обоснованного решения. Цели и задачи операции отображаются в систему показателей их достижения. Вводится критерий эффективности. Система “показатель эффективности + критерий” образует модель цели операции (рис. 3). Задача моделирования цели операции формально ставится следующим образом θ A0 , U , Λ , Y TP , Y (G ), ℜW , ℜ K ; W , K . (8) В некоторых случаях цель А0 операции задается вышестоящим органом в виде параметров целеполагания УТР. Это обстоятельство отражено в (8) тем, что УТР стоит в левой части - “Дано”. В общем случае параметры целеполагания являются результатом решения задачи: θ A0 , U , Λ , ℜY , G , Y TP . Полученный результат Y U Λ Исход Y(G) Модель цели операции W, K Желаемый результат YТР Цель А0 Установление степени соответствия Рис. 3. Модель цели операции Цель операции накладывает вполне определенный отпечаток на вид показателя эффективности и на сам критерий, точнее на принцип его выбора. Числовая функция, определенная на множестве стратегий U, характеризующая степень достижения цели А0 операции, может рассматриваться в качестве показателя эффективности лишь при соблюдении определенных требований. Соответствие цели. ЛПР, зная значение показателя в той или иной * ситуации, полностью представляет себе, в какой степени достигается цель. * Содержательность и интерпретируемость. Сам показатель эффективности или его компоненты должны быть понятны ЛПР и иметь ясный физический смысл. * Измеримость. Показатели эффективности можно подвергать определенным математическим преобразованиям, допускаемым типом его шкалы. Если эффективность операции не удается описать единственным показателем, то выбор числа частных показателей эффективности, образующих векторный показатель, представляет собой нетривиальную задачу. К векторному показателю эффективности предъявляются дополнительные требования. * Минимальность числа используемых частных показателей. Человек может достаточно легко оперировать с одним - тремя показателями без использования машинных методов обработки. В зависимости от степени подготовленности ЛПР верхняя граница размерности векторного показателя определяется величиной 7 ± 2: при этом с ростом числа показателей увеличивается время анализа получаемых результатов. * Полнота. Векторный показатель эффективности должен содержать такое количество частных показателей, которое позволяло бы учитывать все определяющие признаки Y, адекватно отражающие результат операции. Перечисленные требования оказываются противоречивыми, что еще раз указывает на связь задачи принятия решения с проблемной ситуацией. Противоречивость проявляется в том, что невозможно удовлетворить всем требованиям сразу. Например, ЛПР по значению показателя должен полностью представлять себе степень достижения цели (соответствие цели). Это приводит к необходимости удовлетворения требования полноты, которое противоречит требованию минимальности. Требование содержательности и интерпретируемости входит в противоречие с требованием измеримости, поскольку показатели эффективности могут не иметь адекватной физической шкалы (например, оценка эстетичности, эргономичности, новизны и т.п.) и их приходится описывать субъективными оценками. В качестве показателей эффективности на концептуальном уровне исследований целесообразно выбирать агрегированные показатели, отражающие степень достижения целей операции. На операциональном уровне исследований в качестве показателей эффективности целесообразно также использовать агрегированные показатели. которые должны характеризовать степень выполнения задач операции, решение которых приводит к достижению цели операции. Требования к качеству решения этих задач могут быть получены на верхнем уровне - уровне концептуального исследования. Показателями качества на уровне детального исследования могут являться как агрегированные, так и неагрегированные показатели качества элементов подсистем. Основные типы критериев эффективности, используемые при принятии решений, формируются на основе концепций рационального поведения систем: пригодности, оптимизации и адаптивизации. Если операция проводится в условиях существенной неопределенности (целевой, природной и поведенческой), то в качестве критериев могут использоваться либо критерии пригодности (например, критерий гарантированного результата), либо оптимальности (например, критерий наибольшего гарантированного результата). Однако использование этих подходов при выборе критерия в данной ситуации не всегда оправданно, так как в большинстве случаев гарантированные уровни являются недопустимо низкими и вследствие этого не несут никакой информации о рациональности действий. Поэтому используют другой подход к формированию критериев, а именно - подход, основанный на концепции адаптивизации. Этот подход предполагает прогнозирование возможных условий Λ и способов U на основе не только априорной (статической) информации, но также текущей динамической и прогнозной (виртуальной) информации. Используя такую информацию и применяя принцип оптимальности, можно получить не только целенаправленные, но н гибко ориентированные решения. Таким образом, переходим от статической модели принятия решения к динамической. Следовательно, суть этого подхода состоит не просто в выборе лучшего, как это имеет место в концепции оптимальности, а именно в движении к лучшему. Математической формулировкой критерия адаптивности при выборе решений может, например, служить следующее выражение: u ∗ (t ,τ ): sup W t (u, t ,τ ) , (9) u( t ) ∈U ( t ,τ ) где и, U имеют тот же смысл, что и ранее; t - время; τ - упреждение прогноза. Запись W t означает, что цели операции, а следовательно, показатели и критерии могут меняться во времени, сам же показатель формируется как некоторое осреднение по факторам λ ∈Λ . Использование критерия (9) позволяет выбирать “нехудшую” стратегию и* (t, τ ) с точностью до ошибок прогнозирования на период прогноза τ . Эта стратегия обеспечивает наибольшее значение функции W t на выбранном множестве допустимых стратегий U(t, τ ), которое формируется к данному моменту времени t. Таким образом, принцип принятия решений на основе концепции адапгивизации оказывается наиболее сложным по уровню выработки управляющих воздействий, но в то же время и наиболее совершенным. Задача моделирования предпочтений. При решении всех изложенных выше задач перед ЛПР стоит проблема выбора объектов, подлежащих дальнейшему рассмотрению, из множества имеющихся. Осуществляя такой выбор, ЛПР руководствуется своей системой предпочтений. Эта система предпочтений может быть выявлена и измерена в ходе контрольного предъявления ЛПР объектов из представленной совокупности. Выявленная и измеренная система предпочтений ЛПР называется моделью предпочтений. Разработаны специальные методы моделирования предпочтений ЛПР, использующие формальные и неформальные процедуры. Общая постановка задачи моделирования предпочтений формально записывается в следующем виде: D, θ , ℜ D , (10) где D = {U , Λ , Y , G , W , K} . Задачу (10) надо понимать следующим образом. На основе имеющейся информации θ и результатов контрольного предъявления объектов, входящих в подмножество множества D, выявить систему предпочтений ℜ ЛПР. Построение модели ℜ может быть осуществлено с помощью получаемой от ЛПР специальной дополнительной информации, которая называется информацией о предпочтениях. Типичными примерами такой информации являются независимость частных показателей по предпочтению, аддитивная независимость показателей, качественная информация об относительной важности, коэффициенты важности и др. Классификация задач принятия решений В основу классификации задач принятия решений могут быть положены различные системы признаков. Однако сложившаяся практика исследования эффективности технических систем показывает, что наиболее общими и существенными признаками классификации являются: число лиц, принимающих решения; вид показателя эффективности: степень определённости информации о проблемной ситуации; зависимость элементов модели проблемной ситуации от времени. По признаку числа ЛПР различают задачи индивидуального и группового принятия решений. Индивидуальные решения принимаются одним лицом. а групповые - коллективным органом (группой лиц). При групповом выборе решений определяющую роль играет задача согласования индивидуальных предпочтений членов группы. Главное здесь - объединить предпочтения отдельных лиц в единое мнение (групповое предпочтение). В зависимости от вида используемого показателя эффективности задачи принятия решений подразделяют на задачи со скалярным и векторным показателем эффективности, которые часто ещё называют соответственно скалярными и векторными задачами принятия решений. По признаку степени определенности информации о проблемной ситуации различают задачи принятия решений в условиях определенности и неопределенности. Задачи принятия решений в условиях определенности (детерминированные задачи) характеризуются наличием полной и достоверной информации о проблемной ситуации, целях, ограничениях и последствиях принимаемых решений. В этих задачах относительно каждой стратегии u ∈U заранее, до проведения операции, известно, что она неизменно приводит к некоторому конкретному исходу (результату). Задачи принятия решений в условиях неопределенности подразделяются в свою очередь на задачи в условиях стохастической и нестохастической неопределенности. По способу описания неопределенностей нестохастического характера различают задачи принятия решений в четкой и нечеткой постановке. Характерная особенность всех задач принятия решений в условиях неопределенности состоит в том, что исход операции зависит кроме стратегий оперирующей стороны и фиксированных факторов также от неопределенных факторов, не подвластных оперирующей стороне и не известных ей в момент принятия решения (или известных с недостаточной точностью). В результате влияния неопределенных факторов каждая стратегия u ∈U оказывается связанной с множеством возможных исходов операции, что существенно осложняет процесс выработки решения. По признаку зависимости элементов модели проблемной ситуации от времени различают статические и динамические задачи принятия решений. Динамические задачи значительно сложнее статических, поскольку некоторые элементы динамических задач принятия решений зависят от функций времени, описывающих поведение динамических объектов, участвующих в операции. Классификация задач принятия решений по перечисленным признакам приводит к различным комбинациям типов задач. Например, некоторая задача может быть классифицирована как статическая векторная задача группового принятия решений в условиях определенности. Возможны и другие комбинации. Особенности задач принятия решений для различных этапов жизненного цикла изделий Методология системного анализа рекомендует рассматривать весь процесс создания и использования технической системы в рамках единого подхода. Следуя этим рекомендациям, целесообразно ввести понятие обобщенной (укрупненной) S-системы, в пределах которой реализуется обобщенная операция (ОО), имеющая два последовательных периода: 1-й период - создание технической системы; 2-й период - использование созданной технической системы для достижения заданной цели А0 (период эксплуатации системы). В самом упрощенном виде задачу можно описать следующим образом. Для решения возникшей проблемы необходимо обеспечить достижение цели А0. Для разработки и производства технической системы выделяются определенные финансовые и материальные ресурсы. Требуется выбрать рациональный вариант технической системы, спроектировать и организовать процесс ее производства в соответствующие сроки так, чтобы потенциальная эффективность этой технической системы в операции, направленной на достижение цели, была по возможности наибольшей. Таким образом, в обобщенной S - системе для достижения цели А0 в качестве ресурсов используются выделенные денежные ассигнования на создание и развитие перспективной технической системы, силы и средства проектно-конструкторских организаций и производственных объединений. Способы использования этих ресурсов составляют множество стратегий первого периода обобщенной операции. Стратегиями второго периода операции являются способы использования созданной технической системы. Опишем способ согласования целей и задач каждого этапа жизненного цикла сложной технической системы. Цель А0 обобщенной операции определяет назначение проектируемой системы и может быть реализована на этапе ее использования. Цели предшествующих этапов жизненного цикла являются промежуточными целями обобщенной операции. На этой основе можно выбрать рациональный принцип декомпозиции жизненного цикла системы, который будет зависеть от масштабов решаемой проблемы, сложности создаваемой технической системы, качества сил и средств, привлекаемых для ее создания, становления и развития, а также от других факторов. Все это определяет неоднозначность деления жизненного цикла ТС на этапы, стадии и фазы. На стадии поисковых НИР формируется множество альтернативных потенциальных целей α 0 = α 10, α 02 , K, α 0M . Полагают, что достижение { } любой из этих целей решает возникшую проблему. Каждая альтернативная цель связана с определенной предметной областью. Поисковая НИР организуется в форме проблемного анализа, предваряющего концептуальные исследования эффективности, направленные на обоснование и выбор цели А0 из множества α 0 , а также средств ее достижения. Выбранная глобальная цель А0 порождает множество локальных, частных целей и задач, которые играют роль средств достижения глобальной цели. Исследования целевых НИР направлены на формирование упорядоченности частных целей и задач, установление способов и средств их достижения. Определение множества частных целей и их упорядочение представляют собой процесс формирования программы достижения глобальной цели А0. Неопределенность в выборе способов и средств достижения частных целей и решения некоторых проблемных вопросов вынуждает иногда проводить фундаментальные исследования, результаты которых используют затем в прикладных исследованиях, формирующих теоретическую основу внешнего проектирования системы. Процесс формирования множества промежуточных целей и задач ведут обычно последовательно, начиная с анализа факторов, непосредственно влияющих на достижение глобальной цели А0. При этом формируются промежуточные цели первого уровня. Затем выбирают цели второго уровня, достижение которых обусловливает выполнение целей первого уровня и так далее. На множестве промежуточных целей устанавливают отношение необходимости R (или предшествования), представляющее собой строгий частичный порядок. Так, если AiRAj, то считают, что цель Ai необходимо выполнять для достижения цели Aj (Ai предшествует Aj). Отношение необходимости R на множестве промежуточных целей удобно представить в виде ориентированного графа. В частном случае, если нет ни одной цели, непосредственно предшествующей сразу двум целям и более, граф будет представлять собой дерево целей и задач. Если глобальная цель или какая-либо из промежуточных целей может быть достигнута не единственным способом, то на одном и том же множестве промежуточных целей можно задать различные отношения необходимости, соответствующие каждому варианту достижения цели. Операции булевой алгебры позволяют формализовать процесс упорядочения целей и задач. В качестве примера рассмотрим следующую последовательную процедуру формирования упорядоченного множества промежуточных целей. Пусть тем или иным способом логического анализа установлено, что глобальную цель А0 можно достичь двумя путями: выполнив либо цель A11 , либо цель A21 . Следовательно, A0 = A11 ∨ A21 . Каждая цель может быть закодирована соответствующей булевой переменной, принимающей лишь два значения: 1 (k-я цель Aki достигнута) и 0 (цель не достигнута). Пусть, далее, для достижения цели A11 необходимо (и достаточно) выполнить цели A12 и A22 , т.е. A11 = A12 ∧ A22 . Аналогично, пусть известно, что A21 = A32 ∧ A42 ; A12 = A13 ∧ A23 ; A22 = A23 ∧ A33 ∧ A43 ; A32 = A23 ∧ A53 ; A42 = A43 ∧ A63 . Подставляя эти равенства в начальное выражение для А0, получим A0 = A13 ∧ A23 ∧ A33 ∧ A43 ∨ A23 ∧ A43 ∧ A53 ∧ A63 = ( ) (( A ( = A23 ∧ A43 ∧ ) ( 3 1 ) )) ) ( ∧ A33 ∨ A53 ∧ A63 . Логическая схема упорядочения частных целей в рассматриваемом случае представлена на рис. 4. A13 & A23 A33 A12 & & ∨ A22 A43 & A0 A32 A53 & & A63 A11 A42 A21 Рис. 4. Логическая схема упорядочения частных целей На схеме блок с индексом V - есть дизъюнктор, а блоки с индексом & коньюнкторы. Данную схему можно представить ориентированным графом без петель и циклов (рис. 5, а и б). Однако деревом этот граф не будет ввиду того, что A23 непосредственно предшествует трем целям A12 , A22 , A32 ; а цель A43 - двум целям A22 и A42 . Отношение порядка на множестве промежуточных целей и задач струк-туризуется отнесением групп целей и задач к тому или иному этапу жизненного цикла системы. Формирование требований к системе и разработка технического задания являются целью внешнего проектирования ТС. Создание рабочего проекта и разработка конструкторской документации есть цель внутреннего проектирования, а ввод в эксплуатацию основных подсистем согласно выработанному плану является целью этапа серийного производства. A0 A0 A 11 A 12 A 12 A 13 A 32 A 33 A 22 A 34 A 23 A 32 A 53 A 34 A 24 A 36 Рис. 5. Граф целей и задач Определение цели проектирования является важнейшей стадией внешнего проектирования, за которой следует стадия определения объекта проектирования. На этой стадии формируется концепция системы в целом, т.е. способ понимания и представления ее основных функций, вырабатывается общий замысел системы и пути его реализации. Кроме того, определяются связи проектируемой системы с внешней средой, устанавливается интенсивность этих связей и их направленность, а также изучаются способы взаимодействий внешней среды с проектируемой системой. В соответствии с принципом информационной достаточности модель системы может быть построена, если объем сведений (знаний) о системе не ниже некоторого предельно допустимого уровня. Обычно объект проектирования определяют с целью получения сведений об этом объекте в объеме, превышающем минимальный уровень достаточности. Сбор, структуризация и уточнение сведений (знаний) об объекте проектирования называют подготовкой данных для синтеза математической модели объекта. Формирование математической модели проектируемой системы обычно начинают с разработки математического описания технической системы в виде набора проектных параметров и ограничений. На основании такого описания строится структурно-параметрическая модель объекта проектирования, которая в общих чертах отражает облик проектируемой системы. Построение модели системы является основой формализации задачи проектирования. Эта стадия внешнего проектирования системы включает формирование множества допустимых решений, формализацию системы предпочтений ЛПР и установление критерия эффективности на основе введенного показателя эффективности операции. Такие исследования ведут на концептуальном уровне. При этом большое внимание должно быть уделено анализу априорной информации, способам ее получения и обработки. Внешнее проектирование заканчивается формированием рациональных требований к системе и разработкой технического задания. Выбор рациональных требований к системе осуществляется на основе оценивания эффективности различных вариантов требований. При оценивании эффективности вариантов на стадии внешнего проектирования необходимо по возможности проводить технико-экономическое обоснование каждого варианта. Рациональные требования к системе на стадии внешнего проектирования приходится выбирать в условиях большой степени неопределенности ввиду того, что период использования проектируемой системы по назначению отдален по времени иногда на довольно большой срок; система предпочтений заказчика на стадии внешнего проектирования еще недостаточно четко выявлена; кроме того, часто слабо структуризовано множество целей и задач, а множества допустимых стратегии на каждом этапе жизненного цикла достаточно велики и разнообразны. По мере реализации (протекания) обобщенной операции степень неопределенности несколько уменьшается, так как часть неопределенных факторов становится определенной. Например, на завершающей фазе внешнего проектирования становится известным перечень требований к системе, так как уже выбран вариант системы из множества допустимых вариантов. Обозначим: UН - множество допустимых стратегий на этапе НИР; соответственно UО, UП, UИ - множества стратегий на этапах ОКР, производства и использования системы. Тогда множество допустимых стратегий в обобщенной операции можно представить в виде прямого произведения множеств стратегий на всех этапах жизненного цикла, т.е. U = UН х UО х UП х UИ. При завершении того или иного этапа число сомножителей в прямом произведении сокращается. Управляемые на предыдущем этапе факторы становятся на следующем этапе определенными факторами, формирующими условия нового этапа обобщенной операции. На рис. 6 приведена схема обобщенной операции, на которой показано постепенное сужение множества допустимых стратегий при переходе от одного этапа жизненного цикла к другому. Множество определенных факторов Λ расширяется вследствие поступления информации о решениях, принимаемых на каждом этапе жизненного цикла системы. После каждого этапа жизненного цикла постепенно сокращается объем модели системы, реализующей обобщенную операцию. Системы SН, SО, SП, реализующие соответствующие этапы обобщенной операции, на рис. 6 изображены частично пересекающимися прямоугольниками. Высота такого прямоугольника условно показывает глубину проработки вопросов на соответствующем этапе, а сторона основания прямоугольника - широту охвата вопросов. Кривая в нижней части схемы показывает, как увеличивается глубина проработки и сокращается широта охвата вопросов с течением времени. Система обеспечения информацией должна быть спланирована на стадии внешнего проектирования. При планировании этой системы должны быть указаны способы получения информации по ее видам на всех стадиях НИР и ОКР, порядок взаимодействий с заказчиком с целью получения от него требуемой информации в установленные сроки. Период полезной жизни Реализационный период ОКР Серийное пр-во Эксплуатация НИР Решение о разработке системы Утверждение технического задания Внешнее проектирование Решение о серийном производстве Внутреннее проектирование Ввод в эксплуатацию Производство Решение о ликвидации системы Использование И   H О П S H U ×U ×U ×U ⇒WH  ↵ Λ  U О ×U П ×U И SO H  Λ ×Λ  ⇒WO ↵  U П ×U И  П SП О ⇒W H ↵ Λ × Λ × Λ     UИ SИ П ⇒W О H  Λ × Λ × Λ × Λ ↵ Рис. 6. Схема обобщенной операции В состав информационной системы необходимо включить единый испытательный комплекс. Назначение последнего - организация системы испытаний, всех видов. Единый испытательный комплекс (ЕИК) должен систематизировать все испытания, проводимые с системой и ее элементами, объединять их в общую систему планирования испытаний (экспериментов) и обработки результатов испытаний. ЕИК строится как общая информационная система испытаний, объединяющая в единую схему поисковые экспериментальные исследования на стадии поисковых НИР; лабораторные эксперименты на стадии целевых фундаментальных и прикладных исследований; экспериментальную проверку гипотез на стадии внешнего и внутреннего проектирования; автономные и комплексные заводские испытания элементов, агрегатов и подсистем; контрольные и приемочные испытания опытного образца системы; эксплуатационные испытания системы: периодические испытания технической системы и ее элементов в период эксплуатации. Жизненный цикл системы отражается поэтапным развитием обобщенной операции как процесс постепенного накопления информации о свойствах создаваемой технической системы, условиях обстановки и способах ее использования в качестве активного средства в операции. По мере накопления информации о системе уточняется оценка эффективности операции, что приводит к более полному обоснованию принимаемых решений на каждом этапе жизненного цикла системы. На стадии внешнего проектирования выбор рациональных требований к системе осуществляется на основе достаточно общих критериев эффективности, не приводящих к слишком сильному усечению (сужению) множества допустимых стратегий. На этой стадии использование сильного принципа оптимизации, приводящего к выбору небольшого числа оптимальных стратегий (или всего одной стратегии), не всегда оправданно потому, что на ранних этапах жизненного цикла проследить ход развития операции во всех деталях нельзя. На стадиях внешнего и внутреннего проектирования целесообразно организовать последовательный обмен информацией между представителями этих стадий проектирования. Обмен информацией может происходить по определенной схеме. 1. Лицо, принимающее решения на стадии внешнего проектирования (ЛПРН), осуществляет выбор определенного подмножества UН*, т.е. выбирает несколько вариантов требований к системе, пользуясь в основном критерием пригодности. Эти варианты вместе с частными показателями эффективности ЛПРН сообщает лицу, принимающему решения на стадии внутреннего проектирования (ЛПРО). Вектор частных показателей отражает систему предпочтений заказчика. 2. Лицо, принимающее решения на стадии внутреннего проектирования (ЛПРО), формирует ряд альтернативных вариантов UО* будущей системы в соответствии с вариантами требования ЛПРН. Каждый вариант рассматривается на стадии предварительного проектирования. На этой стадии формируется облик системы и вырабатываются технические предложения, исходя из оценки эффективности каждого варианта системы. 3. Информация о проведенных исследованиях эффективности каждого варианта облика системы передается ЛПРН Для более полного оценивания эффективности системы в рамках уточненной математической модели функционирования проектируемой системы. 4. После нескольких циклов обмена информацией между ЛПРН и ЛПРО выбранный вариант и* всесторонне анализируется с целью удовлетворения требований заказчика. Оценка потенциальной эффективности проектируемой системы служит основой согласования требований заказчика с предлагаемыми характеристиками системы. В процессе согласования варианта системы по мере обмена информацией между ЛПРН и ЛПРО может меняться (усиливаться) принцип выбора и соответственно критерий эффективности. Выбранные рациональные варианты технической системы оценивают затем на этапе серийного производства. Выбирают способ производства системы, при котором будут выдержаны требуемые характеристики. Соответствие полученных характеристик требуемым и допустимость некоторых отклонений устанавливают оцениванием эффективности системы, проводимым на основе результатов приемочных испытаний. При этом критерий эффективности выбирают обычно таким же, каким пользуются при выборе рациональных стратегий на этапе использования технической системы.