Проектирование технических обстановок и комплексирование проверок функций

Для обеспечения технической (но не статистической) достоверности результата испытаний экспериментальная проверка каждой из функций системы управления, товара требует создания соответствующих реальным условиям эксплуатации искусственных технических обстановок испытаний. В первую очередь это касается всего набора информационных признаков, которые используются товаром для выполнения своих функций, помехо-вых обстановок, в том числе помех промышленных и искусственно создаваемых противоборствующей стороной.

Обострение конкурентной борьбы на рынках сложных товаров машиностроения повышает возможный ущерб для ОПС -разработчика товара в случае выхода на рынок с не до конца отработанным или недостаточно испытанным товаром. При этом усложнение условий применения товаров привело к необходимости разработки теоретических основ проектирования технических обстановок испытаний. Более того, оказалось, что в целях обеспечения технических возможностей проверки переходных режимов товара (функций адаптации и живучести) при испытаниях необходимо создавать специальные имитаторы с изменяющимися в реальном масштабе времени эксперимента функциями и параметрами. Теоретические основы исследования этого аспекта проекта испытаний даны в работах /13,14/.

При проектировании технических информационных обста-новок испытания функций системы управления, товара принимают решения по вопросам:

1) проектирования элементарных (не с точки зрения простоты, а с точки зрения неделимости) имитаторов отдельных признаков и(или) информационных воздействий и обстановок функционирования товара;

2) проекта объединения имитаторов в единую техническую обстановку проверки конкретной функции;

3) комплексирования имитаторов в многофункциональный имитатор технических обстановок для проверки множества функций товара.

Для этого необходимо определить иерархию, провести декомпозицию задач, критериев проектирования систем технических обстановок, разработать логико-математический метод проектирования имитаторов и технических обстановок.

Комплексирование функциональных проверок позволяет значительно сократить затраты времени и средств на испытания сложных товаров машиностроения. При этом ставится условие обеспечить полноту проверки функций не менее заданной. Такое комплексирование осуществляется в процессе разработки управленческого решения относительно плана и проекта испытаний товара. Комплексирование функциональных проверок возможно, если условия их выполнения не противоречат друг другу, то есть техническая обстановка одной функциональной проверки должна позволять создавать такую обстановку для реализации следующей проверки в реальном масштабе времени одного и того же эксперимента.

Для обеспечения возможности комплексирования нескольких функциональных проверок в одном эксперименте необходимо создать специальные многофункциональные и управляемые в реальном масштабе времени эксперимента имитаторы, устройства создания помех.

Комплексирование имитаторов в многофункциональный имитатор технических обстановок для проверки множества функции товара позволяет осуществить комплексирование проверок товара в одном эксперименте. При этом сокращается число экспериментов, необходимых для выполнения программы испытаний, что позволяет:

1) сократить затраты времени и средств на испытания, разработку системы управления, товара в целом. А это, в свою очередь, может позволить ОПС (разработчику товара): либо установить монопольно высокие цены на период монопольного положения на рынке; либо расширить диапазон возможного маневра в назначении цен за счет снижения себестоимости товара (Последнее может позволить увеличить долю товара на рынке или получить дополнительную прибыль, решить задачи выживания фирмы.);

2) снизить вероятность недопустимого воздействия на элементы окружающей среды за счет уменьшения числа экспериментов, в которых такое воздействие возможно.

Иерархия задач проектирования определена иерархией «информационный элемент (имитатор) - подсистема (техническая обстановка) - система (система технических обстановок)». В качестве элемента низшего уровня иерархии будем рассматривать имитатор - искусственный технический объект, адекватный в заданном смысле реальному объекту или его отдельному информационному признаку.

В качестве подсистемы будем рассматривать техническую обстановку - совокупность имитаторов, объединенных для того, чтобы имитировать некоторое множество вариантов типовых условий применения объекта испытаний.

Система технических обстановок - это совокупность технических обстановок, расположенных на определенной территории и объединенных для того, чтобы имитировать в процессе экспериментов и испытаний множество типовых условий применения некоторого множества товаров.

Формально задачи проектирования на каждом из уровней определяются соответствующими критериями проектирования. В качестве таких критериев целесообразно рассматривать:

1) для имитатора:

- количество имитируемых информационных признаков (факторов) реального объекта;

- вероятности ошибок первого и второго рода при имитации каждого из признаков;

- идентичность распределений ошибок пеленгации в момент «ослепления» информационно-корректирующей подсистемы товара для имитатора и реального объекта;

- стоимость полной имитации заданного объекта.

2) для технической обстановки:

- относительное количество имитируемых к заданному признаков и тактических ситуаций для программы испытаний одного товара;

- математическое ожидание количества имитируемых обстановок (функциональных проверок товара) в одном эксперименте;

- срок и стоимость создания;

3) для системы технических обстановок (создаютв центрах испытаний, сертификации товаров):

- относительное количество имитируемых технических обстановок к числу заданных всеми программами испытаний всех товаров, проходящих испытания в данном испытательном или сертификационном центре;

- пропускная способность - произведение математического ожидания имитируемых в одном эксперименте технических обстановок на количество экспериментов в единичный календарный период (сутки, месяц и т.д.);

- безопасность, стоимость создания, обслуживания, занимаемая площадь, другие технико-экономические характеристики.

Декомпозиция задач проектирования может быть проведена с использованием матрицы, столбцы которой соответствуют иерархии задач проектирования, а строки - последовательности усложнения типов имитаторов в соответствии с количеством имитируемых признаков, тактических ситуаций.

Для логического проектирования имитаторов необходимо классифицировать свойства реальных объектов и определить принципы построения конструкции имитатора. Исследование существенных свойств реальных объектов позволяет предложить классифицировать их по:

1) количеству измерений (точечные, одномерные, двухмерные);

2) составу элементов (одиночные, площадные, групповые);

3) конфигурации (простые, сложные);

4) возможности противодействия (индифферентные, противодействующие);

5) принципам противодействия (активные, пассивные);

6) способам реализации противодействия (информационное, маневром и т. д.);

7) количеству информационных признаков;

8) типам информационных признаков (тепловые, оптические, радиоизлучающие, радиоконтрастные, акустические);

9) диапазонам изменения информационных признаков;

10) среде существования;

11) естественному фону по информационным признакам;

12) количеству возможных применений (одноразового, неоднократного, многократного применения).

Определим вначале само понятие «рациональная номенклатура имитаторов». Рациональной номенклатурой имитаторов условимся называть конечное множество имитаторов, позволяющее проверить правильность и(или) вероятность выполнения всех функций товара при условии его безотказного функционирования в эксперименте.

Оптимальной номенклатурой имитаторов условимся называть один из вариантов рациональных номенклатур, обеспечивающий минимум суммарных затрат на проектирование, изготовление, размещение, обслуживание. Задача поиска оптимальной номенклатуры имитаторов из возможных рациональных номенклатур здесь не рассматривается.

Перечень принципов Построения конструкции имитаторов может содержать следующие признаки:

1) возможность управления в реальном масштабе времени (да, нет);

2) тип управления (программное, ситуационное);

3) способ реализации системы управления (встроенная, внешняя);

4) количество имитируемых информационных признаков (от одного до полного набора, присущего реальному объекту);

5) живучесть к воздействию испытуемого товара;

6) ремонтопригодность;

7) количество возможных применений;

8) характер имитации реального объекта (по размерам,по конфигурации, информационному и т. п., частичная иликомплексная имитация).

Представленные перечни не являются исчерпывающими и универсальными и должны уточняться для конкретного класса реальных объектов испытаний.

После разработки приведенные перечни объединяют, образуя логическую (булеву) матрицу свойств имитатора.

В булевой матрице свойств наличие определенного свойства у реального объекта или имитатора отражают записью «+1» (логическое «истинно»), а отсутствие этого свойства -записью «-1», Логическое условие адекватности имитатора реальному объекту устанавливает следующее предложение /13/.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ № 1. Необходимым логическим условием адекватности имитатора реальному объекту является идентичность их булевых матриц свойств /1,14/.

При разработке номенклатуры имитаторов необходимо учитывать ограничения, накладываемые построением испытуемого товара:

1) имитатор должен отражать не менее информационных признаков объекта, чем минимальное, используемое информационно-корректирующей подсистемой товара для обнаружения объекта-ориентира;

2) каждый имитатор должен обеспечивать в реальном масштабе времени возможность уменьшения информационного признака объекта-ориентира до нулевого значения (Последнее требование диктуется тем, что в процессе испытаний информационно-корректирующая подсистема товара и имитатор находятся в сопряженных состояниях и переход от выполнения одной функциональной проверки к другой возможен только после перехода объекта испытания и имитатора в несопряженные состояния. Это может быть достигнуто соответствующим уменьшением информационного признака имитатора до значения ниже минимального, необходимого для работы информационно-корректирующей подсистемы товара.

Логическое проектирование технических обстано- вок. Технические обстановки создают из отдельных имитаторов для проведения испытаний конкретного товара и могут имитировать одиночный, групповой или другие типы объектов. При проектировании технических обстановок учитывают:

1) свойства объекта, используемого в качестве объекта-ориентира;

2) свойства товара (Для учета этих свойств товара необходимо задать информацию о нем в удобной для заданной задачи форме функционально-декомпозиционного представления.).

Характер логической связи информационно-корректирующей подсистемы товара и технической обстановки испытаний устанавливает следующее предложение.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ № 2. Переход информационно-корректирующей подсистемы товара и технической обстановки из любых двух разрешенных сопряженных состояний в любые два разрешенные сопряженные состояния возможен тогда и только тогда, когда их таблицы функций адаптации и живучести идентичны /1,14/.

После синтеза рациональной номенклатуры необходимо произвести проверку ее достаточности и степени избыточности.

Проверка достаточности осуществляется сравнением:

- суммарной булевой матрицы информационных свойств (используемых информационно-корректирующей подсистемой конкретного товара) и булевой матрицы свойств реальной объекта, используемого в качестве ориентира;

- суммарной таблицы функций адаптации номенклатуры имитаторов с аналогичной таблицей объекта испытаний (Если эти таблицы идентичны, то техническая достоверность результата испытаний с использованием разработанной номенклатуры обеспечивается.).

Проверка степени избыточности номенклатуры имитаторов, используемых для создания технических обстановок, имеет целью избежать излишней избыточности, а следовательно, излишних затрат на создание такой номенклатуры.

Эта проверка осуществляется следующим образом:

1) подсчитывают, сколько раз в номенклатуре встречается каждое из свойств, а также переходы между свойствами.

2) для обеспечения свойства эмергентности при имитации реального объекта каждое из свойств должно встречаться не более двух раз, а каждый из переходов - не более одного раза. При большом количестве появлений свойств (более двух) и переходов (более одного) номенклатура является излишне избыточной. В этом случае необходимо пересмотреть ее, приблизив к минимальной.

3) из некоторого множества номенклатур имитаторовс требуемой булевой матрицей свойств оптимальная можетбыть найдена, как вариант, обеспечивающий минимум расходов на изготовление и обслуживание.

Последовательность выполнения проверок информационно-корректирующей подсистемы товара в соответствии с технологией испытаний и алгоритм управления переходами от одной технической обстановки к другой при выполнении функций товара в реальном масштабе времени эксперимента может быть синтезирован в соответствии с методикой/14/.

В целом комплексирование нескольких функциональных проверок многофункциональных товаров в одном эксперименте позволяет существенно - в несколько (5-6) раз - сократить

затраты времени и средств на их испытания. С учетом того, что затраты на испытания составляют не менее 50% затрат на разработку нового товара, такое комплексирование при испытаниях позволяет сократить суммарные затраты на разработку на 30 - 40%. Затраты же на автоматизацию управления имитацией информационной обстановки относительно невелики и могут исчисляться единицами процентов общих затрат на испытания товара. Экономический эффект комплексирования тем выше, чем сложнее, многофункциональнее товар - объект испытаний.

4.8. Выбор метода теории планирования экспериментов

При исследовании систем управления нужно подтвердить правильность использования метода планирования экспериментов с учетом возможных «доработок» системы управления и объекта (товара) в целом. Такая доработка состоит в том, что в случае обнаружения конструктивных недостатков или ненадежных элементов, дорабатывают (изменяют) конструкцию, вводят в нее более надежные элементы, изменяют условия работы элементов системы управления и т.п.

Для того чтобы дефекты проявились, необходимо:

1) проводить испытания в наиболее «тяжелых» условиях из всех возможных при эксплуатации;

2) число испытаний и их продолжительность должны быть достаточны, чтобы дефект проявился;

3) число испытаний должно быть достаточно для того, чтобы определить значения параметров с необходимой точностью и достоверностью.

В условиях переходной и рыночной экономики особенно тяжелыми могут быть последствия принятия по результатам некорректно проведенных испытаний неправильного решения относительно возможности выхода с конкретной системой управления, товаром при текущем уровне их отработанности (надежности, качестве, удобстве и др.) на рынок.

Во-первых, как уже отмечалось, устранение дефектов в эксплуатации в условиях рыночных отношений является весьма дорогостоящим процессом.

Во-вторых, сам факт выхода на рынок с некачественными системой управления и(или) товаром может иметь для ОПС - производителя гораздо более тяжелые последствия. В частности, может быть нанесен удар по имиджу ОПС-производителя, с соответствующим ухудшением отношения клиентов и переходом их к конкурирующей фирме.

При исследовании определяют точность оценки объема затрат на испытания, что необходимо для правильного расчета маркетинговой стратегии ОПС, оптимизации графика работ.

Затраты времени и средств на разработку планов испытаний, как правило, на порядок ниже затрат на проведение испытаний. Но часто они кажутся менеджерам достаточно значительными, чтобы экономить на них. Результатом чрезмерной экономии на этих затратах может стать дезорганизация процесса испытаний со всеми отрицательными последствиями.

Вместе с тем возможна и полезна постановка вопроса о разумном сокращении затрат времени и(или) средств на разработку планов испытаний.

От решения относительно использования того или иного метода планирования экспериментов зависит:

1) правильность принятия решения о возможности выхода на рынок и передачи товара в эксплуатацию;

2) уровень риска, связанного с выводом товара на рынок при текущей степени его отработанности, надежности;

3) точность оценки объема затрат на испытания;

4) затраты времени и средств на разработку планов испытаний.

На принятие решение о применении того или иного метода планирования эксперимента влияют/5/:

1) объем располагаемой об объекте испытаний информации (вид его типового представления);

2) наличие или отсутствие определенного типа модели объекта испытаний;

3) ограничения на время и затраты, выделяемые на испытания;

4) располагаемые средства планирования испытаний,в частности, наличие необходимой вычислительной техники;

5) уровень квалификации персонала, знание и использование персоналом формальных методов планирования испытаний.

При функционально-декомпозиционном представлении, требующем минимума информации об объекте испытаний, могут использовать логико-математические функциональные планы испытаний.

При представлениях объекта испытаний контурами обслуживания или агрегативно-декомпозиционном представлении, требующих знания структуры объекта испытаний, могут быть использованы: методы построения функциональных планов, статистический корреляционный метод, метод расчета на основе базовых коэффициентов, метод повышения обученности, метод повышения надежности, метод факторного планирования, метод условных вероятностей, методы математической статистики.

Между множествами типов представлений и методов планирования эксперимента может быть установлено отношение применимости конкретного метода на определенном типовом представлении объекта испытаний/5/.

Булева (логическая) матрица применимости между элементами множества представлений и методов планирования испытаний приведена в таблице 4.5.

Таблица 4.5. Булева матрица отношения применения между элементами множества представлений и методов планирования испытаний.

Номера столбцов этой таблицы соответствуют номерам методов планирования испытаний:

1 - логико-математический метод построения плановфункциональных испытаний /4/;

2 - статистический корреляционный метод /9/;

3 - метод расчета на основе базовых коэффициентов /9/;

4 - метод повышения обученности /7/; 5-метод повышения надежности /8/;

6 - метод факторного планирования /3,6/;

7-метод условных вероятностей /11/;

8 - метод на основе предстваления «параметр - поле допуска» /15/.

Если существует несколько типовых представлений объекта испытаний, то при выборе метода планирования эксперимента помимо соответствия типового представления методу планирования экспериментов, естественно учитывать цели, задачи, организационно-технические ограничения и особенности технологии испытаний.

Технология испытаний - это совокупность методов, средств, квалификационных навыков, рабочей силы, специалистов, которые используют в процессе преобразования объекта испытаний в товар, отвечающий предъявляемым требованиям.

Понятие «технология испытаний» является интегральной характеристикой процесса испытаний.

Могут проводиться комплексные исследования всех элементов и технологии испытаний в целом.

Поиск по сайту: