|
| |
|
Слаботочка Книги лять основные интересующие разработчика взаимоовязи. Однако прямой эконометрический подход предопределил и серьезные недостатки моделей. В частности, не учитывались схемно-конструктивные особенности антенн и технико-экономический уровень производства заводов-изготовителей, так как для получения априорных оценок коэффициентов проводилось усреднение по некоторой выборке уже реализованных изделий. В свою очередь, это приводило к достаточно большим ошибкам прогнозирования стоимости, что и подтверждалось в дальнейшем. Использование эконо-метрических моделей на ранних стадиях проектирования для оценки стоимости ФАР перспективных типов оказывается еще более неприемлемым из-за высокой степени новизны технологических процессов и отсутствия достаточного объема соответствующих фактических данных по аналогам. Оценки показывЗют, что в результате ошибки в оценке затрат на ранних стадиях проектирования могут составлять 100-150%. В начале 70-х годов авторами настоящей главы был предложен, разработан и реализован на практике новый фунюционально-эконометрический метод [2]. Суть его состоит в лостроении ЭММ, связывающей стоимостные и радиотехнические показатели антенных систем через их конструктивные параметры введением в модель как функциональных, так и эконометрических связей. В настоящее время соответствующая методология оценки затрат и методы построения ЭММ являются основными не только в антенностроении, но и получают распространение в машиностроении в целом. Коротко методология состоит в следующем. На первом этапе осуществляется декомпозиция антенны на основные конструктивные элементы. Например, для вибраторной АР типа УТР (декаметровый радиотелескоп Харьковского ИРЭ .АН УССР) - это вибраторы, опорные сооружения, фидерные тракты, рефлектор и т. д. Далее определяется функциональная связь .между основными конструктивными параметрами (количество вибраторов, опорных металлоконструкций, длина трактов и т. п.) и радиотехническими параметрами антенн: шириной ДН и сектором сканирования в двух плоскостях, уровнем боковых лепестков. Длиной волн и т. п. Затем конструктивные параметры антенны дополняются конструктивными параметрами элементов и строится их экономико-математическая модель, связывающая конструктивные параметры со стоимостью элементов. Эта связь устанавливается эконометрически, как правило, через удельные показатели на основе обработки фактических данных и может включать зависимость от некоторых радиотехнических параметров, в основном таких, как длина волны, фазовая стабильность в трактах и т. п. Применение удельных показателей в ЭММ конструктивных элементов позволяет учесть конкретный текущий и ожидаемый уровень развития техники и технологии производства, серийность однотипных элементов антенного устройства, условия кооперации заводов-изготовителей. Построение факторных моделей на уровне конструктивных элементов позволяет расширить статистический материал за счет фактических данных по их конструктивным аналогам, изготавливаемых в различных отраслях промышленности. При этом, например, вибратор трактуется как алюминиевый сварной или омедненный паяный узел, и основны,ми факторами, определяющими его стоимость, является масса, габариты и т. п., получающиеся в результате факторной обра)ботки. И, наконец, стоимость антенной системы в целом определяется как аддитивная функция стоимостей .конструктивных элементов. На этой основе были апробированы ЭММ для различных типов ФАР, отличающихся конструктивным обликом: пассивной вибраторной, волноводно-ще-левой, волноводно-рупорной, логопериоднческой и других видов АР. Модели исследовались на область применения, чувствительность по отношению к изменению основных радиотехнических, конструктивных параметров и удельных показателей, достоверность и точность прогноза, включая сопоставление результатов прогноза на ранних стадиях проектирования с фактическими затратами в изготовлении. В частности, установлено, что область применения ЭММ ограничена в основном конструктивным обликом АР, стоимость ее наиболее сильно зависит от X, 29о,5, <? н других факторов, а точность прогноза составляет 10-20%. Развивая данный подход, оказалось возможным создать ЭММ н методики определения н уточнения стоимости на всех последующих стадиях проектирования, в частности, прн эскизном и техническом проектировании, когда возрас тает степень материализации проектов. Здесь уже имеются эскизные схемы, рабочие чертежи и даже опытные образцы отдельных устройств и конструкций. Это позволяет вести технико-экономические исследования на уровне составных частей и элементов антенн, уточнять удельные показатели и другие исходные данные. В этом случае используются факторные ЭММ конструктивных элементов, в которых факторами (аргументами) являются параметры, отражающие конструктивно-технологическую сложность: масса, габариты, число деталей в узле, число типоразмеров, основных деталей и т. п. Факторные ЭММ строятся с использованием множественного корреляционно-регрессионного анализа. Для уменьшения ошибки прогнозных оценок затрат конструктивные элементы можно классифицировать по группам однородных узлов. В эти группы должны быть включены узлы, для которых закономерность влияния факторов на экономические показатели одинаковы. В основу классификации целесообразно положить такие качественные признаки, как основной материал, из которого изготовлены детали узла, основной вид сборочных операций на узле и т. п. Модели такого типа построены для многих основных конструктивных элементов антенн: излучателей, волноводных устройств СВЧ трактов, других металлоконструкций и т. п. Таким образом создается основа комплексной системы оценки затрат для антенных систем, главными компонентами которой являются: совокупность ЭММ и методик оценки экономических показателен антенн и элементов па всех стадиях проектирования; банк фактических данных по конструктивным элементам антенн и ФАР в целом. Это и составляет методическую базу экономическо- го управления разработкой на всех стадиях. Ее применение на практике позволяет найти эффективные пути снижения затрат на создание антенных систем, разработать и осуществить конкретные меры по экономии затрат на всех стадиях разработки, что дает значительный экономический эффект. Поэтому одной из перопективных задач экономики антенностроения является развитие методической базы экономического управления, пополнение ее новыми моделями, методиками, фактическими данными, реализация на ЭВМ в виде системы экономического проектирования и расширение сферы ее применения на практике. 17.3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ АНТЕНН Одним из наиболее эффективных путей снижения затрат на создание и эксплуатацию ФАР является их технико-экономическая оптимизация, особенно на ранних стадиях проектирования в рамках технического предложения и эскизного проекта. Создание ЭММ, обеспечивающих высокую точность оценки стоимости изготовления на основе функционально-эконометрического метода, а также ЭММ для оценки стоимости эксплуатации на основе так называемых матриц эксплуатационных затрат, позволяет перейти к конкретной постановке и практическому решению задач многокритериального выбора вариантов антенн и в частном случае к оптимизации по экономическому критерию на ранних стадиях проектирования. При этом, однако, исключительно важным является правильная исходная постановка и методология решения подобных задач. Наиболее распространенной из них является задача на минимум приведенных затрат при ограничении на технические показатели антенн, т. е. классическая задача математического программирования. Иногда минимизируют затраты на создание антенн. Однако такая постановка задачи, как исходная, страдает серьезным недостатком. Дело в том, что при всей важности минимизации затрат в интенсивной экономике не менее важным является максимизация их отдачи, т. е. эффективности. Там, где отдача затрат велика, целесообразно не уменьшать, а увеличивать вложения. К тому же, как убедительно показали многие ученые, непременным условием правильности подхода к проблеме поиска и вьгбора вариантов является соответствие постановки данной задачи непосредственной цели социалистического произ1водства, т. е. увеличению его результата [3]. Исходя из этих посылок и системного подхода к проектированию разработана и применена на практике при проектировании больших антенн методология поиска и выбора вариантов проектов, лучших с народнохозяйственной точки зрения [4]. Суть ее состоит в следующем. Проектируемый объект рассматривается как сложная система, продукт и средство труда, предназначенное для удовлетворения вполне определенных общественно необходимых народнохозяйственных потребностей. За результат принимается степень удовлетворения потребностей и совокупный народнохозяйственный эффект. Проблема И31мерения результата решается введением измеримого критерия-заместителя, а именно качества проектируемого 01бъекта в виде векторного показателя К(я) = = (ikj{n)), /=1, п, где я - вариант проекта; kj - количественные показатели, характеризующие семь системных свойств объекта: производительность, точность, эффективность, зкологичность и электромагнитную совместимость, надежность, ресурсоемкость, экономичность. При определении каждого системного свойства в задачах поиска и выбора вариантов применяется метод элиминирования факторов, ответственных за неопределенность выходных параметров антенн. Суть его состоит в том, что непересекающиеся подмножества данных факторов связываются с некоторыми и только этими системными свойствзими. Остальные факторы в рамках данного свойства не учитываются по определению. В совокупности все факторы учитываются в данном методе, однако каждый из них связывается с одним и только одним свойством объекта. Такой подход в отличие от метода обобщения, когда вводится обобщенный критерий эффективности и стоимости, позволяет упростить анализ свойств, уменьшить размерность факторного пространства и пространства внутренних параметров каждого из показателей качества. Однако он приводит к оценке результатов в векторной форме и увеличивает размерность критериального пространства, что порождает новые методологические трудности. Для их преодоления вводится предпочтение вариантов по качеству в форме доминирования векторного показателя К и в целеполагающей части постановки задачи поиска н выбора варианта проекта вводится требование K(n)->-extr с обязательным удовлетворением потребностей; kj(n)k j, /=1, п, пли K{ri)5sK . Основным фактором, ограничивающим стратегию разработчика К(л;)ех1г, как показывает практика, является ограниченность труда и условий его прнлоления и в первую очередь лимитированность ресурсов: Rj{n)Rj, у=1, г. Среди других ограничений целесообразно выделить фундаментальные Ф(я)Ф°, которые ни при каких условиях не могут быть нарушены, например уравнения энергетического баланса; формализуемые нересурсные ограничения 0()0°, которые в принципе допускают варьирование Q ; неформализуемые, которые оцениваются экспертным методом. Прежде чем изложить методологию решения -задачи поиска и выбора варианта проекта в данной постановке, необходимо отметить одно очень важное обстоятельство. Если теория свои главные усилия сосредоточила на поиске наилучших решений в условиях жестких ограничений, то практика давно и небезуспешно ведет борьбу с различного рода ограничениями, которые мешают реализовать зачастую совершенно ясный эффективный вариант проекта, удовлетворяющий потребностям заказчика. По-видимому, первым обратил на это внимание Д. Уайлд [5]. Он пишет, что современным эквивалентом представителей филосовского оптимизма являются те проектировщики, которые принихмают плохое проектное решение именно потому, что оно оптимально, т. е. яв- ляется наилучшим из имеющихся при данных условиях, вместо того, чтобы попытаться изменить эти условия. В действительности борьба с ограничениями отражает объективное противоречие между способностями человека по созданию новой техники в условиях ускоряющегося научно-технического прогресса и возможностями отраслей, народного хозяйства в целом в условиях действующего хозяйственного механизма, а также возможностями окружающей среды. Следовательно, изменение условий приложения труда, т. е ограничений, должно являться неотъемлемой составной частью общей методологии решения задачи. А главным ее содержанием является цикличность итерационного процесса, направленного на достижение стратегической цели K(n)--extr, основными этапами которого являются: 1. Генерация парето-оптимальных вариантов на исходной элементной базе и структуре объекта; построение множества рациональных вариантов Пр, оценка проектной ситуации sit(n), выбор базового л*, например, по критерию минимума 3(л) и переход ко второму этапу, если Пр = 0 или требуется улучшить качество. 2. Ослабление ограничений задачи R°, Q° для построения более предпочтительного, чем исходное, множества рациональных вариантов, оценка проектной ситуации, выбор базового, например, снова по критерию минимума 3{л), повторение ослабления ограничений и т. д. И, наконец, переход к третьему этапу, если множество Пр = 0 и возможности по ослаблению ограничений исчерпаны, а также в том случае, если требуется дальнейшее улучшение качества. 3. Переход на новую элементную базу или новую структуру объекта и возвращение к первому этапу решения задачи. Процесс продолжается до тех пор, пока результаты оправдывают затраты. Возможны по крайней мере три способа определения данного критерия остановки итерационного процесса поиска и выбора-, а) на каждом j-m шаге итерационного процесса сопоставляются проектные ситуации sit(n*i-i) н sit(n*i), экспертным методом устанавливается оправданность затрат н принимается решенпе об остановке или продолжении процесса; б) процесс продолжается до тех пор, пока темпы роста результатов превышают темпы роста затрат; в) процесс продолжается до тех пор, пока не исчерпано время, отведенное на решение задачи. Полученный в результате вариант проекта исследуется на устойчивость по отношению к изменению внешних входных параметров и чувствительность при изменении внутренних параметров с целью определения окончательного варианта и допусков на внутреииие параметры антенной системы. Данная методология полностью формализована и доведена до алгоритма, хотя и изложена здесь только качественно. Как видно, экономические показатели используются и как критериальные функции, и как варьируемые ограничения задачи. Они определяют также критерии остановки итерационного процесса поиска и выбора решений. Этим и обусловлена их большая роль в системной оптимизации. Отметим, что традиционная зада- ча на минимум приведенных затрат может использоваться на всех этапах процесса для определения базового варианта, а для определения окончательного варианта используется только тогда, когда дальнейшее увеличение затрат не оправдывается получаемыми результатами. Изложенная методология сложна, однако она в большей степени, чем классические задачи математического программирования, отражает реальные процессы поиска и выбора технических решений при проектировании сложных технических систем вообще и больших антенных систем в частности. При проектировании отдельных устройств суть не меняется, но существует больше возможностей сведения исходной задачи к задачам математического программирования. Данная методология применена в ряде конкретных разработок 1973- 1985 гг. Это позволило улучшить качество базовых проектов, способствовало принятию технических, организационных решений, реализация которых принесла значительную фактическую экономию затрат в изготовлении и эксплуатации при сохранении результатов и удовлетворении потребностей. Это оказалось возможным благодаря разработке достоверных ЭММ. Опыт применения методологии на практике показал, что реализация методологии требует, как правило, генерации и комплексного анализа 100... 150 вариантов на каждом этапе для получения нового качества илн экономии затрат на 5... 10%. Однако разработчик на практике не в состоянии в отведенные сроки выполнить такой объем, работ, если он ие обеспечен развитыми средствами автоматизации на ЭВМ. Поэтому итерационный процесс часто заканчивается на первом этапе. В связи с этим возникает необходимость создания человеко-машинной системы как средства, реализующего идеи экспертного синтеза на ЭВМ, алгоритмического аппарата решения задачи поиска и выбора лучших вариантов. В качестве такого средства авторами принята имитационная система в концепции акад. Н. Н. Моисеева [6]. Данная концепция развита и конкретизирована применительно к задачам поиска, выбора, технико-экономической оптимизации вариантов РЭС с ФАР. Создана и внедрена соответствующая диалоговая система. В развитии и расширении сферы применения на практике за-, дач технико-экономической оптимизации на базе средств автоматизации видится одно из перспективных направлений экономики антенностроения. 17.4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА Практика показывает, что даже лучшие или оптимальные с народнохозяйственной точки зрения антенны или их составные части оказываются не всегда экономически выгодными изделиями для конкретного промышленного предприятия. Понятно, что разработка и производство должны развиваться навстречу друг другу: с одной стороны, модели технико-экономического анализа и оптимизации и в конечном счете проекты антенн должны в большей мере учитывать конкретный уровень и специфику раз* вития антенного производства, с другой - производство должно 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 [60] 61 62 |