СВОЙСТВА ПРОМЫШЛЕННОГО ОБРАЗЦА НА РАННИХ ЭТАПАХ ЕГО СОЗДАНИЯ

Аннотация: В статье рассматривается продукция при ее создании с трех аспектов – как объект развития, как объект функционирования и как системно-структурное образование. Причем акцент делается именно на первый аспект, который и определяет в последующем конкурентоспособность продукции. На основе анализа существующих исследований в данном направлении предлагается общая схема свойств образца, как объекта развития. Используя данную схему можно формировать свойства для образца конкретного назначения с учетом его особенностей.

Ключевые слова: структура свойств, объект развития, системно-структурное образование, преемственность, прогрессивность, новизна, моральное старение, комплексность, применяемость, модернизационная способность, принцип действия.

Современный этап развития мировой промышленной продукции характеризуется тем, что постоянно появляются все новые и новые образцы продукции с довольно высоким уровнем качества. В этих условиях необходимо по-новому подходить к разработке продукции, чтобы исключить случаи, когда разрабатывается образец, который морально устарел. То есть в этом случае, при выводе образца на рынок, его продажи будут весьма низкими, а стадия роста продаж, которая бывает при выводе на рынок, может вообще отсутствовать.

Представляется, что в этих условиях при разработке образца продукции необходимо проводить серьезные научно-исследовательские работы системного характера, прежде всего, на ранних этапах его создания.  В этом случае прогнозируется облик создаваемого образца и проводится его сравнительная оценка с лучшими перспективными образцами аналогичного назначения. Таким образом, будет закладываться его конкурентоспособность уже на самых ранних этапах создания продукции, когда она еще существует на уровне идеи.

При прогнозировании облика образца продукции (стиральная машина, велосипед, легковая машина и др.) на ранних этапах разработки используется ряд понятий, связанных с системными исследованиями по формированию его свойств и показателей как объекта развития. Как правило, эти исследования проводятся с конкретными целями: определения основных задач, которые должен выполнять будущий образец продукции; анализа условий, в которых будут его применять; оценки ожидаемой потребности в нем; анализа возможностей создания образца продукции с требуемыми характеристиками при известном уровне развития техники и др. Завершаются исследования выбором облика (предпочтительных вариантов) образца продукции, т.е. определением его состава и типа каждого составляющего элемента. При этом учитывается взаимодействие создаваемого образца продукции с продукцией отличного назначения, а также отдалённость сроков его применения, обусловленную длительностью периодов разработки и производства. Кроме того, учитывается наивысшая степень неопределённости характеристик будущего образца продукции и условий его функционирования, которые могут сложиться к моменту эксплуатации. Обобщённая информация по всем стадиям жизненного цикла (ЖЦ) образца продукции представляется в виде соответствующих требований и ограничений . Результаты данных исследований используются при планировании развития того или иного вида продукции. Они включают в себя ориентировочные сроки начала и окончания работ по модернизации или разработке образца продукции, его характеристики и экономические показатели, в том числе основные технические решения и принципы конструктивного построения, обеспечивающие получение заданных характеристик [2-7].

В ходе решения задачи прогнозирования облика того или иного образца продукции рекомендуется представлять его как объект развития, как объект функционирования и как системно-структурное образование . В связи с этим необходимо знать систему свойств, отражающую все эти три аспекта. Однако, в существующей нормативно-технической документации по разработке технической системы, образца продукции, понятие свойство связано с качеством образца продукции, которое отражает в основном его как объект функционирования. Учитывая это, возникла необходимость введения в устоявшуюся систему свойств дополнительный ряд составляющих, которые описывают разрабатываемый образец продукции как объект развития и системно-структурное образование (табл.1).

Такой подход способствует логичному переходу к представлению объекта исследования как системно-структурного образования, что соответствует самой постановке задачи прогнозирования облика продукции на ранних этапах разработки.

Поэтому в табл. 1 включено свойство комплексности, которое нужно учитывать при формировании предпочтительных вариантов образца.

Понятийные аспекты формирования и оценки свойств образца продукции как объекта развития в определенной мере зависят от главного принципа его действия. В настоящее время для продукции любого назначения можно выделить образцы продукции, для которых принципы действия могут быть традиционными и нетрадиционными.

Термин принцип действия (ПД) имеет двоякое толкование. В первом случае под ПД образца продукции понимается представление его в виде принципиальной схемы, в которой в упрощенной форме показаны конструктивные основные элементы и указаны во взаимосвязи действующие физические эффекты (ФЭ), служащие основой работы образца продукции. Например, принтеры матричный, струйный и лазерный отличаются принципом действия. Такая форма представления используется на самом общем уровне описания перспективного образца продукции, функционирующего на нетрадиционном принципе действия. Во втором случае речь идет о физическом ПД образца продукции, т.е. структуре совместимых и объединенных ФЭ. Данные ФЭ обеспечивают преобразование заданного начального входного воздействия (А1)  в заданный конечный результат (Сn). В свою очередь ФЭ определяется как реальное явление, происходящее в технической системе и характеризующееся причинно-следственной связью между двумя или несколькими физическими величинами. Эта связь может быть выражена аналитически, графически или таблично . Существуют физические принципы действия элементарные, основанные на одном ФЭ, и линейные, основанные на цепочке из нескольких совместимых ФЭ.

На ранних этапах разработки, в общем-то, нетрудно синтезировать ПД линейными структурами. Однако такие структуры часто оказываются неработоспособными по следующим причинам: некоторые ФЭ могут проявляться в жестко ограниченных условиях, сильно отличающихся от параметров окружающей среды; отдельные пары ФЭ только качественно совместимы, но не обеспечивают количественной совместимости выходной Сj и входной Аj+1  физических величин и т.д. Кроме того, следует отметить, что весь цикл внедрения ПД делится на две части: отработка сформированного ПД и его реализуемость в конкретной конструктивной схеме образца продукции. Процесс отработки характеризуется стадиями: создание модели экспериментальной установки и разработка самой установки, на которой проверяется ПД. Реализуемость ПД в конкретной конструктивной схеме образца продукции проверяется на его макете и посредством создания экспериментального объекта. Если в первом случае не учитывается, каким должен быть образец продукции, то во втором - уже учитываются его вероятные условия применения и необходимая для реализации технология. Исходя из этого, можно сделать вывод, что сформированный ПД, при его внедрении, должен обладать свойствами отработанности и  реализуемости.

Отработанность ПД отражает приспособленность рассматриваемого принципа к технической реализации для проверки на работоспособность. При оценке и прогнозировании отработанности ПД учитываются, прежде всего, ФЭ, которые в совокупности представляют данный принцип, и условия обеспечения технической реализации для проверки на работоспособность. Оценка ФЭ и условий обеспечения технической реализации, а, следовательно, и оценка всего ПД на отработанность, относится к слабо структурированным задачам принятия решений. Поэтому в дальнейшем воспользуемся для измерения отработанности известным подходом теории размытых множеств [11-13]. Измерения будут производиться в качественных, содержательных величинах, но затем при помощи заданной функции принадлежности (ставящей в соответствие любым символам числа) они преобразуются в количественные показатели.

Устраняя произвол оценки, обусловленный субъективностью эксперта, в  выдвигаются требования к показателям, измеряемым в порядковой шкале: качественных характеристик (градаций качественного признака) не должно быть много, иначе они станут плохо различимыми для лиц производящих измерения; качественные характеристики, соответствующие определённым точкам на порядковой шкале, должны быть подробно объяснены и быть понятны всем экспертам; на шкалах необходимо иметь детальные словесные формулировки качественных характеристик, которые делаются лицами, строившими шкалы.

Реализуемость ПД отражает приспособленность рассматриваемого принципа к конкретной конструктивной схеме образца продукции, соответствующей условиям его применения. В этом случае можно говорить о полезности данного ПД в конструктивной схеме образца продукции. При этом используются следующие принципы: прогноз должен вестись применительно к реализации функций образца продукции; новые принципы его действия являются комбинациями известных физических эффектов, определяемых в специальные фонды; методология прогнозирования новых принципов действия должна ориентироваться на человеко-машинные процедуры, сочетая обработку информации на электронно-вычислительных машинах (ЭВМ) и экспертные методы.

Таким образом, рассмотрены основные понятия, раскрывающие образец продукции как объект развития и системно-структурное образование, которым до сих пор на ранних этапах разработки не уделялось должного внимания. Это способствовало недостаточной конкурентоспособности продукции. В случае если оцениваются перспективы развития образца продукции, функционирующего на традиционном принципе действия (ТПД), то, в первую очередь, берутся во внимание свойства новизны, прогрессивности, модернизационной способности, применяемости и морального старения, если - на нетрадиционном принципе действия (НПД), то, прежде всего, оцениваются ПД на отработанность и реализуемость.

С учетом данных понятийных аспектов логично перейти к построению системы свойств, которая должна являться ориентиром на ранних этапах разработки. В общем виде при формировании системы свойств образца продукции как объекта развития представляется целесообразным выделить следующее: информационное обеспечение процессов разработки, связанное с системогенетическим анализом и особенностями развития образца продукции; проведение операционно-параметрического анализа исследуемого объекта и выявление совокупности ситуаций его развития; непосредственный выбор системы свойств, на основе которых делается вывод о предпочтительности разработки образца продукции и прогнозирование его развития.

Информационное обеспечение прогнозных исследований базируется на  сборе информации по объекту прогнозирования и его внешней среде. Причем специфической особенностью является то, что все информационные данные имеют ярко выраженный преемственный характер. Так выявляются данные, характеризующие способность образца продукции к совершенствованию (развитию), выполнять задачи своего предназначения, и его облик. Это способствует тому, что образец продукции рассматривается как объект развития, как объект функционирования и как системно-структурное образование. Соответственно и внешняя среда объекта анализируется на состояние научно-технического прогресса (НТП) в развитии образца продукции, условия его применения и др.

Информация на ранних этапах разработки обладает большой степенью общности, поэтому предлагается учитывать ее по всем этапам жизненного цикла (ЖЦ), отражающим преемственный характер развития, т.е. выделять группы исходный данных, представляющих образец продукции, и его внешнюю среду (табл. 2). Такая система исходных данных получена в результате анализа схемы и содержания ЖЦ образца продукции. Временные характеристики сведены в отдельную группу, что обусловлено их важностью для ранних этапов разработки.

Как правило, экономия времени и ресурсов за счет сокращения работ, связанных с научными исследованиями (как свидетельствует мировая практика), часто приводит к тому, что создаваемый образец продукции по своим качественным параметрам не соответствует лучшим достижениям науки и техники. Это делает весь ЖЦ образца продукции в большинстве случаев малоэффективным, а сам образец неконкурентоспособным. Его функциональные и структурные характеристики определяются качественными параметрами ЖЦ и отвечают требованиям функционально-структурного подхода к анализу технических систем .

Для более полного анализа и представления самого объекта прогнозирования, его внешней среды, с учетом существующих тенденций развития проводится операционно-параметрический анализ . В результате такого анализа выделяются наиболее важные функции образца продукции, перспективная элементная база, реализующая эти функции, осуществляется корректировка его параметрического описания. Отдельно проводится описание ситуаций развития и применения образца продукции.

Непосредственное формирование и оценка свойств включает в себя уяснение системы свойств образца продукции как объекта развития и как объекта функционирования. При этом производится описание его облика, оценка показателей в соответствии с выбранными свойствами и предварительный анализ вариантов разрабатываемого образца продукции. Все эти фазы тесно между собой связаны. Выделение характеристик, описывающих системно-структурную организацию, производится с целью установления их зависимости от свойств образца продукции, как объекта развития, так и объекта функционирования.

При формировании качественных характеристик (КХ), отражающих облик, выделяются соответственно системные и структурные характеристики. Первые связаны с задачами, выполняемыми образцом продукции в целом, вторые - представляют его конструкцию. Учитывая преемственный характер их развития, на ранних этапах разработки необходимо выделять элементную базу, которая наиболее часто изменяется. Здесь важно установить связь КХ облика с выделенными свойствами объекта прогнозирования, т.к. это дает возможность разработчику варьировать элементной базой образца продукции и добиваться получения необходимых свойств.

Опыт разработки образцов продукции различного назначения свидетельствует, что приходится иметь дело, как с качественными, так и с количественными характеристиками. Это указывает на необходимость создания методик оценки разрабатываемых вариантов образца продукции, которые бы дали возможность учесть его новые свойства, т.е. свойства развития.

Решение прогнозных задач немыслимо без построения иерархической структуры свойств образца продукции как объекта развития. Руководствуясь принципом декомпозиции, принятыми свойствами (табл. 1) и энтропийным подходом при формировании общей иерархической структуры свойств на рис. 1 представлена такая структура свойств образца продукции как объекта развития. На первом уровне выделено свойство преемственности, как всеобъемлющее свойство развивающегося объекта.

В  предложена диаграмма свойств развивающейся технической системы (ТС), которая обладает большой степенью общности и ориентирована на проведение уже конструкторских разработок, но о ранних этапах разработки (предпроектных исследованиях) даже не упоминается значимость их учета. В данной диаграмме не определено ни одного свойства. Все свелось к подробному изложению принципов, объясняющих сущность развития ТС, формулированию аксиом, отражающих специфические особенности их развития в отличие от систем любой другой природы. Таким образом, на стадии исследование и обоснование разработки образца продукции, которая обусловлена своей концептуальностью, до сих пор не сформирована четкая иерархическая структура свойств, относящихся к образцу продукции как объекту развития.

В тоже время, для решения практических задач в  на стадиях непосредственной разработки, производства и эксплуатации все базовые свойства образца продукции объединены в конкретные группы: промышленную и функциональную. Каждая группа представляется двумя подгруппами базовых свойств: разработочной и производственной, эксплуатационной и целевой. Эти группы свойств характеризуют образец продукции как объект разработки и производства, эксплуатации и целевого использования. К разработочной подгруппе базовых свойств относятся вписываемость и перспективность. Причем в дальнейшем эти свойства раскрываются на общем уровне, а оценку их показателей предлагается осуществлять только для конкретных разработочных операционных систем и сред с использованием данных по затратам на разработку. Но эти свойства не могут быть использованы на концептуальной стадии формирования облика образца продукции, т.к. не отражают его основную черту развития – преемственность.

Учитывая особенности разработки образца продукции какого либо назначения не вызывает сомнения, что на ранних этапах, когда только формируются ориентировочные варианты облика будущего образца, его основные ПД, каждый из них должен обладать новизной, полезностью и реальностью создания. Поэтому логично предположить, что данные свойства являются составляющими сложного свойства преемственности, характеризующего идентичность разрабатываемого или предлагаемого к разработке образца продукции его прототипам (рис. 1).

Все свойства образца продукции на концептуальной фазе разработки целесообразно делить на две группы (в соответствии с ТПД и НПД). В каждой группе предусматривается иметь три уровня свойств, исходя из принципа от общего к более частному. На рис. 1 представлена иерархическая схема свойств образца продукции как объекта развития, характеристика которых дана в табл. 1. На первом уровне находится свойство преемственности, на втором – новизны, полезности и реальности. На третьем уровне в основном даны свойства, относящиеся к полезности. Для учета всего спектра возможных разработок образца продукции в дальнейшем пояснены свойства отработанности и реализуемости, отражающие его реальность создания (для образца продукции, функционирующего на НПД).