УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ СЛОЖНОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано для прогнозирования технического уровня сложной технической системы.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому (прототип) является устройство для решения задачи оценки качества ракетно-артиллерийского вооружения (свидетельство на полезную модель №31012, 2003 г. /1/), содержащее блок управления, четыре блока памяти, блок коммутации, 2m блоков памяти, m блоков сравнения (по минимуму), n+3 блоков суммы, один блок вычитания, один блок деления, m блоков умножения, один блок сравнения (по максимуму).
Однако это устройство не позволяет решать задачу по прогнозированию технического уровня сложной технической системы.
Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей прототипа по прогнозированию технического уровня сложной технической системы в зависимости от значений безразмерных единичных показателей свойств СТС.
0
1
2
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для решения задачи оценки качества ракетно-артиллерийского вооружения, содержащее блок управления, четыре блока памяти, блок коммутации, 2m блоков памяти, m блоков сравнения (по минимуму), n+3 блоков суммы, один блок вычитания, один блок деления, m блоков умножения, один блок сравнения (по максимуму), отличающееся тем, что с целью расширения его функциональных возможностей по прогнозированию технического уровня сложной технической системы, в него дополнительно введены два блока возведения в квадрат, три блока умножения, два блока извлечения кубического корня, блок суммы и удалены четыре блока памяти, блок коммутации, 2m блоков памяти, m блоков сравнения (по минимуму), n+3 блоков суммы, один блок вычитания, один блок деления, m блоков умножения, один блок сравнения (по максимуму), причем вход П устройства соединен с управляющим входом блока 1 управления, вход K устройства соединен с первым информационным входом блока 9 умножения, вход r устройства соединен с информационным входом блока 2 возведения в квадрат и со вторым информационным входом блока 5 умножения, вход r устройства соединен с информационным входом блока 3 возведения в квадрат и со вторым информационным входом блока 4 умножения, первый выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 2 возведения в квадрат, второй выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 3 возведения в квадрат, третий выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 4 умножения, четвертый выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 5 умножения, пятый выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 6 извлечения кубического корня, шестой выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 7 извлечения кубического корня, седьмой выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 8 суммы, восьмой выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 9 умножения, выход блока 2 возведения в квадрат соединен с первым информационным входом блока 4 умножения, выход блока 3 возведения в квадрат соединен с первым информационным входом блока 5 умножения, выход блока 4 умножения соединен с информационным входом блока 6 извлечения кубического корня, выход блока 5 умножения соединен с информационным входом блока 7 извлечения кубического корня, выход блока 6 извлечения кубического корня соединен с первым информационным входом блока 8 суммы, выход блока 7 извлечения кубического корня соединен со вторым информационным входом блока 8 суммы, выход блока 8 суммы соединен со вторым информационным входом блока 9 умножения, выход блока 9 умножения соединен с выходным устройством Э.
Устройство реализует следующие теоретические положения.
Целям прогнозирования технического уровня сложной технической системы (СТС) в наибольшей степени отвечают методы, основанные на получении обобщенного показателя путем агрегирования единичных показателей с соответствующими коэффициентами весомости. Наиболее распространенной такой оценкой является аддитивная функция вида
где N - число единичных показателей, характеризующих АНО РК;
i
K - коэффициент весомости единичного показателя i-го свойства.
При этом каждое свойство образца СТС характеризуется одним или несколькими единичными показателями.
i,
i
Задача заключается в том, чтобы выразить в обобщенном показателе определенные количества различных по сущности свойств. Для того чтобы сравнить различные количества разнородных показателей, их необходимо привести к безразмерной шкале, т.е. каждому показателю a имеющему размерность и свою шкалу измерения, требуется поставить в соответствие безразмерный показатель r. Такой переход нетрудно осуществить, если принять во внимание следующие рассуждения.
При эксплуатации СТС каждый i-й единичный показатель может оставаться постоянным (показатели патентоспособности), принимать ряд дискретных значений (показатели ремонтопригодности) или изменяться непрерывно (мощность на валу двигателя)
где m - число дискретных значений, которые единичный показатель принимает в процессе эксплуатации;
- предельные значения единичного показателя, определяемые техническими условиями (возможностями);
ij
a - j-тое значение i-го единичного показателя.
i
ij
В диапазоне  каждому j-му значению i-го единичного показателя соответствует вероятность того, что он реализуется в процессе эксплуатации АНО РК. Эта вероятность описывается функцией плотности распределения вероятностей φ(a).
iн
imin
iв
imax
В общем случае диапазон изменения i-го единичного показателя может быть меньше, чем диапазон , т.е. a>a, a<a,
iн
iв
где a, a - предельные (нижнее и верхнее) значения единичных показателей i-го свойства СТС.
i
Тогда безразмерный единичный показатель r, выражающий соотношение достигнутого значения к необходимому, будет определяться из выражения
.
Очевидно, что диапазон изменения безразмерного единичного показателя заключен в интервале от нуля до единицы
i
0≤r≤1.
В случае равномерного распределения способы перехода к безразмерным единичным показателям имеют вид
i
i
При определении K следует считать, что коэффициент весомости любого i-го единичного показателя отражает относительную важность одной единицы r по отношению к другим безразмерным единичным показателям. Произведение под знаком суммы обобщенного показателя показывает количественный вклад каждого свойства в комплексное свойство. Любое свойство становится реальностью, будучи отраженным в каком-либо единичном показателе. Следовательно, весомость, характеризующая важность i-го свойства по отношению к совокупности других свойств, зависит от показателей этих свойств, т.е. можно записать, что
i
1
2
N
K=F(r, r, … r).
i
i
i
i
Естественно, что для конкретной СТС произведение Kr есть величина постоянная. Сомножители произведения (Kr) принимают любые значения в зависимости от выбора системы координат, но такие, что при любых преобразованиях всегда будет справедливо соотношение
k
где j - номер системы координат или номер преобразования.
i
i
Выражение (1.1) иллюстрирует инвариантность количественной оценки свойства Kr относительно введенных преобразований.
Если рассматривать с позиций инвариантности формулы (1.1) вклад каждого из двух свойств, входящих в комплексное свойство, то очевидно, что этот вклад в общем случае будет различен. Неравноценность вклада ∆R также инвариантна относительно уравнений преобразования
Как видно, она обусловлена одним из трех сочетаний единичных показателей и весомостей, в частности, сочетаниями вида
0
j0
0
Представляется целесообразным исследовать выражение (1.3) в каждом из трех случаев. Для этой цели необходимо взять систему координат (K, r), в которой обобщенный показатель R определяется суммой показателей r, имеющих весомость K. Тогда можно записать известное равенство
i
Из условия инвариантности вытекает формула для определения K, т.е.
i
i0
i
1
2
10
20
Чтобы найти связь между равновесомыми r и имеющими равные весомости r и далее определить по выражению (1.5) K, требуется рассмотреть один частный случай. Пусть N=2, a ∆R>0, т.е. r<r и r<r, тогда равенство (1.2) примет вид
10
20
Неравноценность, выраженная в разности весомостей каждого из свойств, описываемых показателями r и r, определяется с помощью следующих зависимостей
Неравноценность равновесомых показателей определяется выражением
Подставив значение ∆R из формулы (1.6) в зависимости (1.7) и (1.8), получаем два элементарных равенства, имеющих вид
Сравнивая формулы (2.19) и (2.20), можно получить элементарное уравнение
из которого, в силу условия (1.7), следуют очевидные равенства
10
20
0
Так как все коэффициенты и показатели связаны инвариантностью (1.1), то определение показателей r и r, приведенных к весомости K, должно осуществляться путем решения системы из четырех уравнений
10
20
Решая систему (1.13) относительно r и r, нетрудно получить соотношения для их расчета, в частности, они выглядят следующим образом
Уравнения (1.12) в этом случае будут иметь достаточно простой вид
1
2
1
2
0
0
В (1.15) весомости K и K выражены через безразмерные единичные показатели свойств СТС r и r, которые известны по условию, и неизвестную постоянную K, которая задается разработчиками при прогнозировании технического уровня СТС. Тогда обобщенный показатель запишется как произведение K и соответствующей суммы кубических уравнений
0
где R - прогнозируемый технический уровень СТС;
1
2
r и r - значения безразмерных единичных показателей свойств СТС;
0
K - неизвестная постоянная (задается разработчиками при прогнозировании технического уровня СТС)
Устройство, реализует представленные теоретические положения и представлено на фигуре 1.
Оно содержит блок управления, два блока возведения в квадрат, два блока извлечения из кубического корня, три блока умножения, блок суммы.
Устройство для решения задачи прогнозирования технического уровня сложных технических систем функционирует следующим образом.
Работа устройства осуществляется в определенной последовательности, задаваемой тактовыми импульсами блока 1 управления.
1
2
0
Начальная установка блоков устройства происходит при подаче импульса на вход “П”, в результате чего запускается блок 1 управления, происходит обнуление блоков устройства и на информационные входы устройства подаются значения характеристик r, r, K.
1
Первый тактовый импульс с первого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 2 возведения в квадрат и инициирует его работу. В результате чего на информационный вход блока 2 возведения в квадрат поступает значение r, на выходе блока 2 возведения в квадрат формируется значение ,
2
Второй тактовый импульс со второго выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 3 возведения в квадрат и инициирует его работу. В результате чего на информационный вход блока 3 возведения в квадрат поступает значение r, на выходе блока 3 возведения в квадрат формируется значение .
2
2
Третий тактовый импульс с третьего выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 4 умножения и инициирует его работу. В результате чего на первый информационный вход блока 4 умножения с выхода блока 2 возведения в квадрат поступает значение , на второй информационный вход блока 4 умножения поступает значение r, на выходе блока 4 умножения формируется значение  r.
1
1
Четвертый тактовый импульс с четвертого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 5 умножения и инициирует его работу. В результате чего на первый информационный вход блока 5 умножения с выхода блока 3 возведения в кавдрат поступает значение , на второй информационный вход блока 5 умножения поступает значение r, на выходе блока 5 умножения формируется значение  r.
2
Пятый тактовый импульс с пятого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 6 извлечения кубического корня и инициирует его работу. В результате чего на информационный вход блока 6 извлечения кубического корня с выхода блока 4 умножения поступает значение  r, на выходе блока 6 формируется значение .
1
Шестой тактовый импульс с шестого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 7 извлечения кубического корня и инициирует его работу. В результате чего на информационный вход блока 7 извлечения кубического корня с выхода блока 5 умножения поступает значение  r, на выходе блока 7 формируется значение .
Седьмой тактовый импульс с седьмого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 8 суммы и инициирует его работу. В результате чего на первый информационный вход блока 8 суммы с выхода блока 6 извлечения кубического корня поступает значение , на второй информационный вход блока 8 суммы с выхода 7 извлечения кубического корня поступает значение , на выходе блока 8 суммы формируется значение
0
0
Восьмой тактовый импульс с восьмого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 9 умножения и инициирует его работу. В результате чего на первый информационный вход блока 9 умножение поступает значение K, на второй информационный вход блока 9 умножения с выхода блока 8 суммы поступает значение , таким образом, вычисленное в блоке 9 умножения значение K, поступает на выходное устройство Э.
Таким образом, использование устройства позволит избежать рутинной вычислительной работы, связанной с решением задач по прогнозированию технического уровня сложных технических систем.
Список использованных источников
1. Филюстин А.Е., Филатов И.Н., Россошанский П.В., и др. Устройство для решения задачи оценки качества ракетно-артиллерийского вооружения // Свидетельство на полезную модель №31012. - М.: РАПТЗ, 2003.
2. Филюстин А.Е., Гасюк Д.П., Бочков А.П. Модели и методы управления развитием технических систем. Учебное пособие: - СПб.: Издательство «Союз», 2003. - 288 с. (Высшая школа)