Автоматизированная количественная оценка технологичности радиоэлектронных средств на основе предпочтений экспертов

Информационные технологии

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ НА ОСНОВЕ ПРЕДПОЧТЕНИЙ ЭКСПЕРТОВ

А.П.Адамов, Г.Х.Ирзаев.

Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала

В современных условиях развития отрасли радиоаппаратостроения проблема совершенствования методов повышения экономичности и качества процессов разработки и серийного выпуска новых радиоэлектронных средств (РЭС), отвечающих требованиям мировых стандартов и конкурентоспособности, приобретает особую актуальность. Обеспечение технологичности конструкций (ТК) позволяет снизить неэффективные затраты всех видов еще на ранних этапах проектирования изделий и достичь высокого функционального совершенства конструкции.

В настоящее время работы, проводимые при отработке изделий на технологичность, затрагивают групповые интересы предприятий-разработчиков и изготовителей, потребителей этих изделий и, конечно, государственные интересы по значительной экономии материально-технических ресурсов. Отработка конструкции изделия на технологичность требует решения ряда взаимосвязанных задач по выбору и обоснованию комплексных показателей ТК, включающих качественный и функционально-стоимостной анализ объекта производства с обеспечением унификации, стандартизации и преемственности составных частей изделий, определение места и роли подразделений предприятий по выполнению этих работ.

При этом одной из главных составляющих комплексной системы отработки изделий на технологичность остаются количественные оценки ТК, которые позволяют определить те или иные свойства или совокупности свойств новых РЭС с последующим сопоставлением результатов анализа со свойствами базовых изделий для принятия решения по повышению ТК. Анализ многочисленных нормативно-технических документов и публикаций авторов, специализирующихся на решении вопросов обеспечения технологичности количественными методами, показывает, что до сих пор нет четко регламентированного порядка выбора основных и дополнительных показателей ТК изделий и этапов их использования.

Отработка на технологичность конструкций изделий связана, как правило, с проведением расчетных работ по определению численных значений систем показателей и трудоемкой обработкой больших объемов информации. Особенно трудоемкой является оценка технологичности сложных РЭС, обладающих значительным многообразием марок и сортаментов материалов, электрорадиоэлементов и микросхем, большим количеством типоразмеров составных частей конструкции, разнообразием и других схемотехнических и конструкторско-технологических решений. Именно поэтому настоятельно требовалась систематизация этой работы по этапам создания новой техники и автоматизация расчетов.

Для автоматизированного решения комплекса задач по отработке, оценке и прогнозированию технологичности РЭС необходимо было отказаться от узкого подхода автоматизации только расчетов численных значений системы показателей с выведением на их основе обобщенного показателя ТК. Перспективной оказалась комплексная автоматизация обеспечения производственной технологичности, когда автоматизированная система встроена в интегрированные САО/САЕ/САМ-системы инженерного анализа, конструкторского и технологического проектирования предприятия и является составной частью комплексной системы обеспечения и управления качеством выпускаемых РЭС.

Автоматизированная система комплексной отработки изделий на технологичность

должна объединять процедуры как количественной оценки, так и качественного, эвристического анализа конструкции на технологичность. Вопросы методологии и проектирования автоматизированной системы качественной оценки и прогнозирования ТК РЭС подробно разработаны в [1, 2, 3, 4]. В настоящей статье рассматриваются вопросы автоматизации количественных оценок ТК РЭС. На ранних стадиях конструкторской подготовки производства применение автоматизированной системы способствует существенному сокращению расчетных работ при оптимизации частных показателей ТК и выборе их оптимальных значений с учетом взаимосвязи и взаимного влияния. На стадиях технического и рабочего проектирования по важности и трудоемкости на первый план выдвигаются задачи отбора наиболее технологичных решений.

Выбор и обоснование качественного и количественного состава изделий - задача непростая, поскольку требует учета многих факторов, среди которых тип изделия, объемы выпуска, наличие аналогов, степень полноты информации о свойствах объекта, конструктивная сложность, условия производства и др. Результаты решения этой многокритериальной задачи выбора, безусловно, влияют на достоверность комплексной оценки ТК, а потому требуют научно обоснованных подходов.

В соответствии с рекомендациями отраслевых стандартов состав относительных частных показателей выбирается в количестве не более 7 [5]. В их число, отбираемое специалистами, должны включаться показатели, которые оказывают наибольшее влияние на технологичность конструкции блоков и узлов РЭС, а анализируемое изделие или блок относят к одному из классов изделий: радиотехнические, электронные, электромеханические и механические, соединительные, коммутационные, распределительные. Для этих классов в отраслевом стандарте [5] определен рекомендуемый состав частных показателей ТК с указанием коэффициента их веса.

Однако предлагаемые стандартом методики выбора показателей имеют ряд существенных недоработок. Во-первых, не всегда возможно четкое отнесение радиоэлектронного изделия к какому-либо классу, границы которых «размыты» из-за большого разнообразия номенклатуры изделий и их функционального назначения. Во-вторых, коэффициенты веса показателей назначаются произвольно без учета типа и вида изделий, не обладают «гибкостью» в использовании, необходимой при изменении организационно-технических условий производства.

Как показали проведенные нами исследования, оценку ТК можно сделать более гибкой, если использовать автоматизированный экспертный выбор состава показателей и их весовых коэффициентов. В этом случае количественная оценка ТК становится более дифференцированной, в большей степени отвечающей функциональной и конструктивно-технологической специфике разрабатываемого, осваиваемого или серийно выпускаемого РЭС с учетом условий эксплуатации, и что, не менее важно, проводится в краткие сроки в автоматизированном режиме.

Нами предлагается методика автоматизированной количественной оценки ТК РЭС с экспертным выбором состава частных показателей и их весов, блок-схема программной реализации которой представлена на рис. 1. В начале работы экспертам, выбранным из числа ведущих специалистов предприятий, предлагается в автоматизированном режиме заполнить матрицу парных сравнений, по заголовкам-столбцам и заголовкам-строкам которой в одинаковой последовательности представлены количественные показатели ТК. Каждый эксперт при заполнении матрицы производит попарное сравнение показателей. Если 1-й показатель предпочтительнее, чем '-й показатель по критерию большей информативности о технологичности конкретного объекта, то в ячейке, находящейся на пересечении 1-й строки и у'-го столбца ставится «1», если же предпочтительным оказывается у'-й показатель, то ставится «0». Эти процедуры осуществляются в модуле опроса экспертов с использованием информации из базы данных по номенклатуре показателей ТК. Информация о показателях в БД упорядочена по атрибутам класса изделия, объекта оценки и типа производства. При установке этих атрибутов в автоматическом режиме на экран выводится соответствующий список частных показателей.

Рис. 1. Блок-схема программной реализации автоматизированной подсистемы количественной оценки технологичности конструкций РЭС.

Последующая обработка полученных экспертных данных осуществляется в модуле статистической обработки. После окончания сопоставления всех показателей в графу «Суммарное число предпочтений» заносятся результаты суммирования единиц по каждой строке. Таким образом, суммарное число предпочтений /-го показателя технологичности всеми экспертами определяется как

m

- =Z Pk ,

k=1

где pik - число предпочтений, полученных i -м показателем технологичности у к-го эксперта; к- порядковый номер эксперта (k=1, ..., m); i - порядковый номер показателя.

Затем определяется среднее число предпочтений каждого i-го показателя по формуле:

— -

- = - . (2) m

Даже при высокой степени компетентности экспертов, участвующих в выборе показателей технологичности, возможно некоторое количество нечетких ответов и грубых ошибок, которые «засоряют» результаты. Индивидуальные упорядочения членов экспертной группы имеют общую моду - истинное упорядочение показателей. Общая мода соответствует центру зоны наибольшей концентраций упорядочений специалистов. Если отсечь область низкой концентрации экспертных упорядочений, соответствующих маловероятным и далеким от истины, можно существенно повысить достоверность экспертных оценок. Для этого необходимо определить коэффициент ранговой корреляции Спирмэна каждого к-го эксперта [6]

(- " Pk)2

Pk = 1 -

3

n — n

где п- количество сравниваемых показателей технологичности.

Далее вычисляется критерий Диксона индивидуально для экспертов по формуле:

рк _ Рк Ртт

ик ~ , Ршах Рш1п

где Ртах, Ртт - соответственно максимальное и минимальное значения коэффициента корреляции Спирмэна в группе экспертов.

Если критерий Диксона для какого-либо эксперта превышает некоторое допустимое пороговое значение, то показания такого эксперта считаются статистически противоречивыми и из дальнейшего анализа исключаются.

По результатам построчного суммирования чисел предпочтений составляется ранжирование показателей технологичности каждого оставшегося эксперта. Показателю с наибольшим числом предпочтений присваивается ранг г=1. Остальные показатели получают свои ранги в соответствии с числом предпочтений. По данным ранжирования производится оценка согласованности мнений экспертов с помощью коэффициента конкордации, затем оценивается значимость этого коэффициента по критерию Пирсона X2 по известной методике, изложенной в [7].

Если полученная ранжировка статистически значима, и согласованность экспертов хорошая, то строится результирующее ранжирование (иначе необходимо повторить экспертизу, ознакомив участников с ее результатами). Определяется суммарное число предпочтений /-го показателя по оставленным после проверки по критерию Диксона т1 экспертам по формуле (1) и среднее число предпочтений по формуле (2). Для большей наглядности полученные результаты представляются в виде гистограммы предпочтений по всем п показателям с нанесением линии среднего уровня предпочтений.

Наиболее существенными считаются те частные показатели, у которых суммарные

числа предпочтений оказались больше среднего уровня, определяемого как среднее арифметическое значений уровней предпочтений показателей. Существенные показатели используют при расчете комплексной ТК. Дополнительно определяются веса этих показателей:

bi = n ,

i=1

ni

где bi - вес i-го показателя при условии X b = 1; Si - суммарное число предпочтений i—го

i=1

частного показателя по всем оставленным экспертам mi; ni - число оставшихся существенных показателей, число предпочтений которых выше среднего уровня.

Далее в модуле расчета частных показателей исключаются малозначимые показатели из последующих расчетов, а остальные определяются по предварительно введенным проектировщиками исходным данным. С учетом весов, полученных по формуле (3), и значений частных показателей в следующем модуле вычисляется комплексный показатель технологичности. Рассчитанное значение сопоставляется с базовым показателем из технического задания на проектирование и, если расчетное его значение не ниже базового, то конструкция признается технологичной. Нормативные показатели аналогов хранятся в базе данных, куда заносятся и результаты расчетов. Результаты можно получить в системе также в виде распечаток или видеограмм.

Подсистема, являясь неотъемлемой частью комплексной автоматизированной системы отработки ТК, может быть использована для обеспечения эффективной отработки конструкций РЭС на технологичность, выбора оптимальных вариантов конструкций изделий, приемки опытно-конструкторских работ. Автоматизированная подсистема позволяет снизить трудозатраты на опрос экспертов, расчет показателей, статистическую обработку массивов информации, обеспечивает дружественный интерфейс с пользователем. Рекомендуемая область применения - процессы отработки ТК изделий электроники, радиотехники, приборостроения и других отраслей промышленности.

Библиографический список:

1. Адамов А.П., Гаджиев Ю.А., Ирзаев Г.Х. Экспертные оценки технологичности РЭА. Махачкала: Дагкнигоиздат, 1992.

2. Адамов А.П., Ирзаев Г.Х. Прогнозирование технологичности РЭА эвристико-статистическим методом// Известия вузов. Приборостроение. 1995. №3-4, т.38. С. 2831.

3. Адамов А.П., Ахматов И.М., Ирзаев Г.Х. Методика экспертного прогнозирования технологичности современных электронных средств// Проектирование и технология электронных средств. 2004. №2. С. 6-11.

4. Ирзаев Г.Х. Информационная система эвристического прогнозирования технологичности РЭС на ранних этапах проектирования// Информационные технологии в проектировании и производстве. 2006. №3. С. 40-46.

5. ОСТ 4Г0.091.219. Узлы и блоки РЭА. Методика оценки и нормативы показателей технологичности конструкций.

6. Кендэл М. Ранговые корреляции. М.: Статистика, 1975.

7. Адамов А.П., Ирзаев Г.Х., Адамова А.А. К проблеме автоматизированной количественной оценки технологичности современных электронных средств// Проектирование и технология электронных средств. 2006. №1. С. 18-22.