Методологические основы понятия качества сложных систем

Решив систему (10), получим значения коэффициентов a,..., а 1, a уравнения (6).

Заключение. Математическая модель

измерительного преобразователя, описываемая уравнением (1) позволяет решать следующие задачи

1. Провести иммитационное моделирование при заданном тепловом режиме и известном входном воздействии x(k ), k = 0,1,2,... При этом выходной сигнал датчика определяется из уравнения (1) в виде

y(k ) = ( x(k ) - ai(k ) y(k-1) -... - а. (k ) y(k - n +1) ) ,

ao(k ) k = 0,1,2,...

ЛИТЕРАТУРА

1. Бойков И. В. Аналитические методы идентификации динамических систем. - Пенза. Изд-во Пензенского политехнического ин-та, 1992. - 112 с.

2. Бойков И. В.г Кривулин H. П. Определение динамических характеристик измерительных преобразователей с распределенными параметрами // Измерительная техника, 2000. - № 9. - C. 20-22.

3. Бойков И. В.г Кривулин Н. П. Определение временных характеристик линейных систем с распределенными параметрами // Метрология, 2012. - № 8. - С. 3-14.

4. Бойков И. В., Кривулин Н. П. Восстановление параметров линейных систем, описываемых дифференциальными уравнениями с переменными коэффициентами // Измерительная техника. - 2013. - № 4. - С. 6-11.

5. Бойков И. В., Кривулин Н. П. Идентификация дискретных динамических систем с распределенными параметрами // Известия высших учебных заведений: Поволжский регион. Физико-математические науки. - 2014. - № 2 (30). - С. 34-49.

6. Богуш М.В. Проектирование пьезоэлектрических датчиков на основе пространственных электротер-моупругих моделей / под ред. Панича А.Е. // М.: «Техносфера», 2014. - 312 с.

7. Доля В.К. Компенсация температурной зависимости чувствительности.// Проектирование интеллектуального датчика акустического давления. Ростов-на-Дону. - 2009. - Издательство ФГОУВПО «ЮФУ».

8. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления // М. : Мир, 1975. - 686 с.

9. William M. Mathis The Effects of Thermal Shock on Pressure Transducers in Internal Combustion Engines [Электронный ресурс] // U.S.N.A.: Trident Scholar project report no. 275 (2000). USA, Annapolis, MD, - 2000.

10. URL: http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA387 7 02 (дата обращения: 28.04.2016).

11. Martini K.R. New range of High-Temperature Quartz Pressure Transducers / Martini K.R. // Transducer'77 Conference. - London. - 1977. P.4-14.

2. Восстановить значение измеряемой величины х(к), к = 0,1,2,... входного сигнала в виде: х(к) = ап (к) у (к — п) + ап_ г(к) у(к — п +1) +... + а0 (к) у(к), к = 0,1,2,...

где у(к), к = 0,1,2... наблюдаемый выходной сигнал системы.

3. Реализовать математическую модель в виде устройства, в память которого внесены значения параметров математической модели

а

пьзодатчика динамического давления.

УДК 658.56

Лукин В.А., Тюрденев В.Н., Таланин А.А., Мартышкина. К.В., Толмачева В.А., Бояршинов П.О,

ФГОБУ ВО Пензенский государственный университет, Пенза, Россия

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОНЯТИЯ КАЧЕСТВА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

В статье анализируются существующие термины, характеризующие качество сложных систем и предлагается перспективная методология понятия качества в общетеоретическом аспекте. Ключевые слова:

сложные системы, качество, параметры.

Многие ученые-инженеры, экономисты и даже философы констатируют, что существует множество трактовок и терминологических подходов к определению понятия качества сложных технических систем.

В современном менеджменте качество обычно определяют как способность продукции или услуги удовлетворять текущие и перспективные запросы потребителей [1-3]. Российская академия проблем качества сформировала концептуальное понятие, в соответствии с которым качество представляется как одна из основополагающих категорий, определяющих образ жизни, социальную и экономическую базу для успешного развития человека и общества.

В результате обобщения имеющихся понятий Международная организация по стандартизации (ISO) определила качество как совокупность свойств продукции или услуги, обеспечивающих удовлетворение определенных потребностей [4-6]. Такое определение записано и в национальных, и в международных стандартах и стало по существу общепринятым. Однако, несмотря на это, оно нуждается в серьезном уточнении.

Как видно из приведенного определения, качество раскрывается с помощью двух исходных понятий - «свойств» продукции (услуги) и «потребностей» покупателя (заказчика). В соответствии с общепринятым пониманием, свойства - это отличительные признаки объекта, это то, что выделяет объект из окружающей среды, делает его именно

этим, а не другим объектом. Свойства, определяющие возможность использования объекта в целенаправленной деятельности, обладают интенсивностью своего проявления или просто интенсивностью. Меру интенсивности свойства характеризуют количественным значением показателя (физической величины). Свойства объектов и их интенсивности не зависят от отношения к ним субъекта, они объективны.

Если при анализе качества рассматривать свойства предметов и процессов, то и качество становится объективной характеристикой, «мерой вещей». При таком подходе понимание качества хорошо согласуется с общим философским определением качества, введенным еще Аристотелем. Согласно этому определению, под качеством понимается совокупность объективных свойств, значения которых измеримы.

Количественная измеримость свойств принципиально важна и является основой их объективности: если для оценки какого -то свойства не используется общепринятая

измерения, свойство не имеет объективной основы. Качество лишь тогда становится «объективной мерой вещей», когда показатели качества оцениваются на метрологической основе [7-10].

Однако, не все свойства объектов непосредственно измеримы. На практике встречаются ситуации, когда показатели, характеризующие отдельные свойства не измеряются, а рассчитываются по

результатам измерений других физических показателей. Например, расстояние между двумя можно непосредственно измерить, но расстояние между центрами планет можно только рассчитать на основе вполне определенных моделей и результатов измерений. В любом случае в основе оценок объективных количественных показателей качества лежат результаты измерений, а говорить о качестве можно лишь в том случае, когда известно значение каждого показателя.

Исходя из этого, качеству можно дать следующее определение: качество - это совокупность объективных свойств, определяемых на основе результатов измерений.

В соответствии с этим определением качество представляется вполне определенным перечнем количественных значений измеримых или рассчитываемых по результатам измерений показателей, отражающих свойства продукции или услуги:

К = [киЬ = 1~п], где К - качество продукции или услуги; к¿- количественные значения показателей качества, I = 1,2, ...,п = 1,п

Если для объекта определены показатели, отражающие его свойства, и измерены или рассчитаны значения этих показателей, то и качество объекта известно. Представляя объект совокупностью количественных характеристик, значения которых определены на основе результатов измерений, мы тем самым позиционируем его качество [11-13]. Сравнивая перечень значения показателей, отражающих свойства объектов одинакового функционального назначения, мы тем самым сравниваем качество объектов.

Если качество определять как объективную характеристику, его нельзя выражать через потребности потребителя. В соответствии с общепринятым определением, потребности - это нужда в чем-либо необходимом для поддержания жизнедеятельности и развития. Потребности присущи потребителю, но не рассматриваемому объекту. Свое индивидуальное отношение к объектам человек формирует, основываясь на получаемой информации и испытываемых потребностях. Чтобы принять решение о необходимости и пригодности для него того или иного объекта, человек его оценивает и свои возможности. В результате этого критериальная основа оценки качества потребителем получается индивидуальной, субъективной, зависящей от его потребностей и возможностей.

Если качество объектов определять через потребности и возможности человека, то качество будет терять свой важнейший атрибут - объективность. Например, санки (лыжи, шубы...) в магазине южного города никто не покупает, еще не значит, что они низкого качества. Если этот товар перевезти в северный город, - на товар будет спрос, хотя его качество не изменилось.

Точно так же, роскошный легковой автомобиль не будет пользоваться спросом в регионе, где нет хороших проезжих дорог, где у покупателей нет возможностей для его приобретения, но это совершенно не означает, что качество его стало хуже по отношению к регионам, где имеются хорошие дороги и этот автомобиль пользуется активным спросом.

В зависимости от условий, возможностей и желаний потребителя меняется не качество, а уровень полезности товара, его пригодность к выполнению вполне определенных функций в конкретных условиях.

Способность объекта соответствовать вполне определенным требованиям характеризуется его пригодностью и полезностью, отражающими требуемое качество.

В отличие от качества пригодность - характеристика «объективно-субъективная»: с одной стороны, она отражает свойства объектов, а с другой - требования и возможности потребителей. Пригодность - это критериальная база будущих решений потребителей. Основу критериев пригодности составляют показатели качество объекта, но вторая

часть этих критериев формируется на основе желаний и возможностей потребителей, которые всегда индивидуальны, субъективны:

[К е = е I = 1~п}

где КГр = = 1,2,...,п, значения показателей

качества, определяемые потребителем.

Если качество объекта соответствует желаниям потребителя (предъявленным требованиям), то есть удовлетворяет критерию пригодности, то объект обладает требуемым качеством. Если значения хотя бы одного показателя не соответствуют предъявленным требованиям, то и объект в целом не обладает требуемым качеством.

Очевидно, продукция или услуга одного и того же качества, не претерпевая никаких изменений, может иметь самую разную пригодность (полезность) в зависимости от уровня предъявленных требований. Например, малолитражный, скромный автомобиль со своим уровнем качества оказывается вполне подходящим для потребителей, которых устраивают его характеристики. Но его отдельные свойства оказываются существенно ниже свойств роскошных, современных автомобилей, и он может быть совершенно неприемлемым для потенциальных покупателей, ориентированных на уровень качества подобных автомобилей.

Перечень показателей пригодностей шире перечня показателей качества - это совокупность показателей, отражающих потребительский (рыночный) спрос на данную продукцию (услугу). Спрос на товар определяется не только его качеством, но и целым рядом других факторов - экономическими возможностями покупателя, ценой товара, перечнем услуг, предоставляемых покупателю на этапе эксплуатации продукции и т.п.

Потребительский спрос формируется на основе испытываемых потребностей, с одной стороны, и имеющихся реальных возможностей для их удовлетворения, с другой. Потребности динамичны и изменчивы, при удовлетворении существующих появляются новые, более сложные потребности. Они порождаются не только жизненной (физиологической) необходимостью, но социальной и психологической неудовлетворенностью, субъективными желаниями человека. В зависимости от условий потребности могут быть доминирующими (приоритетными) и второстепенными, устойчивыми и ситуативными. Возможности всегда реальны, именно на их основе потребитель «выстраивает» приоритетный ряд реальных потребностей.

Потребительский спрос формируется с учетом анализа конкурентоспособности продукции, то есть в результате сравнения интересующих потребителя характеристик всех известных ему аналогов подобной продукции. В отличие от качества, которое для отражения свойств требует использования метрологических шкал с введением эталонных единиц измерения, показатели потребительского спроса могут измеряться и в шкалах наименований, предпочтений (рангов) и даже выражать субъективные желания покупателей. Например, мужская рубашка может быть очень хорошего качества: покупателя может устраивать и ее фасон, и форма воротника, и размер, и длина рукавов, и ровность швов, и условия стирки. Но спрос на нее может оказаться низким из-за немодного в этом сезоне цвета. В этом случае определяющим фактором становится желание покупателя «быть модным», которое трудно выразить количественно.

Чтобы прогнозировать рыночный спрос, производитель должен изучать потребности рынка в данном товаре, проводить маркетинг. Главной задачей которого является не только задача формирования требований к значениям показателей качества, но и задача определения потребительского спроса, возможных объемов продаж. Так как потребности рынка неоднородны, то вначале нужно определиться, на какие сегменты рынка ориентирована продукция. Если производителя интересует весь рынок, то обычно разрабатывается «ряд» продукции, ориентированной на разный потребительский спрос, т. е. на разные экономические возможности

потенциальных покупателей (например, «ряд» автомобилей с различными значениями показателей качества, сервиса, цены).

На основе прогнозирования потребительского спроса производителем товара формируется рыночное предложение на данный вид товара. Очевидно, чтобы предложение заинтересовало потенциального покупателя, оно должно соответствовать его запросам и характеризоваться теми же самыми показателями, что и потребительский спрос, то есть полезность или потребительская стоимость продукции должна соответствовать потребительскому спросу.

С точки зрения построения методологии качества для решения практических задач, важно понять и определиться с теми свойствами и показателями, которые целесообразно включать в понятие качества. В этом единства до последнего времени не было даже среди известных специалистов по качеству. Так, признанный авторитет в области качества американский ученый Фейенбаум А. пишет: «Качество изделия или услуги можно определить как общую совокупность технических, технологических и эксплутационных характеристик изделия или услуги, посредством которых изделие или услуга будут отвечать требованиям потребителя при эксплуатации».

Технические и эксплуатационные характеристики изделия (как предмета, системы) полностью определяются его свойствами. А вот технологические характеристики отражают, прежде всего, свойства производственных, технологических процессов, возможности используемых методов работы, применяемого оборудования, инструмента, средств технологического оснащения. Если эти показатели включить в перечень показателей качества изделия, качество теряет свою объективность, оно определяется уже не только свойствами рассматриваемого объекта, но и свойствами внешнего окружения, с которым этот объект взаимодействует. Если качество продукции рассматривать как объективную меру, технологические показатели нельзя включать в перечень ее показателей качества.

В перечень показателей качества нельзя включать и рыночную (фактическую) цену продукции или услуги. Фактическая цена - свойство, во многом зависящее от конъюнктуры рынка. К тому же она не измеряется, а устанавливается, назначается. Рыночная цена очень изменчива, субъективна. Если ее включить в понятие качества, то и качество приобретает субъективный оттенок, перестает быть объективной мерой. При сохранении объективности качества (то есть при исключении цены из перечня показателей качества) привычное словосочетание «цена - качество» продукции или услуги правомерно имеет вполне определенный смысл.

Кроме объективных свойств у продукции (услуги) могут быть и свойства, оцениваемые не на измерительном уровне, а на уровне восприятия ощущений. Любой объект мы вначале представляем в виде образа, модели и только потом, выделяя наиболее важные свойства, переходим к их количественным оценкам. Процесс выявления и количественного определения все новых и новых свойств, как процесс познания, бесконечен. Субъективный (докачественный) уровень очень важен и для познавательной, и для практической (преобразовательной) деятельности, хотя в строгом смысле не может быть включен в понятие качества объекта. В то же время значение этого уровня не стоит и переоценивать: если какое-то свойство объекта действительно приобретает важное практическое значение, его начинают оценивать объективно, то есть измерять или рассчитывать - включают в понятие качества. Поэтому нет смысла свойства объектов, определяемые на субъективном уровне, выделять в отдельную группу для более глубокого и детального рассмотрения.

Понятие качества применимо не только к предметам , но и к процессам: любой объект - предмет или процесс - обладает свойствами, а значит характеризуется вполне определенным качеством. В

зависимости от особенностей рассматриваемых свойств можно выделить три категории объектов:

Статические объекты;

Динамические объекты;

Целенаправленные процессы, целенаправленные виды деятельности.

Свойства статических объектов остаются неизменными и характеризуются постоянными числовыми значениями физических величин (показателей). Это например, не изменяющиеся габаритные размеры объектов, характеристики материалов - плотность, твердость, прочность и т.п. Качество динамических объектов характеризуется как статическими, так и динамическими показателями, т.е. как постоянными, так и переменными свойствами - процессами. Динамическими объектами являются автомобили, самолеты, энергоустановки, передающие и приемные антенны и т. д. У динамических объектов появляются принципиально новые свойства, например, скорость и ускорение изменяющейся интенсивности свойств. Изменения свойств приводят к поглощению или выделению энергии.

Для описания функциональных характеристик используются различные математические методы, например, интерполирование или аппроксимирование получаемых на практике количественных данных полиномами различной степени или системами специальных функций. Наиболее широко распространенными непрерывными представлениями являются описания с помощью ряда Тейлора:

d 1 d2 k(t) = fcf(to) + - *o) + Yfa* fc(fo)(t - fo)2 +

где t^ - некоторый момент времени из наблюдаемого

интервала, или с помощью систем ортонормирован-ных функций:

i(0 = ^ cijVj (t),

где tyj(t)(j = 0,1,..., го) - система функций, удовлетворяющих условию:

\p(t) (t =

11, если, i — j I 0, если, i Ф j

J p(t) Vj(t)Vjdt = I1,

если ,i = ] 0,если j

р(^) - некоторая весовая функция; а^ - коэффициенты аппроксимации, определяемые по формуле:

: J p(t)kj(t)Vj(f)dt

Среди систем ортонормированных функций наиболее часто используются полиномы Чебышева, Ле-жандра и системы гармонических функций Фурье.

Наиболее сложным для анализа является качество целенаправленной деятельности, т.к. оно предполагает рассмотрение свойств не только получаемого результата, но и используемых ресурсов, а также выполняемых операций (процедур). Примерами целенаправленной деятельности могут быть проектирование, конструирование и производство продукции, процессы образования, медицинского обслуживания, торговли...

В общем случае качество целенаправленной деятельности можно представить как совокупность трех групп показателей:

1^(0,1 = Т~И

{к*о&),(р = 1~а

где &цр(£)&ир(£)&?о(£) - показатели качества целевого результата, исходных ресурсов и выполняемых операций, соответственно.

Рассматриваемые группы показателей являются зависимыми и взаимообусловленными - качество получаемого целевого результата определяется качеством используемых результатов и выполненных работ:

^цра) = ,?{fc;p(t)fcf°(t)}

J=0

o

о

Для отдельных показателей качества вид функ- и погодными условиями. В этом проявляется свой-

циональной зависимости определяется достаточно ство эмерджентности системы, т. е. несводимости

просто. Например, масса соединяемых элементов, ее показателей к показателям качества объединя-

финансовые затраты и продолжительность последо- емых элементов.

вательно выполняемых операций просто суммиру- Таким образом, одна из основных задач любой ются. Но в общем случае вид функции может быть целенаправленной деятельности заключается в том, достаточно сложным, а получаемый результирующий чтобы обеспечить гарантированное качество целе-показатель даже по своей физической природе мо- вого результата. Для этого нужно уметь, во-пер-жет не совпадать ни с одним из исходных объеди- вых, от требований, предъявляемых к качеству це-няемых показателей. Так, дальность полета само- левого результата, перейти к требованиям значе-лета определяется совершенством используемых ний показателей качества подсистем и элементов, двигателей, энергетическими характеристиками и задействуемых ресурсов и выполняемых операций, а массой топлива, аэродинамическими характеристи- во-вторых, организовать процесс деятельности гаками и массой самолета, показателями атмосферы рантированно обеспечивающий необходимое качество целевого результата.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фейенбаум А. Контроль качества продукции, М.: Экономика, 1986

2. Гришко А.К. Системный анализ параметров и показателей качества многоуровневых конструкций радиоэлектронных средств / А.К. Гришко, Н.К. Юрков, Д.В. Артамонов, В.А. Канайкин // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. - 2014. - № 2 (26). - С. 77-84.

3. Гришко А.К. Динамическая оптимизация управления структурными элементами сложных систем / А.К. Гришко, Н.К. Юрков, Т.В. Жашкова // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - 2015. - № 4 (26). - С. 134-141.

4. Гришко А.К. Динамический анализ и синтез оптимальной системы управления радиоэлектронными средствами // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - 2015. - № 4 (26). - С. 141-147.

5. Гришко А.К. Теоретические и методологические основы понятия качества сложных технических систем / А.К. Гришко, В.А. Корж, В.А. Канайкин, А.С. Подсякин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2012. - Т. 1. - С. 132-134.

6. Гришко А.К. Анализ и оптимизация траектории поведения системы на основе прогнозирующего управления // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2008. - Т. 1. - С. 291-292.

7. Гришко А.К. Алгоритм поддержки принятия решений в многокритериальных задачах оптимального выбора // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2016. - № 1 (17). - С. 265-271.

8. Гришко А.К. Оптимизация размещения элементов РЭС на основе многоуровневой геоинформационной модели // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. - 2015. -№ 3 (47). - С. 85-90.

9. Гришко А.К. Анизотропная модель системы измерения и анализа температурных полей радиоэлектронных модулей / А.К. Гришко, Н.В. Горячев, И.И. Кочегаров // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. -2016. - № 1. - С. 82-88.

10. Гришко А.К. Математическое моделирование системы обеспечения тепловых режимов конструктивно-функциональных модулей радиоэлектронных комплексов / А.К. Гришко, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Проектирование и технология электронных средств. - 2015. - № 3. - С. 27-31.

11. Grishko A., Goryachev N., Yurkov N. Adaptive Control of Functional Elements of Complex Radio Electronic Systems. International Journal of Applied Engineering Research. Volume 10, Number 23 (2015), pp. 43842-43845.

12. Grishko A. Management of Structural Components Complex Electronic Systems on the Basis of Adaptive Model / A. Grishko, N. Goryachev, I. Kochegarov, S. Brostilov, N. Yurkov // MODERN PROBLEMS OF RADIO ENGINEERING, TELECOMMUNICATIONS, AND COMPUTER SCIENCE Proceedings of the XIIIth International Conference TCSET'2016 February 23 - 26, 2016 Lviv-Slavsko, Ukraine. DOI:10.1109/TCSET.2016.7452017.

13. Grishko A., Goryachev N., Kochegarov I., Yurkov N. Dynamic Analysis and Optimization of Parameter Control in Radio Systems in Conditions of Interference. 2016 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Proceedings. - Moscow: Higher School of Economics. Russia, Moscow, May 12-14, 2016.

УДК 004.421

Михеев М.Ю., Семочкина И.Ю., Мещерякова Е.Н,

ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В СРЕДЕ MATLAB

Проведено моделирование аналитических моделей поверхностно-акустических волн в пакете математического моделирования Matlab. Получены коэффициенты смещение поверхностного слоя распространения волны.

Ключевые слова:

поверхностная акустическая волна, сигнал сложной формы, аналитическая модель, датчик на ПАВ, информационная система, Matlab.

В настоящее время особый интерес представляет сигнала ПАВ и структурируя полученную информа-анализ сигналов сложной формы. Это обусловлено цию, сигнал можно представить как информационный в первую очередь развитием науки и техники в объект, несущий информацию о протекающих физи-области нанотехнологий. Появление нанодатчиков, ческих процессах в техническом устройстве. новых сплавов материалов привело к необходимости В статье представлены наиболее распространен-анализа состояния объекта. Поверхностно-акусти- ные аналитические модели сигналов с датчиков на ческие волны дают возможность не только анали- ПАВ. Интеграция данных моделей в среду матема-зировать состояние объекта, но и прогнозировать тического моделирования Matlab / Simulink поз-его состояние и влияние на внешние воздействия. воляет выделить частотно-временной спектр, неПредставление сигнала сложной формы с помощью обходимый для идентификации и структурирования аналитических моделей дает общее представление информации о протекающих физических процессах не только о структуре и форме сигнала, но и об внутри объекта.

информации, которую содержит сигнал. В настоящее В статье [2] представлены типы поверхностно-

время, для анализа сложного технического объекта акустических волн: Релея, Стонли, Гуляева - Блю-используют поверхностно-акустические волны стейна (Блюхштейна), Марфельда-Турнуа, и волны

(ПАВ) [1-5], которые имеют сложную структуру, Лява. Рассмотрим один из наиболее распространен-

как во временной, так и в частотной областях. ный типов поверхностно-акустической волны -Используя частотно-временные характеристики