Разработка моделей и программных средств поддержки процедур функционально-стоимостного анализа сложных систем тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Разработка моделей и программных средств поддержки процедур функционально-стоимостного анализа сложных систем"

На правах рукописи

Кузнецов Сергей Юрьевич

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕДУР ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

Специальность 08.00.13 - «Математические и инструментальные методы экономики»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Волгоград - 2004

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Андрейчиков Александр Валентинович.

Официальные оппоненты: доктор экономических наук,

профессор Бочаров Евгений Петрович, кандидат экономических наук Жидков Павел Павлович.

Ведущая организация - Саратовский государственный технический университет

Защита состоится 30 ноября 2004 г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета КМ 212.028.03 при Волгоградском

государственном техническом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, проспект Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан 29 октября 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Е. Г. Попкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При выборе оптимальных вариантов машин, устройств, технологических решений встает задача учета всего комплекса организационных, экономических, социальных факторов, характеризующих альтернативные варианты рассматриваемого класса объектов.

Решению данной задачи посвящены многочисленные исследования в сфере теории и практики технико-экономического анализа, своеобразной разновидностью которого можно считать функционально-стоимостной анализ (ФСА).

Успехи в использовании этого метода, достигнутые в ряде отраслей народного хозяйства, позволяют судить не только о жизнеспособности ФСА, но и о высокой степени его актуальности.

Будучи активным методом поиска резервов экономии и предотвращения излишних затрат, ФСА становится мощным инструментом при решении разнообразных задач - технических, организационных, управленческих.

Современное состояние работ по ФСА можно определить как переходный этап - от становления метода к широкому применению и распространению на различные сферы деятельности.

Основными особенностями развития ФСА в современных условиях являются следующие:

- совершенствование и углубление теоретических положений метода в связи с расширением сфер применения и их спецификой;

-развитие математического аппарата, используемого в ФСА, в т.ч. привлечение методов моделирования и оптимизации;

-интеграция задач управления затратами и управления качеством изделий в рамках единой системы управления эффективностью на основе целевого и функционального подходов, реализуемых с помощью ФСА и методов многокритериального

| Г ОС НАЦИОНАЛЫ*!" I ММИОТСКА I

!

-повышение уровня механизации и автоматизации работ по ФСА, выполняемых как автономно, так и в составе действующих САПР и АСТПП, для снижения трудоемкости, минимизации потерь и повышения качества проведения ФСА.

В рамках определенных выше направлений и задач выполнена данная диссертационная работа.

Степень разработанности проблемы. Предложенные в работе подходы, методики и модели базируются на фундаментальных научных исследованиях в области функционально-сюимостного анализа и проектирования сложных систем в различных сферах деятельности. Свой вклад в исследование данной методологии внесли такие отечественные и зарубежные ученые, как Ю.М. Соболев, U.K. Моисеева, А.В. Андрейчиков, Р. Влчек, И.Л. Гольденберг, М.Г. Карпунин, Б.И. Майданчик, Л. Майлз, А.Я. Кибанов, Г. Саати, Ф. Цвикки, СВ. Шалденков, А.Д. Шеремет и др.

Мно1ис исследователи привлекали в содержание процедур и этапов анализа достижения смежных областей знаний, методы математической оптимизации и компьютерные технологии, чго обеспечило повышение эффсктивности проведения ФСА.

Однако в последнее время внимание к развитию и расширению данной методологии в нашей стране несколько снизилось, и выявилась необходимость активизации исследований по развитию математического и информационного обеспечения работ по ФСА.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является разработка моделей и средств компьютерной поддержки процедур ФСА, основанных на методах многокритериального анализа и синтеза сложных систем.

Достижение указанной цели предполагает решение следующих задач: - разработать методики многокритериального синтеза и принятия решений при выполнении процедур ФСА технических систем;

- предложить систематику качественных моделей представления функций сложных технических систем;

- разработать варианты моделей синтеза рациональных технических систем по комплексному критерию соотношения эффективности и затрат;

- разработать алгоритмы и профаммное обеспечение для задачи расчета векторов приоритетов и согласованности экспертных оценок.

Объектом исследования являются сложные технико-экономические системы, имеющие микроэкономическое значение.

Предметом исследования является функционально-стоимостной анализ, используемый при проектировании и совершенствовании сложных технико-экономических систем.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы методы системного анализа, комбинаторно-морфологический метод анализа и синтеза сложных систем, методики расчета затрат и калькулирования себестоимости, метод многокритериального принятия решений для анализа иерархических систем. Информационной базой исследований выступают методы, методики и модели, представленные в современной экономической и технической литературе, а также результаты опытно-конструкторских разработок, отраженные в патентных и справочных изданиях.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Методики многокритериального синтеза и принятия решений в рамках выполнения процедур функционально-стоимостного анализа технических систем на основе метода анализа иерархий, обеспечивающие возможность сравнения альтернативных решений по критерию «значимость функции - затраты».

2. Специальные иерархии, конкретизирующие понятие «значимость функции» через набор подчиненных частных критериев, и позволяющие более точно рассчитать величину относительной значимости функций;

иерархические структуры для оценки величины относительных функциональных затрат в условиях недостатка информации.

3. Систематика качественных моделей представления функций сложных техничсских систем, основанная на известных классификациях, позволяющая упорядочить все возможные способы описания функциональных моделей технических объектов, и при решении задач ФСА исследовать различные по структуре и принципам действия технические системы.

4. Варианты моделей постановки задачи синтеза рациональных технических систем по комплексному критерию соотношения эффекта и затрат на основе комбинаторно-морфологического метода; впервые предложенные специальные иерархические структуры для представления частных показателей, конкретизирующих комплексные критерии «эффект» и «затраты».

5. Алгоритм расчета вектора приоритетов альтернативных решений, реализующий метод анализа иерархий при парном сравнении альтернатив, на основе процедур расчета собственных векторов матриц парных сравнений альтернатив и показателей, и свертки взвешиванием оценок альтернатив по критериям низшего уровня весами критериев относительно вершины иерархии.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, заключается в следующем:

- разработаны методики многокритериального синтеза и принятия решений в рамках выполнения процедур функционально-стоимостного анализа технических систем на основе метода анализа иерархий, при этом обеспечивается возможность сравнения альтернативных решений по критерию «значимость функции - затраты»;

- впервые с помощью специальной иерархии предложено конкретизировать понятие «значимость функции» через набор подчиненных частных критериев, что позволяет более точно рассчитать величину относительной значимости функций;

- предложено использовать иерархические структуры, определяющие элемент производственных и эксплуатационных затрат, для оценки величины относительных функциональных затрат в условиях неопределенности и недостатка информации;

- предложена систематика качественных моделей представления функций сложных технических систем, основанная на известных классификациях: в соответствии с видом функциональной модели, и структурой описания функции, что позволяет упорядочить все возможные способы описания функциональных моделей технических объектов, и при решении задач ФСА исследовать различные по структуре и принципам действия технические системы;

- разработаны варианты моделей постановки задачи синтеза рациональных технических систем по комплексному критерию соотношения эффекта и затрат на основе комбинаторно-морфологического метода, с представлением альтернатив функциональных подсистем в морфологических таблицах, при этом впервые используются специальные иерархические структуры для представления частных показателей, конкретизирующих комплексные критерии «эффект» и «затраты»;

- разработан алгоритм расчета вектора приоритетов альтернативных решений, реализующий метод анализа иерархий при парном сравнении альтернатив, который основан на процедурах расчета собственных векторов матриц парных сравнений альтернатив и показателей, и свертки путем взвешивания оценок альтернатив по критериям низшего уровня весами критериев относительно вершины иерархии.

Теоретическая и практическая значимость состоит в возможности использования предложенных экономико-математических моделей, методов и средств поддержки процедур ФСА сложных технических систем. Разработанные методики, модели и алгоритмы способствуют повышению обоснованности принятия инженерных решений по технико-экономическим критериям. Это подтверждается положительными результатами апробации

к

разработанных моделей и программных средств при выполнении научно-технических проектов по техническим заданиям Министерства образования РФ, ОАО «АвтоВАЗ», РГНФ и промышленных предприятий г. Волгограда.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты рабочы докладывались и обсуждались на научных конференциях Волгоградского государственного технического университета (1999 - 2004 гг.), 1-ой Международной научно-практической конференции «Проблемы рс1 ионального управления, экономики, права и инновационных процессов в образовании» (Таганрог, 1999 г.).

Исследование проводилось в рамках проекта РГНФ 2003-2004, №03-02-00357а/в "Разработка иерархических и сетевых моделей многокритериального принятия решений и распределения ресурсов в условиях неопределенности для исследования экономических проблем региона"; проекта Министерства образования РФ 2001-2002, №1505 «Разработка информационной аналитической системы управления ресурсами региона» и проекта Министерства образования РФ и ОАО «АвтоВАЗ», 2003г.. №02.07.001 «Комплекс интеллектуальных систем для решения задач концептуального проектирования узлов и систем автомобилей».

По теме диссертационных исследований опубликовано 4 научные работы общим объемом 1,6 печатных листов (в том числе авторских 1,0 печатный лист).

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов по работе, библиографического списка литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы положения по актуальности и

значимости работы, определены цели, задачи и методы исследований,

определена научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе определены основные принципы и содержание методологии функционально-стоимостного анализа. В становление и развитие данного направления технико-экономических исследований внесли значительный вклад многие отечественные и зарубежные ученые. В исследованиях этих специалистов определены основные этапы работ по ФСЛ, содержание и порядок выполнения работ, гребования к информационному и методическому обеспечению.

Важнейшее значение в процедурах ФСА принадлежит методам, основанным на привлечении знаний экспертов. С их помощью осуществляется определение относигельной важности функций и затрат на их реализацию с использованием многокритериальных методов принятия решений. В работе приводится анализ подходов и меюдов по определению относительной значимости функций и экспертных предпочтений, полученных от нескольких экспертов, работающих в составе исследовательской рабочей группы.

Во второй главе работы приводится описание ряда предложенных методов системного анализа, лежащих в основе методологии ФСА. Прежде всего определена сущность функционального подхода к исследованию сложных технических систем. Для этого в работе приведена разработанная классификация функций по нескольким основаниям деления и определены структурные формы их представления, отличающиеся степенью формализованного описания. Проанализированы типовые варианты функциональных моделей технических систем. Ввиду их значительного количества проведена систематизация всех возможных способов описания функциональных моделей (см. табл. 1).

В систематике приняты следующие обозначения: I - иерархическая конструктивно-функциональная модель, II - иерархическая модель, III -потоковая абстрагированная функциональная модель, IV - потоковая конкретизированная функциональная модель; Б - действие (внешнее главное или внешнее второстепенное), производимое технической системой и

приводящее к желаемому результагу; О - описание объекта или предмета обработки, на которое направлено дейавие; Н - описание особых условий и ограничений, при которых выполняется действие; Ат. Ст - соответственно входной и выходной поток (фактор) вещества, энергии или сигналов; Е -наименование операции Коллера по превращению Ат в Ст; О - физический или технический объект для преобразования Ат в Ст.

Таблица 1

Обобщенная систематика функциональных моделей

Структура Вид функциональной модели

N функций технической системы

1 II III IV

1 (П,С,Н,С) 1 1 0 0

2 (0, С, Н) 1 1 0 0

3 (П, И) 1 1 0 0

4 Ф.О) 1 1 0 0

5 (8.0) 1 1 0 0

6 (Ат, Е, Ст) 1 1 1 0

7 (0, в, НХАт, Е, Ст) 1 1 0 0

8 (Ат, 0, Ст) 1 1 0 1

9 (0, С, НХАт, в, Ст) 1 1 0 1

10 (Ат, Ст) 1 1 I 0

Обобщенная систсматика функциональных моделей позволяет при решении задач ФСА описывать различные по структуре и принципам действия технические системы.

Далее в работе рассматривается сущность комбинаторно-морфологического метода исследования сложных систем, описываются особенности и способы построения морфологических магриц разного типа.

Целями морфологического анализа и синтеза технических систем являются: 1 - системное исследование всех мысленных вариантов решения задачи, вытекающих из закономерностей строения (морфологии) совершенствуемого объекта; 2 - реализация операций поиска на

морфологическом множестве вариантов описания функциональных систем, соответствующих исходным требованиям.

Морфологическое множество вариантов представляется морфологической таблицей (рис. 1). В ней цепочкой связанных альтернатив показан один из вариантов рассматриваемой системы. Общее число всевозможных вариантов М, образующих морфологическое множество, определяется как декартово произведение множеств альтернатив образованных каждой строкой морфологической таблицы:

В приведённом выражении приняты следующие обозначения: К\ число способов (альтернатив) для реализации 1-ой функции или обобщенной подсистемы; Ь - число всех функций. Морфологическое множество является областью поиска в пространстве размерностью

Функция подсистемы (Ф.) или обобщенная функциональная подсистема (ОФПС,) Альтернативы (конструкторско-технологические решения) для реализации Ф, или ОФПС, Число способов реализации Ф, или ОФПС,

Ф) Ац СА« ... Аж, К,

Фг Аг1 ... Аж2 Кг

Ф, ^Ai Аг Аз ■•• Ак, К

... .......

Ф1 Ali ... Аи^ Kl

Рис.1. Морфологическая таблица Генерируемый вариант системы представляет выборку альтернатив по одной из каждой строки морфологической таблицы и в общем виде записывается следующим образом:

Правила генерации вариантов исследуемых систем таково, что каждый целостный вариант отличается от любого другого варианта рассматриваемого морфологического множества хотя бы одной альтернативой Л|т.

Далее приводится описание метода анализа иерархий (МАИ), который позволяет ранжировать исследуемые альтернативные решения по множеству иерархически упорядоченных критериев качества.

Многокритериальное ранжирование альтернатив в рамках данного метода предполагает следующую последовательность действий:

• построение иерархии критериев качества;

• построение матриц парных сравнений альтернатив и критериев;

• вычисление вектора приоритетов для матриц оценок альтернатив по критериям;

• вычисление векторов приоритетов для матриц парных сравнений критериев;

• синтез приоритетов альтернатив по показателям для всех уровней иерархической структуры.

Процедура обработки матриц парных сравнений заключается в следующем.

Ранжирование элементов, анализируемых с использованием матрицы парных сравнений [А], осуществляется на основании правых собственных векторов, получаемых в результате обработки матриц.

Правый собственный вектор W положительной квадратной матрицы \А\ можно найти в результате решения уравнения:

где А-щах - максимальное собственное значение матрицы [А]. Для положительной квадратной матрицы [А\ правый собственный вектор W, соответствующий максимальному собственному значению с точностью до постоянного множителя С можно вычислить по формуле:

где е - {1,1,1, ...,1}Т - единичный вактор; к= 1,2, 3, ... - показатель степени; С - константа; Г- знак транспонирования.

Вычисления собственною вектора W производятся итерационным методом до достижения заданной точности:

где - номер итерации, такой, что соответствует -допустимая погрешность.

С достаточной для практики точностью можно принять £=0.01 независимо от порядка матрицы.

Максимальное собственное значение для оценки однородности суждений вычисляется по формуле:

Однородность суждений оценивается индексом согласованности (ИС) или отношением согласованности (ОС) в соответавии со следующими выражениями.

ос=иам{ис),

где М(ИС) - среднее значение (математическое ожидание) индекса однородности случайным образом составленной матрицы парных сравнений, которое основано на экспериментальных данных, полученных в работах Т. Саати.

В качестве допустимого используется значение Если для

матрицы парных сравнений отношение однородности ОС > 0.10, то это свидетельствует о существенном нарушении логичности суждений, допущенном экспертом при заполнении матрицы, поэтому следует пересмотреть данные, использованные для построения матрицы, и улучшить однородность. В некоторых случаях, особенно на нижних уровнях иерархии, иногда можно допустить отношение однородности до 0.20.

Заключительным этапом процесса принятия решений является иерархический синтез приоритетов. Он используется для взвешивания собственных векторов матриц парных сравнений альтернатив весами критериев, имеющихся в иерархии, а также для вычисления суммы по всем соответствующим взвешенным компонентам собственных векторов нижележащего уровня иерархии. Рассмотрим алгоритм иерархического синтеза.

На первом шаге определяются векторы приоритетов альтернатив ЖД, ^ относительно элементов К^ предпоследнего уровня иерархии (1 = 8).

Здесь через обозначены элементы иерархии (критерии), причем верхний индекс 1 - указывает уровень иерархии, а нижний индекс} - порядковый номер элемента на уровне. Вычисление векторов приоритетов осуществляется по итерационному алгоритму, описанному выше. В результате определяется множество векторов:

На втором шаге аналогичным образом обрабатываются матрицы парных сравнений собавенно элементов Данные матрицы определяют предпочтительность элементов определенного иерархического уровня относительно элементов вышележащего уровня, с которыми они непосредственно связаны.

В результате обработки матриц парных сравнений определяется множество векторов приоритетов элементов:

Полученные значения используются затем при определении векторов приоритетов альтернатив относительно всех элементов иерархии.

На третьем шаге осуществляется собственно иерархический синтез, заключающийся в последовательном определении векторов приоритетов альтернатив относительно элементов находящихся на всех

иерархических уровнях, кроме предпоследнего уровня, содержащего элементы . Вычисление векторов приоритетов проводится в направлении от нижних уровней к верхним с учетом связей между элементами различных уровней, путем перемножения соответствующих векторов и матриц.

Общий вид выражения для вычисления векторов приоритетов альтернатив определяется следующим образом:

WA:=[ WAi ......WAi , ] wK|

К К 1 К п к1г' к'

Î-I

Ч 14 2

I де M^î-'j- вектор приоритетов альтернатив относительно элемента

', определяющий j-й столбец матрицы;

И'Д. ij - вектор приоритетов элементов К'г ..., К'п связанных с

элементом K'j вышележащего уровня иерархии.

На основе предложенного алгоритма разработана компьютерная система поддержки принятия решений.

В третьей главе диссертации приводится описание разработанной методики выполнения процедур ФСА технической системы на основе методов системного анализа.

Данная методика реализуется в виде следующего алгоритма:

1. Определение объекта исследования (существующая или проектируемая техническая система).

2. Декомпозиция на конструктивные элементы, выявление функций элементов, классификация функций.

3. Построение функционально-стоимостной диаграммы (ФСД).

3.1. Определение значимости функций с помощью метода анализа иерархий по множеству иерархически упорядоченных критериев качества; альтернативами являются выявленные на предыдущем этапе функции. Пример соответствующей иерархической системы приведен на рис. 2, а.

3.2. Определение затрат на реализацию функций; здесь могут использоваться два подхода. В соответствии с первым закаты на носители функций определяются в денежных единицах известными методами технико-экономического анализа (методы удельных затрат, элементокоэффициентов, корреляционного моделирования, сокращенного нормативного калькулирования, экспертных экономических оценок). Этот подход целесообразно использовать при наличии ранее скалькулированных аналогов конструктивной реализации функций или при анализе конкретного варианта промышленного изделия. Если рассматривается новая

проектируемая система, в условиях недостатка информации используется второй подход. Он предполагает определение приростов затрат путем попарного сравнения функций системы, находящихся на одном уровне декомпозиции функциональной модели. При этом используется иерархическая структура, обобщенный вид которой приведен на рисунке 2,6.

а б

Рис.2. Иерархии для определения значимостей функций и относительных затрат

На рисунке приняты следующие обозначения: критерии качества: К| эффективность, Кг - надежность (безотказность), Кз -долговечность;

- затраты в производстве, - затраты в эксплуатации, материалы, - обработка, - сборка, - обслуживание, ремонтопригодность, - патентная чистота.

Таким образом, в данном подходе для построения ФСД используются две независимые иерархии критериев (рис. 2).

3.3 Построение и анализ функционально-сюимостной диаграммы. При этом по каждой функции определяются значения удельных относительных затра1 на один балл значимости:

где - относительные затраты на реализацию - ой функции, выраженные в баллах;

Н, - значимость 1 - ой функции, также выраженная в баллах.

4. По выбранной критической функции (условие критичности -значение формируется множество конструкторских реализаций,

которые анализируются по комплексному критерию отношения технического эффекта к затратам:

где - число альтернатив реализации функции;

- значения соответственно векторов (ранжирование

альтернатив по техническому эффекту от реализации) и Wз (ранжирование альтернатив по за фатам на реализацию).

Наиболее значимой альтернативой для улучшения функции по технико-экономическому критерию является та, которая имеет максимальное значение в векторе

В рамках проведения работ по ФСА возможна постановка задачи синтеза подмножества рациональных систем по комплексному критерию технико-экономической эффективности. В соответствии с этим в диссертации предложены варианты модели задачи синтеза оптимальных технических решений в процессе ФСА с использованием элементов

морфологического анализа и синтеза систем. При этом предполагается, что исследуемая система улучшается одновременно по нескольким или всем функциям, и по каждой функции имеет более одной альтернативы по ее реализации.

Вариант модели задачи может выглядеть следующим образом: Каждая альтернатива A-,j морфологической таблицы имеет экспертную оценку эффекта и издержек, то есть каждой Ац £ {Vy'*, VijM }, верхние индексы характеризуют соответственно эффект (Э) и издержки - (Я).

Поиск рациональных решений осуществляется по следующим целевым функциям:

1. max = max Ivijили min ИИ) = шт

Здесь ИИ) - значения эффекта и издержек для т-го

целостного решения, каждая альтернатива которого охарактеризована экспертными значениями (в частности, значениями нормированного

вектора приоритета альтернатив по критерию качества);

i-\,n, (и - число строк морфологической таблицы); j=\,т для /=1;

7=1,/ для /=2; j=\,q для ¡=п.

2. max PW' = max (X /£ уД

I I

Возможные варианты накладываемых ограничений:

1) И*" > d; 2)^H)<bl; 3) ^'sft1;

4\ I/'« =v1 • 51 |/и> =V и- 6) ^ = VJ ИИ) = V • и' v max) J) ' vmm > ' * max >r vmtn >

Здесь J, - офаничения (пороговые значения) эффекта и издержек, выраженные в безразмерной шкале экспертных оценок.

При этом в общем случае значения представляют собой

интегральные оценки, принадлежащие вектору приоритетов элементов (альтернатив) i-й строки матрицы по экономическим, техническим, социальным, управленческим и т. п. факторам. Данные векторы

рассчитываются для альтернатив каждой строки морфологической таблицы методом попарного сравнения по соответствующим иерархиям. Полученные значения заносятся в соответствующие ячейки морфологической таблицы.

При решении практических задач число искомых рациональных решений задается исследователем и может находиться в пределах от одного до нескольких десятков, в зависимости от конкретных условий задачи.

В четвертой главе работы приводятся примеры решения практических задач функционально-стоимостного анализа и синтеза технических систем в рамках реализации разработанных моделей и методик.

При решении задачи совершенствования системы-прототипа в рамках процедур ФСА на основе рассчитанной функционально-стоимостной диаграммы были выявлены дисбаланс в значениях показателя «значимость функции - затраты» и критическая но величине удельных относительных затрат функция.

Для устранения выявленных недостатков была предложена альтернативная конструкторская реализация функциональной подсистемы.

1 2 3

Я

а б

Рис.3. Конструктивная схема (а) и функционально-стоимостная диаграмма (б) усовершенствованной виброзащитной системы (ряд 1 -значимость функции, ряд 2 - затраты на реализацию)

Внедрение предложенного технического решения позволило удешевить систему в 2,3 раза, сбалансировать функционально-стоимостную структуру (см. рис. 3) и улучшить виброзащитные качества системы.

Далее, в соответствии с описанной выше моделью была поставлена и решена задача синтеза множества рациональных конструкций виброзащитных систем на основе морфологической таблицы, содержащей альтернативные конструкторские реализации трех выделенных функциональных подсистем.

Поиск решений осуществлялся в соответствии с целевой функцией, максимизирующей значение критерия отношения эффекта к затратам, эвристическим алгоритмом.

Полученные результаты приведены в таблице 3.

На основе сформированного набора рациональных решений может формироваться подмножество наиболее оптимальных с учетом специфических требований.

Таблица 3

Ранжирование синтезированных рациональных систем

Сисчема Значение Э/И Нормированное значение Э/И Значение Э 1,57 Приоритет системы

А|2А2|АЗ2 24,38 0,20 1

АПЛ2|АЯ2 21,62 0.17 1,37 2

А|2Аг|Ау, • 20,39 0,16 1,00 3

АпА2|АЦ 17,64 0,14 0,80 4

А|2А24А12 - 13,37 0,11 1,30 5

ЛПА24А32 10,62 0,09 1,10 6

Л|2А2(Л„ 9,42 0,08 0,74 7

ЛпАМА« 6,63 0,05 0,53 8

Полученные нормированные значения критериев эффекта (ряд 1) и отношений эффекта к издержкам (ряд 2) для синтезированных вариантов наглядно представлены в виде точечных диаграмм на следующем рисунке.

0,25

0,2

0,15

-»-Ряд1| ;-*-Ряд2|

0,1

0.05

8~ —

о

о

2

4

6

8

10

Рис. 4. Графическое ранжирование синтезированных систем

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

При проведении исследований и решении поставленных в диссертации задач были получены следующие основные научные результаты:

1. Определена сущность функциональною подхода к анализу систем; приведена методика иерархического представления функций и построения иерархических функциональных моделей, предложены качественные модели представления функций сложных технических систем с помощью таблично-графических структур. Описана методология морфологического анализа и синтеза сложных систем; сущность и виды морфологических таблиц.

2. Описаны основные положения метода анализа иерархий, определены способы построения иерархий и матриц парных сравнений; процедура расчета векторов приоритетов альтернатив; разработаны алгоритм функционирования и структура компьютерной системы поддержки принятия решений, реализующей процедуры многокритериальной оценки альтернатив.

3. Предложено использовать МАИ для более точного и адекватного определения понятия «значимость функции»; сформулированы критерии, конкретизирующие понятие «значимость функции», представлены

соответствующие иерархические структуры и процедуры многокритериальной оценки функций системы.

4. Предложена усовершенствованная методика исследования факторов снижения заграт по функциям на основе МАИ; на примере объектов класса виброзащитных систем определены возможные альтернативные решения функциональных подсистем, сформулированы критерии эффективности подсистем, рассчитаны значения относительных затрат на альтернативы. В процессе оценки и расчета в соответствии с поставленной задачей выявлены наиболее оптимальные технические решения.

5. Сформулированы различные варианты модели задачи синтеза рациональных решений на морфологических таблицах, представляющих альтернативные реализации функциональных подсистем технических объектов; определены вид целевой функции, оптимизирующий эффекты, издержки или их отношение; а также возможные ограничения на значения этих параметров.

6. Решены практические задачи анализа и синтеза технических систем в соответствии с предложенными моделями и методиками. В результате удалось усовершенствовать базовую конструкцию виброзащитной системы; а также был получен набор вариантов синтезированных систем, оптимальных по целевому критерию отношения эффекта к затратам.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Андрейчиков А.В., Кузнецов СЮ. «Применение комбинаторно-морфологического метода в задачах ФСА». - Тезисы докладов 1 Международной научно-практической конференции «Проблемы регионального управления, экономики, права и инновационных процессов в образовании». Таганрог, 1999 г., стр. 76 - 85. - 0,4/0,3 п.л.

2. Андрейчиков А.В., Кузнецов СЮ. «Применение комбинаторно-морфологического метода в задачах ФСА». - Статья в журнале «Известия вузов. Машиностроение».№2 - 2000 г., стр. 23 - 29. -0,3/0,15 п.л.

3. Андрейчиков А.В., Кузнецов СЮ. «Использование элементов морфологического метода в задачах ФСП». - Межвузовский сборник научных трудов «Концептуальное проектирование в образовании, технике и технологии». Волгоград, 2000 г., стр. 12 - 18. - 0,4/0,3 п.л.

4. Андрейчиков А.В., Декатов Д.Е., Кузнецов СЮ. «Авюматизированная система морфологического синтеза технических решений с использованием критериев экономической эффективности». - Статья в журнале «Известия вузов. Машиностроение». №5 - 2003 г., стр. 21 - 29. - 0,5/0,25 п.л.

Подписано в печать 28,10,0^ . Заказ № Г99. Тираж 100 экз. Формат 60х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0.

Типография "Политехник"

Волгоградского государственного технического университета. 400131, Волгоград, ул. Советская, 35.

»208 \í

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Кузнецов, Сергей Юрьевич

Введение

Глава 1. Теоретико-методологические основы функционально-стоимостного анализа.

1.1 Основные положения и принципы ФСА.

1.2 Информационное обеспечение процедур ФСА.

1.3 Оценка значимости, относительной важности функций и функционально оправданных затрат по объекту и его элементам.

Глава 2. Обзор методов системного анализа сложных систем.

2.1 Функциональный подход к анализу технических систем.38*

2.2 Комбинаторно-морфологический метод анализа и синтеза систем . „

2.3 Метод анализа иерархических систем».

2.4 Разработка автоматизированной системы поддержки процедур многокритериального принятия решений.

Глава 3. Разработка и исследование процедур ФСА на основе методов системного анализа.

3.1 Экономико-математические методы оценки затрат и калькулирования себестоимости.

3.2 Методы системного анализа функциональных затрат.

3.3 Исследование факторов снижения функциональных затрат с помощью иерархических систем.

3.4 Применение комбинаторно-морфологического метода в задачах функционально-стоимостного анализа.

Глава 4. Решение практических задач функционально-стоимостного анализа и синтеза технических систем.

4.1 Решение задачи совершенствования системы-прототипа в рамках процедур ФСА.

4.2 Синтез рациональных технических решений методом ФСА.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Разработка моделей и программных средств поддержки процедур функционально-стоимостного анализа сложных систем"

Определяющим фактором научно-технического прогресса является непрерывное обновление технических средств и технологий производства, другими словами - создание, разработка, освоение новой техники. Именно новая техника, возникающая на основе появляющихся научных идей, исследований и технических достижений, обеспечивает в современном производстве подавляющую долю ежегодного прироста производительности труда.

Промышленное производство? играет решающую роль в ускорении НТП. Основным < направлением является мобилизация1 методов и средств, которыми располагает современная наука, позволяющих эффективнее использовать материальные, трудовые и информационные ресурсы производства.

Учет всего комплекса организационных, экономических, социальных факторов, необходимость улучшения организации производства и научно-технической подготовки становятся обязательными аргументами при выборе вариантов машин, приборов, устройств, подлежащих запуску в серийное производство.

Многое в этом направлении сделано в сфере теории и практики технико-экономического анализа, своеобразной разновидностью которого можно считать функционально-стоимостной анализ.

Успехи в использовании этого метода, достигнутые в ряде отраслей народного хозяйства, в частности в электротехнической промышленности, электронике, энергетическом машиностроении, позволяет судить не только о жизнеспособности функционально-стоимостного анализа (ФСА), но и о высокой степени актуальности метода.

Будучи активным методом поиска резервов экономии и предотвращения излишних затрат, ФСА становится мощным инструментом при решении разнообразных задач - технических, организационных, управленческих.

Современное состояние работ по ФСА можно определить как переходный этап - от становления метода к широкому применению и распространению на различные сферы деятельности. В этих условиях успех применения ФСА для повышения эффективности производства зависит от ряда факторов, которые можно укрупненно представить тройкой: теория; техника и технология применения; организация и управление работами по ФСА. Комплексное решение этих трех видов задач обеспечит максимальное раскрытие возможностей метода.

Основными особенностями развития ФСА в современных условиях являются следующие: совершенствование1 и углубление теоретических положений метода в связи с расширением сфер применения и их спецификой; развитие математического аппарата, используемого в ФСА, в т.ч. привлечение методов моделирования и оптимизации; интеграция задач управления затратами и управления качеством изделий в рамках единой системы управления эффективностью на основе целевого и функционального подходов, реализуемых с помощью ФСА и методов принятия решений; усложнение работ по ФСА в связи с взаимным проникновением и переплетением конструктивных, технологических и организационных задач; повышение уровня механизации и автоматизации.работ по ФСА, выполняемых как автономно, так и в составе действующих САПР и АСТПП, для снижения трудоемкости, минимизации потерь и повышения качества проведения ФСА.

Таким образом, очевидна актуальность и практическая значимость работ и исследований по развитию методологии ФСА.

В рамках определенных выше направлений и задач выполнена данная диссертационная работа.

Целью работы является разработка моделей и средств компьютерной поддержки процедур ФСА, основанных на методах многокритериального анализа и синтеза сложных систем.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи: разработать методики многокритериального синтеза и принятия решений при выполнении процедур ФСА технических систем; предложить качественные модели представления функций сложных технических систем; представить варианты моделей синтеза рациональных технических систем по комплексному критерию соотношения эффективности и затрат; разработать алгоритмы и программное обеспечение для задачи расчета векторов приоритетов и согласованности экспертных оценок.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы методы системного анализа, комбинаторно-морфологический метод анализа и синтеза сложных систем, методики расчета затрат и калькулирования себестоимости промышленной продукции, метод" многокритериального принятия решений для анализа иерархических систем.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, заключается в следующем: разработаны методики многокритериального синтеза и принятия * решений в рамках выполнения процедур функционально-стоимостного анализа технических систем; предложены качественные модели представления функций сложных технических систем; представлены варианты моделей синтеза рациональных технических систем по комплексному критерию соотношения эффективности и затрат; разработаны алгоритмы и программное обеспечение для расчета векторов приоритетов в методе анализа иерархий при парном сравнении альтернатив.

Диссертация: заключение по теме "Математические и инструментальные методы экономики", Кузнецов, Сергей Юрьевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

При проведении исследований и решении поставленных в диссертации задач были получены следующие основные научные результаты:

1. Определены сущность и основные элементы методологии функционально-стоимостного анализа; состав и значение информационного обеспечения процедур ФСА; установлены методы расчета и использования экспертных оценок; проанализированы методы оценки относительной значимости функций и относительных затрат на функции.

2. Определена сущность функционального подхода к анализу систем; приведена методика иерархического представления функций и построения иерархических функциональных моделей, предложены качественные модели представления функций сложных технических систем с помощью таблично-графических структур. Описана методология морфологического анализа и синтеза сложных систем; сущность и виды морфологических таблиц

3. Описаны основные положения метода анализа иерархий, определены способы построения иерархий и матриц парных сравнений; процедура расчета векторов приоритетов альтернатив; разработаны алгоритм функционирования и структура компьютерной системы поддержки принятия решений, реализующей процедуры многокритериальной оценки альтернатив.

4. Определены экономико-математические методы расчета затрат и калькулирования себестоимости на основе технических нормативов и статистических зависимостей между техническими, технологическими и экономическими показателями.

5. Предложено использовать МАИ для более точного и адекватного определения понятия «значимость функции»; сформулированы критерии, конкретизирующие понятие «значимость функции», представлены соответствующие иерархические структуры и процедуры многокритериальной оценки функций системы.

6. Предложена усовершенствованная методика исследования факторов снижения затрат по функциям на основе МАИ; на примере объектов класса виброзащитных систем определены возможные альтернативные решения функциональных подсистем, сформулированы критерии эффективности подсистем, рассчитаны значения относительных затрат на альтернативы. В процессе оценки и расчета в соответствии с поставленной задачей выявлены наиболее оптимальные технические решения.

7. Сформулированы различные варианты модели задачи синтеза рациональных решений на морфологических таблицах, представляющих альтернативные реализации функциональных подсистем технических объектов; определены вид целевой функции, оптимизирующий эффекты, издержки или их отношение, а также возможные ограничения на значения этих параметров.

8. Решены практические задачи анализа и синтеза технических систем в соответствии с предложенными моделями и методиками. В результате удалось усовершенствовать базовую конструкцию виброзащитной системы; а таюк^ был получен набор вариантов синтезированных систем, оптимальных по целевому критерию отношения эффекта к затратам.