Структурная декомпозиция, синтез и многокритериальный выбор конструкторско-технологических решений на ранних стадиях разработки изделий космической техники

УДК 629.78

Пантелеев К.Д., Юрцев Е.С.

Panteleev K.D., Yurtsev E.S.

Структурная декомпозиция, синтез и многокритериальный выбор конструкторско-технологических решений на ранних стадиях разработки изделий космической техники

Structural Decomposition, Synthesis and Multi-Criteria Choice of Design and Engineering Solution at the Early Stages of Space Hardware Development

Отмечена важность способов формирования конструкторско-технологических решений для обеспечения эффективной адаптации предприятий ракетно-космической промышленности России к условиям рынка. Рассмотрена проблема структурной декомпозиции, синтеза и многокритериального выбора альтернатив при формировании конструкторско-технологических решений. Предложен единый подход к их формированию на всех уровнях декомпозиции в условиях неполноты информации на ранних стадиях жизненных циклов изделий ракетно-космической техники. Показана обобщенная структурная модель процесса формирования конструкторско-технологических решений.

The importance of methods of forming the design and engineering solutions for ensuring effective adaptation of the Russian aerospace industry enterprises to market conditions is noted. The problem of structural decomposition, synthesis and multi-criteria choice of alternatives in the formation of design and technological solutions is considered. A unified approach to their formation at all levels of decomposition under conditions of incomplete information at the early stages of the life cycles of aerospace hardware is proposed. A generalized structural model of the process of forming the design and technological solutions is shown.

Ключевые слова: конструкторско-технологическое решение, ракетно-космическая техника.

Keywords: design and engineering solution, aerospace hardware.

Введение

В целях обеспечения эффективной адаптации предприятий ракетно-космической промышленности (РКП) России к условиям рынка особое значение имеют способы формирования конструкторско-технологических решений (КТР) [1-3].

В статье рассматривается проблема структурной декомпозиции, синтеза и многокритериального выбора альтернатив при формировании КТР. Формирование эффективных КТР в условиях неполноты информации на ранних стадиях жизненного цикла изделий (ЖЦИ) ракетно-космической техники (РКТ) относится к классу слабоструктурированных задач, сопряжено с максимальным объемом вариантов решений и имеет приоритетное значение по затратам и длительности исполнения, а также по степени влияния на последующие стадии. Соответственно, проблема структурной декомпозиции, синтеза и многокритериального выбора эффективных КТР рассматривается не фрагментарно, а как единая для ранних и последующих стадий ЖЦИ РКТ.

Поскольку на ранних стадиях ЖЦИ РКТ обусловлены последовательность проектных работ, нечеткость принимаемых (постоянно изменяемых или уточняемых) решений, а также вследствие необходимости учета изоморфизма конструкций и технологий процесс формирования КТР рассматривается едино в виде нечеткой двухуровневой иерархической системы. Решение проблемы структурной декомпозиции, синтеза и многокритериального выбора альтернативных вариантов при формировании эффективных КТР возможно исключительно на основе обобщенной структурной модели процесса формирования КТР [4].

Предложенный подход существенно отличается от применявшихся ранее и основанных на моделях задач целочисленного программирования, предполагающих итеративный перебор всех возможных вариантов КТР.

Формализация модели формирования КТР

Обобщенная структурная модель процесса формирования КТР представляется в виде нечеткой двухуровневой иерархии, где на первом уровне последовательно выполняются постановка, структурная декомпозиция задачи формирования вариантов КТР, а на втором – синтез вариантов декомпозиции КТР и их согласование по критериям предпочтения (рис. 1) [8,9].

Рис.1. Обобщенная структурная модель процесса формирования КТР

На уровне 1 осуществляется декомпозиция цели формирования КТР в виде двухуровневой иерархии с выявлением кластеров задач по формированию КТР, в пределах которых будут синтезироваться варианты КТР с идентификацией целей, границ внешней среды, описанием критерия предпочтения КТР.

Реализация структурной декомпозиции предусматривает применение методов, позволяющих осуществлять формирование кластеров КТР, соответствующих задаваемым формам декомпозиции, упорядоченное уточнение сформированных кластеров КТР путем последовательного разбиения их на более мелкие группировки с более высокой мерой подобия. Разработка аппарата эффективного поиска форм (базы знаний) структурной декомпозиции КТР требует применения математических методов, учитывающих иерархическую структуру как конструкторских, технологических и производственных решений, так и непосредственно самого процесса формирования КТР, а также нечеткость условий формирования КТР на ранних стадиях ЖЦИ. Метод структурной декомпозиции ПС с учетом указанных требований подробно рассмотрен в работах [5,6].

Структурная декомпозиция КТР обеспечивается посредством аппарата математической лингвистики (порождающие грамматики) с использованием аналогии с естественными языками. В качестве аппарата структурной декомпозиции КТР предложено использование порождающих грамматик, которые являются одним из элементов теории формальных языков Н. Хомского [7, 8].

Для уточнения сформированных кластеров КТР путем последовательного разбиения их на более мелкие группировки с более высокой мерой подобия использован метод кластер-анализа, что позволяет упорядочить процесс формирования вариантов декомпозиции КТР [9].

Предложенный подход существенно отличается от применявшихся ранее методов, основанных на моделях задач целочисленного программирования и предполагающих итеративный перебор всех возможных вариантов КТР [10–12].

На уровне 2 осуществляется синтез вариантов КТР из числа сформированных группировок, согласование и выбор наиболее рационального варианта КТР.

Согласование и выбор вариантов КТР решается на базе применения типового, объектно-независимого метода порогов несравнимости, предусматривающего возможность изменения состава критериев, учитывающего различное влияние критериев на принятие решения и зарекомендовавший себя в практике формирования КТР сборки-сварки обечаек корпусных и баковых конструкций изделий РКТ [13].

Таким образом, предложенные аппарат структурной декомпозиции и уточнения вариантов КТР, согласования и выбора эффективных вариантов КТР обеспечивают единый подход к формированию КТР всех уровнях декомпозиции в условиях неполноты информации на ранних стадиях ЖЦИ КТ.

Библиографический список

1. Бендиков М.А. Стратегическое планирование развития наукоемких технологий и производств (на примере космического машиностроения). – М.: Academia,2000. – 304 с.
2. Исаченко В.А. Новые принципы подхода и формирования научных исследований в области техники и технологии/ Труды ХІХ чтений, посвященных разработке научного наследия и развития идей К.Э. Циолковского. – М.: ИИЕТ АН СССР, 1985. – С.17–23.
3. Исаченко В.А., Полтавец Г.А. Системный подход к проблеме формирования и применения КТР / Труды ХІХ чтений, посвященных разработке научного наследия и развития идей К.Э.Циолковского. – М.: ИИЕТ АН СССР, 1985. – С. 24–28.
4. Пантелеев К.Д. Интегративно-декомпозиционный подход к формированию производственных систем на ранних стадиях жизненного цикла изделий ракетно-космической техники // Вестник машиностроения. – 2008. – №5. – С. 77–81.
5. Белов В.В., Пантелеев К.Д. Формирование рациональной организационно-технологической структуры производства изделий на ранних стадиях проектирования. – Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. – 1992. – №1. – С. 115–125.
6. Пантелеев К.Д. Типовая методика формирования производственных систем // Вестник машиностроения. – 2008. – №6. – С. 76–81.
7. Хомский Н., Дж. Миллер. Введение в формальный анализ естественных языков. Кибернетический сборник. Новая серия. Вып.1. – М.: Мир, 1965. – 64 с.
8. Хомский Н. Формальные свойства грамматик. Кибернетический сборник. Новая серия. Вып.1. – М.: Мир, 1965.
9. Жамбю М. Иерархический кластер-анализ. – М.: Финансы и статистика, 1989. – 345с.
10. Авербах С.А., Тетерин Г.П. Автоматизированное оптимальное технологическое проектирование механических цехов //Станки и инструмент.– 1984 .–№8.– С.19–22.
11. Архипенков С.М., Шубкина И.П. Определение производственной структуры многодетальных поточных линий и предметно-замкнутых участков в машиностроении // Экономико-математические методы оптимального проектирования и организации производства / Под ред. И.П. Шубкиной. – Новосибирск, 1986. – С. 107–171.
12. Базаров Б.М. Повышение эффективности механосборочного производства // Проблемы автоматизации машиностроения (Москва, Будапешт). – 1986. – №12. – С. 54–59.
13. Денисов А.В. Выбор технологических процессов на ранних стадиях проектирования изделий при многокритериальной оценке вариантов. Тезисы докладов Всесоюзного семинара Проектирование систем ракетного и артиллерийского вооружения. – М.: МВТУ, 1987.

Пантелеев Константин Дмитриевич – канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник ФГУП «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева. Тел.: 8(495) 689-95-26. E-mail: K.Panteleev@tm.fsa / Panteleev Konstantin Dmitrievich – Ph.D. in Engineering Sciences, Leading Researcher of FSUE «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasyev. Tel.: 8(495) 689-95-26. E-mail: K.Panteleev@tm.fsa

Юрцев Евгений Сергеевич – директор центра ФГУП «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева. Тел.: 8(495) 689-95-26. E-mail: E.Yrcev@tmpo.ru / Yurtsev Evegeniy Sergeevich – Center Director of FSUE «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasyev. Tel.: 8(495) 689-95-26. E-mail: E.Yrcev@tmpo.ru