Устройство для оценки предпочтительного уровня унификации технических систем

Устройство для оценки предпочтительного уровня унификации технических систем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для оценки предпочтительного уровня унификации технических систем (ТС) с целью минимизации затрат на проектирование и изготовление ТС при достаточном уровне их эффективности.

При слишком высоком уровне унификации объем финансирования сокращается за счет использования элементов и подсистем уже бывших в эксплуатации. Однако в этом случае возможен чрезмерно низкий уровень эффективности ТС по причине низкого уровня технологичности старых элементов. Слишком низкий уровень унификации обеспечивает приемлемый уровень эффективности ТС, но высокий уровень технологичности новых элементов и подсистем требует большие объемы финансирования, которые могут превысить общую смету расходов.

Известно устройство для оценки предпочтительного уровня унификации технических систем, содержащее группы входных регистров, входной регистр, группы блоков умножения, блок деления, группу сумматоров, группу блоков вычитания, группу элементов задержки (ЭЗ), группу блоков деления, группу выходных регистров, группу блоков индикации, генератор тактовых импульсов и распределитель импульсов (РИ) (патент РФ №2427900, кл. G06F 17/00, 2010).

Оценку предпочтительного уровня унификации ТС, используя это устройство, можно осуществить с помощью обобщенного критерия P_i, величина которого для i-го уровня унификации ТС определяется по формуле

P i = W i S i ,   i = 1, … , m ,             ( 1 )

где

m - число анализируемых уровней унификации ТС;

W_i - эффективность ТС при i-ом уровне ее унификации (например, вероятность выполнения задачи);

S_i - объем финансирования проектирования и изготовления ТС при i-ом уровне унификации, тыс.руб.

Величину S_i можно вычислить следующим образом:

S i = S и i ⋅ K п р i ⋅ G + S н i ( 1 − K п р i ) ,             ( 2 )

где

K_прi - коэффициент применяемости, характеризующий i-ый уровень унификации ТС;

S_иi - стоимость составных частей элементов ТС, бывших в использовании при i-ом уровне ее унификации, тыс.руб.;

S_нi - стоимость новых составных частей элементов ТС при i-ом уровне ее унификации, тыс.руб.;

G - коэффициент, учитывающий степень проработки элементов ТС, бывших в использовании (он зависит от количества лет использования).

Коэффициент применяемости, характеризующий уровень унификации ТС, представляет собой отношение количества использованных ранее элементов к общему числу элементов, содержащихся в ТС.

Опыт показывает, что коэффициент G можно оценить по следующей формуле:

G = 0,1 T max T ,               ( 3 )

где

Т_max - максимальное возможное время использования (проработки) унифицируемых элементов (подсистем) ТС, год;

Т - фактическое время использования (проработки) этих элементов, год.

Принимая во внимание, что для современных ТС Т_max=10 годам, выражение (3) можно записать в виде

G = 1 T .                             ( 4 )

Поскольку упомянутую эффективность целесообразно увеличивать, а объем финансирования - уменьшать, то необходимо искать значение K_прi, обеспечивающее наибольшую величину критерия Р_i, т.е. P_imax. В описании этого устройства приводится конкретный числовой пример по оценке предпочтительного уровня унификации.

Недостатком этого устройства является низкая точность упомянутой оценки из-за следующего допущения: фактическое время использования (проработки) всех элементов (подсистем) ТС считаются одинаковыми.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности оценки предпочтительного уровня унификации ТС за счет учета разницы времени использования различных ее элементов (подсистем).

В данной ситуации эту оценку можно осуществить следующим образом. Характеристики, учитывающие отличие во времени использования элементов ТС, назовем средневзвешенными. Тогда формулу (2) можно переписать в следующем виде:

S i c b ⋅ K п р i ⋅ G c b + S н i ( 1 − K п р i )   ,           ( 5 )

где S_icb - средневзвешенный объем финансирования и изготовления ТС при i-ом уровне ее унификации ТС, тыс.руб.;

G_cb - средневзвешенный коэффициент, учитывающий степень проработки элементов ТС, бывших в использовании (он зависит от средневзвешенного количества лет использования). По аналогии с формулой (4) величина G_cb вычисляется по следующей формуле:

G c b = 1 T c b   ,

где T_cb - средневзвешенное фактическое время использования элементов ТС, год.

Значение Т_cb определяется по следующей зависимости:

T c b = … b j T j   ,   j = 1, … , n ,           ( 7 )

где b_j - весовой коэффициент, учитывающий важность j-го элемента в составе ТС;

( n ∑ j = b j = 1 ) ;

T_j. - фактическое время использования j-го элемента ТС, год;

n - общее количество элементов в составе ТС.

Проведя вычисления по формулам (7), (6), (5) и (1) можно определить тот вариант уровня унификации K_прi, который обеспечивает максимальное значение критерия P_i.

Следует отметить, что в формуле (1) вместо величины S_i подставляется значение S_icb.

Для иллюстрации рассмотрим пример для случая, когда m=9 и n=10. Порядок и результат оценки T_cb представлены в таблице 1, а численные значения параметров для определения предпочтительного уровня унификации ТС помещены в таблице 2.

Таблица 1
Порядок и результат оценки Tсb
Номер элемента ТС	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	Tcb
bj	0,11	0,08	0,10	0,12	0,10	0,09	0,07	0,13	0,08	0,12
Tj, год	3	5	4	6	5	4	3	7	4	5
bj Tj	0,33	0,40	0,40	0,72	0,50	0,36	0,21	0,91	0,32	0,60

На основании данных таблицы 1 в соответствии с формулой (1) определяется средневзвешенный коэффициент G_cb, учитывающий степень проработки элементов ТС

G c b = 1 T c b = 1 4,75 = 0,21

Таблица 2
Численные значения параметров для определения предпочтительного уровня унификации технической системы (ТС)
Номер варианта уровня унификации	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Kпрi	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Sиi, тыс.руб	10	20	30	40	50	56	60	63	65
Sнi, тыс.руб.	40,0	35,0	32,0	30,0	28,0	26,5	25,5	25,0	24,8
Sicb, тыс.руб.	26,21	28,84	22,59	21,36	19,25	17,66	16,47	15,58	14,77
Wi	0,98	0,96	0,92	0,88	0,85	0,83	0,79	0,74	0,65
Pi	0,27	0,033	0,041	0,042	0,044	0,047	0,048	0,047	0,044
Pimax							0,048

Из таблицы видно, что увеличение критерия P_i вначале обеспечивается значительным снижением объема финансирования. Однако увеличение K_прi, т.е. доли уже используемых элементов (подсистем) ТС вызывает существенное снижение эффективности, что приводит при значениях K_прi>0,7 к снижению критерия P_i. В данной ситуации предпочтительным уровнем унификации является его шестой вариант: K_прi=0,7.

Технический результат достигается тем, что устройство для оценки предпочтительного уровня унификации технических систем (ТС), содержащее с первой по четвертую группы входных регистров, входной регистр, первую, вторую и третью группы блоков умножения, блок деления, группу сумматоров, группу блоков вычитания, группу элементов задержки (ЭЗ), группу блоков деления, группу выходных регистров, группу блоков индикации, генератор тактовых импульсов и первый распределитель импульсов (РИ), тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, первый выход РИ - с входами записи с первой по четвертую группы входных регистров и входного регистра, второй выход - с входом считывания входного регистра, третий, четвертый, пятый и шестой выходы - с входами считывания соответственно первой, второй, третьей и четвертой групп входных регистров, седьмой и восьмой выходы - соответственно с входами записи и входами считывания группы выходных регистров, информационные входы первой группы входных регистров, состоящей из т элементов, являются входом задания исходной информации, причем на информационные входы с первого по m-ый входные регистры первой группы поступают значения K_прi, характеризующие коэффициент применяемости, определяющие i-ый уровень унификации технической системы (ТС), информационные входы второй группы входных регистров, состоящей из т элементов, являются входом задания исходной информации, причем на информационные входы с первого по m-ый входные регистры второй группы поступают значения S_иi, характеризующие стоимость составных частей (элементов) ТС, бывших в использовании, при i-ом уровне ее унификации, информационные входы третьей группы входных регистров, состоящей из m элементов, являются входом задания исходной информации, причем на информационные входы с первого по m-ый входные регистры третьей группы поступают значения S_нi, характеризующие стоимость новых составных частей (элементов) ТС при i-ом уровне ее унификации, информационные входы четвертой группы входных регистров, состоящей из m элементов, являются входом задания исходной информации, причем на информационные входы с первого по m-ый входные регистры четвертой группы поступают значения W_i, характеризующие эффективность ТС при i-ом уровне ее унификации, информационный вход входного регистра является входом задания исходной информации, причем на его информационный вход поступает значение Т, характеризующее фактическое время использования (проработки) унифицируемых элементов ТС, выходы каждого элемента первой и второй групп входных регистров подключены соответственно к первым и вторым входам соответствующих элементов первой группы блоков умножения, состоящей из m элементов, выходы каждого из которых соединены с первыми входами соответствующих элементов второй группы блоков умножения, состоящей из m элементов, вторые входы каждого из которых подключены к выходу блока деления, выходы каждого элемента второй группы блоков умножения подключены к первым входам соответствующих элементов группы сумматоров, состоящей из m элементов, вторые входы каждого из которых соединены с выходами соответствующих элементов группы ЭЗ, состоящей из m элементов, входы каждого из которых подключены к выходам соответствующих элементов третьей группы блоков умножения, состоящей из m элементов, первые входы каждого из которых соединены с соответствующими элементами третьей группы входных регистров, а вторые входы - с выходами соответствующих элементов группы блоков вычитания, состоящей из m элементов, входы вычитаемого каждого из элементов которой подключены к выходам соответствующих элементов первой группы входных регистров, выходы каждого элемента четвертой группы входных регистров соединены с входами делимого соответствующих элементов группы блоков деления, состоящей из m элементов, входы делителя каждого из которых подключены к выходам соответствующих элементов группы сумматоров, а выходы - к информационным входам соответствующих элементов группы выходных регистров, состоящей из m элементов, выходы каждого из которых соединены с входами соответствующих элементов группы блоков индикации, состоящей из m элементов дополнительно содержит пятую и шестую группы входных регистров, каждая из которых состоит из n элементов, переключатель, четвертую группу блоков умножения, состоящую из n элементов, накопительный сумматор и второй РИ, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, девятый выход второго РИ - с входами записи пятого и шестого входных регистров, десятый и одиннадцатый выходы с входами считывания соответственно пятой и шестой групп входных регистров, информационные входы пятой группы входных регистров являются входом задания исходной информации, на которые поступают значения Т_j, характеризующие фактическое время использования j-го элемента ТС, информационные входы шестой группы входных регистров являются входом задания исходной информации, на которые поступают значения b_j, характеризующие весовой коэффициент, учитывающий важность j-го элемента в составе ТС, выходы пятой и шестой групп входных регистров соединены соответственно с первыми и вторыми входами соответствующих элементов четвертой группы блоков умножения, с первого по n-ый выходы которой подключены к соответствующим входам накопительного сумматора, выход которого соединен с первым входом переключателя, второй вход которого подключен в выходу входного регистра, а выход - к входу делителя блока деления.

На фиг.1 и 2 представлена функциональная схема устройства для оценки предпочтительного уровня унификации технических систем (для ликвидации громоздкости связи между РИ и управляющими входами соответствующих блоков показаны не полностью, а обозначены путем нумерации входов и выходов).

На фиг.3 изображена циклограмма работы заявленного устройства (по оси ординат обозначены номера выходов РИ, а по оси абсцисс - число тактов), причем длительность различных вычислительных операций (сложение и вычитание - один такт, умножение - восемь тактов, деление - шестнадцать тактов) представлена в верхней части фиг.3. Для возможности исполнения циклограммы принято m=9, n=10, хотя эти величины могут принимать произвольные значения. На фиг.3а) приведена работа устройства в режиме I, а на фиг.3б) - работа устройства в режиме II.

Устройство для оценки предпочтительного уровня унификации ТС (фиг.1 и 2) содержит первую 1, вторую 2, третью 3 и четвертую 4 группы входных регистров, состоящие из m элементов, входной регистр 5, первую 6, вторую 7 и третью 8 группы блоков умножения, состоящие из т элементов, блок 9 деления, группу 10 сумматоров, состоящую из m элементов, группу 11 блоков вычитания, состоящую из m элементов, группу 12 ЭЗ, состоящую из т элементов, группу 13 блоков деления, состоящую из m элементов, группу 14 выходных регистров, состоящую из т элементов, группу 15 блоков индикации, состоящую из m элементов, генератор 16 тактовых импульсов, первый 17 и второй 18 РИ, переключатель 19, пятую 20 и шестую 21 группы входных регистров, состоящие из n элементов, четвертую группу 22 блоков умножения, состоящую из n элементов, и накопительный сумматор 23.

Следует отметить, что блок 9 деления имеет только один вход: вход делителя. Это объясняется тем, что значение делимого, равное единице, постоянно ″зашито″ в этом блоке. Кроме того, каждый элемент группы 11 блоков вычитания имеет только один вход: вход вычитаемого. Это вызвано тем, что значение уменьшаемого, равное единице, постоянно ″зашито″ в каждом элементе этой группы.

Устройство для оценки предпочтительного уровня унификации технических систем функционирует в двух режимах следующим образом.

Режим I. Случай, когда фактическое время использования элементов ТС одинаково. Переключатель 19 устанавливается в положение I и информация на вход блока 9 деления будет поступать через переключатель с выхода входного регистра 5. На информационные входы каждого из элементов первой группы 1 входных регистров засылаются величины коэффициентов применяемости, характеризующие i-ый уровень унификации ТС, K_прi. На информационные входы каждого из элементов второй группы 2 входных регистров подаются значения стоимости S_иi составных частей (элементов) ТС, бывших в использовании, при i-ом уровне ее унификации. На информационные входы третьей группы 3 входных регистров направляются величины стоимости S_нi новых составных частей (элементов) ТС при i-ом уровне ее унификации. На информационные входы четвертой группы 4 входных регистров поступают значения эффективности W_i ТС при i-ом уровне ее унификации. На информационный вход входного регистра 5 засылается величина фактического времени использования (проработки) унифицируемых элементов ТС. При этом управляющий сигнал на входы записи групп 1, 2, 3 и 4 и блока 5 подается с первого выхода первого РИ 17, темп работы которого задается генератором 16 тактовых импульсов.

По сигналу со второго выхода первого РИ 17 на вход считывания входного регистра 5 значение Т поступает через переключатель 19 на вход делимого блока 9 деления, с выхода которого коэффициент G, определяемый по формуле (4), направляется на вторые входы каждого элемента второй группы 7 блоков умножения. По сигналам с третьего и четвертого выходов первого РИ 17 на входы считывания каждого элемента соответственно первой 1 и второй 2 групп входных регистров значения K_прi и S_иi с выходов этих групп засылаются соответственно на первый и второй входы каждого соответствующего элемента первой группы 6 блоков умножения. С выходов этой группы значения S_иi·K_прi подаются на первый вход каждого соответствующего элемента второй группы 7 блоков умножения, с выходов которой величины S_иi·K_прi·G направляются на первые входы каждого соответствующего элемента группы 10 сумматоров. По сигналу с пятого выхода первого РИ 17 на входы считывания каждого элемента третьей группы 3 входных регистров значения S_нi с выходов этой группы засылаются на первые входы каждого соответствующего элемента третьей группы 8 блоков умножения. Величины K_прi поступают также на вход вычитаемого каждого соответствующего элемента группы 11 блоков вычитания, с выхода которой значения (1-K_прi) подаются на второй вход каждого соответствующего элемента третьей группы 8 блоков умножения. С выходов этой группы величины S_нi·(1-K_прi) направляются через группу 12 ЭЗ (для обеспечения одновременности поступления сигналов) на второй вход каждого соответствующего элемента группы 10 сумматоров, с выходов которой значения S_i, вычисленные по формуле (2), засылаются на вход делителя каждого соответствующего элемента группы 13 блоков деления.

По сигналу с шестого выхода первого РИ 17 на вход считывания каждого элемента четвертой группы 4 входных регистров величины эффективности W_i ТС при i-ом уровне ее унификации направляются на вход делимого каждого соответствующего элемента группы 13 блоков деления, с выходов которой значения обобщенного критерия Р_i, определяемого по формуле (1), подаются на информационный вход каждого соответствующего элемента группы 14 выходных регистров. При этом управляющий сигнал на входы записи этой группы засылается с седьмого выхода первого РИ 17.

Для наглядного отображения результата работы устройства по сигналу с восьмого выхода первого РИ на вход считывания каждого элемента группы 14 выходных регистров величины P_i направляются на вход каждого соответствующего элемента группы 15 блоков индикации.

Визуальный анализ информации, отображенной на элементах этой группы, позволяет выделить наибольшее значение критерия P_i, т.е. P_max. Этой величине будет соответствовать значение K_пр, характеризующее предпочтительный уровень унификации ТС.

Порядок функционирования устройства в этом режиме представлен на циклограмме его работы (фиг.3а).

Режим II. Вариант, когда фактическое время использования элементов ТС различно. Переключатель 19 устанавливается в положение II, и информация на вход блока 9 деления будет поступать через переключатель с выхода накопительного сумматора 23. На информационные входы каждого из элементов пятой группы 20 входных регистров засылаются величины T_j - фактическое время использования j-го элемента ТС. На информационные входы каждого из элементов шестой группы 21 входных регистров подаются значения b_j весовой коэффициент, учитывающий важность j-го элемента в составе ТС. При этом управляющий сигнал на входы записи групп 20 и 21 направляется с девятого выхода второго РИ 18, темп работы которого задается генератором 16 текстовых импульсов. На информационные входы групп 1, 2, 3 и 4 поступает та же информация, что и при работе в «Режиме I».

По сигналам с десятого и одиннадцатого выходов второго РИ 18 на входы считывания каждого элемента соответственно пятой 20 и шестой 21 групп входных регистров значения Т_j и b_j с выходов этих групп засылаются соответственно на первый и второй входы каждого соответствующего элемента четвертой группы 22 блоков умножения. С выходов этой группы значения b_j. Т_j подаются на соответствующие входы, с первого по n-ый, накопительного сумматора 23. С выхода блока 23 средневзвешенное фактическое время использования элементов ТС, определенное в соответствии с формулой (7), через переключатель 19 засылается на вход блока 9 средневзвешенный коэффициент, учитывающий степень проработки элементов ТС, бывших в использовании, вычисляемый по формуле (6), направляется на вторые входы второй группы 7 блоков умножения.

В дальнейшем блоки с первого по семнадцатый (кроме пятого) работают также как в «Режиме I». Визуальный анализ информации, отображенный на элементах группы 15 блоков индикации, позволяет выделить наибольшее значение критерия P_i, т.е. P_imax. этой величине будет соответствовать значение K_пр, характеризующее предпочтительный уровень унификации ТС. Например, если P_imax находится на седьмом элементе группы 15 блоков индикации, то предпочтительным уровнем унификации будет седьмое значение коэффициента применяемости, т.е. искомое значение K_np=0,7. Порядок функционирования устройства в этом режиме представлен на циклограмме его работы (фиг.3б).

Таким образом, технический результат заявляемого изобретения достигается не за счет математического аппарата, а за счет технических средств (блоков и элементов), упомянутых в описании работы устройства. Описанное устройство позволяет осуществить более точную оценку предпочтительного уровня унификации ТС с целью минимизации затрат на проектирование и изготовление ТС при достаточном уровне их эффективности. Повышение точности этой оценки достигается за счет учета разницы времени использования различных элементов ТС.

Промышленная применяемость обосновывается тем, что оно может быть использовано в разных областях (отраслях) производства при выборе предпочтительного уровня унификации ТС.

Следует ожидать, что данное изобретение может иметь большое значение в сфере массового производства, например в машиностроении (автомобили, станкостроение и пр.), электронной и радиопромышленности.

Устройство для оценки предпочтительного уровня унификации технических систем, содержащее с первой по четвертую группы входных регистров, входной регистр, первую, вторую и третью группы блоков умножения, блок деления, группу сумматоров, группу блоков вычитания, группу элементов задержки (ЭЗ), группу блоков деления, группу выходных регистров, группу блоков индикации, генератор тактовых импульсов и первый распределитель импульсов (РИ), тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, первый выход РИ - с входами записи с первой по четвертую группы входных регистров и входного регистра, второй выход - с входом считывания входного регистра, третий, четвертый, пятый и шестой выходы - с входами считывания соответственно первой, второй, третьей и четвертой групп входных регистров, седьмой и восьмой выходы - соответственно с входами записи и входами считывания группы выходных регистров, информационные входы первой группы входных регистров, состоящей из m элементов, являются входом задания исходной информации, причем на информационные входы с первого по m-й входные регистры первой группы поступают значения K_прi, характеризующие коэффициент применяемости, определяющие i-й уровень унификации технической системы (ТС), информационные входы второй группы входных регистров, состоящей из m элементов, являются входом задания исходной информации, причем на информационные входы с первого по m-й входные регистры второй группы поступают значения S_иi, характеризующие стоимость составных частей (элементов) ТС, бывших в использовании, при i-м уровне ее унификации, информационные входы третьей группы входных регистров, состоящей из m элементов, являются входом задания исходной информации, причем на информационные входы с первого по m-й входные регистры третьей группы поступают значения S_нi, характеризующие стоимость новых составных частей (элементов) ТС при i-м уровне ее унификации, информационные входы четвертой группы входных регистров, состоящей из m элементов, являются входом задания исходной информации, причем на информационные входы с первого по m-й входные регистры четвертой группы поступают значения W_i, характеризующие эффективность ТС при i-м уровне ее унификации, информационный вход входного регистра является входом задания исходной информации, причем на его информационный вход поступает значение Т, характеризующее фактическое время использования (проработки) унифицируемых элементов ТС, выходы каждого элемента первой и второй групп входных регистров подключены соответственно к первым и вторым входам соответствующих элементов первой группы блоков умножения, состоящей из m элементов, выходы каждого из которых соединены с первыми входами соответствующих элементов второй группы блоков умножения, состоящей из m элементов, вторые входы каждого из которых подключены к выходу блока деления, выходы каждого элемента второй группы блоков умножения подключены к первым входам соответствующих элементов группы сумматоров, состоящей из m элементов, вторые входы каждого из которых соединены с выходами соответствующих элементов группы ЭЗ, состоящей из m элементов, входы каждого из которых подключены к выходам соответствующих элементов третьей группы блоков умножения, состоящей из m элементов, первые входы каждого из которых соединены с соответствующими элементами третьей группы входных регистров, а вторые входы - с выходами соответствующих элементов группы блоков вычитания, состоящей из m элементов, входы вычитаемого каждого из элементов которой подключены к выходам соответствующих элементов первой группы входных регистров, выходы каждого элемента четвертой группы входных регистров соединены с входами делимого соответствующих элементов группы блоков деления, состоящей из m элементов, входы делителя каждого из которых подключены к выходам соответствующих элементов группы сумматоров, а выходы - к информационным входам соответствующих элементов группы выходных регистров, состоящей из m элементов, выходы каждого из которых соединены с входами соответствующих элементов группы блоков индикации, состоящей из m элементов, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит пятую и шестую группы входных регистров, каждая из которых состоит из n элементов, переключатель, четвертую группу блоков умножения, состоящую из n элементов, накопительный сумматор и второй РИ, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, девятый выход второго РИ - с входами записи пятого и шестого входных регистров, десятый и одиннадцатый выходы с входами считывания соответственно пятой и шестой групп входных регистров, информационные входы пятой группы входных регистров являются входом задания исходной информации, на которые поступают значения T_j, характеризующие фактическое время использования j-го элемента ТС, информационные входы шестой группы входных регистров являются входом задания исходной информации, на которые поступают значения by, характеризующие весовой коэффициент, учитывающий важность j-го элемента в составе ТС, выходы пятой и шестой групп входных регистров соединены соответственно с первыми и вторыми входами соответствующих элементов четвертой группы блоков умножения, с первого по n-й выходы которой подключены к соответствующим входам накопительного сумматора, выход которого соединен с первым входом переключателя, второй вход которого подключен в выходу входного регистра, а выход - к входу делителя блока деления.