5.2. Моделирование разработки новой продукции

В качестве основы моделирования данной задачи была взята модель разработки новых технических средств для оснащения КТС СОМ [27, 28]; в дальнейшем она была адаптирована для решения задачи моделирования разработки новой продукции [84].

В условиях конкурентного рынка перед корпоративным менеджментом часто возникает задача организации и финансирования разработок новой продукции (НП), что, в свою очередь, требует от специалистов предприятий, которым поручены эти разработки, промышленного подхода к технологии разработки НП. При этом используются соответствующие понятия, определяющие процесс разработки НП:

Процесс разработки НП  это последовательное и согласованное изменение состояния НП на этапах разработки, заканчивающееся получением ее в виде продукта, готового к изготовлению (производству), с заданными параметрами и качеством.

Технологический процесс (ТП) разработки НП  это часть процесса разработки НП (или его компоненты), соответствующая и обеспечивающая получение НП в некотором завершенном состоянии; представляется совокупностью технологических операций (ТП_i={ТО_j}), зафиксированных в карте ТП_i и функционально взаимосвязанных технологическим маршрутом.

Технологическая операция (ТО)  это элементарная часть технологического процесса по преобразованию частичного состояния НП (т.е. состояния его компоненты).

Технологическая линия (ТЛ)  процесс разработки НП определенного типа, охватывающий полный цикл преобразования НП  от начального состояния до получения ее в завершенном виде с заданным качеством; представляет собой совокупность ТП (ТЛ={ТП_j}, ), объединенных технологическим маршрутом.

Технологический маршрут  это графовая структура взаимосвязи ТО в ТП (ТП в ТЛ) с последовательным, параллельным, циклическим и условным режимами выполнения элементов.

Технологическая карта процесса или линии  это спецификация ТП или ТЛ, задающая состав операций в ТП или процессов в ТЛ, специализацию исполнителей, виды входных и выходных документов и применяемых технологических методов и средств на каждой ТО или ТП.

Карта выполнения ТП  это задание на выполнение ТП: является средством связи между поставщиком и реализатором НП по ТП (ТЛ).

Технологический метод  это совокупность принципов (правил) и способов преобразования состояния НП.

Технологические средства  это языки описаний, средства визуального представления (бланки, схемы, диаграммы и др.) проектных решений процесса разработки НП.

Технологический модуль  это методическая, языковая и программная поддержка разработки (методические и нормативные документы, языки спецификаций и программирования, трансляторы, редакторы текстов, системы сборки и синтеза, система планирования и контроля исполнения, оценки качества и т.д.).

Рассмотрим модельный подход к разработке НП, обеспечивающий формализованное представление этого процесса.

Модель процесса проектирования приведена на рисунке 5.1.

Она соответствует методу проектирования продукции сверху вниз, при котором понятия (i+1) - го уровня (ТП_i+1) описываются через элементарные понятия i-го уровня и представляют собой данные, входящие в класс понятий состояния S_i НП. При этом не исключаются переходы с одного уровня абстракции на другой (сверху вниз и снизу вверх).

Этапы процесса отождествляются с технологическими процессами ТП_i (i=0, ..., 5), для каждого из которых фиксируется определенное состояние (S) программного средства (начальное при входе в и конечное при выходе из него). Переход состояния в на ТП связан с выполнением технологических операций, входящих в состав ТП_i. При этом для каждого типа НП может быть свой набор ТО для ТП, а также состояние НП, определенное на соответствующем множестве исходных данных, характеризующих это состояние.

Модель процесса разработки. Выделение состава и содержания технологических операций зависит от типа (класса) НП, используемой методологии и принятой организации проведения работ. При определении состава и содержания ТП решается задача обеспечения инженерной дисциплины разработки, основанной на современных принципах, методах и инструментах, способствующих полному и адекватному отображению понятий и функций реализуемой предметной области в элементы состояния S. Основная цель выделяемых состоит в получении некоторого законченного полуфабриката (S_i-состояния НП), фрагментов проектной документации (ПД), экспертизы научно-технического уровня и качества разработки в соответствии с моделью качества (М_кач), разработанной на этапе анализа требований к НП.

Для каждого ТП модели жизненного цикла в общем виде определяются элементы состояния НП, состав , обеспечивающих преобразование исходного состояния и получение конечного состояния. Каждое состояние на ТП в основном определяется на следующем наборе данных:

• модель НП (или ее элементов), над которой проводится преобразование;

• технологические операции, обеспечивающие преобразование моделей НП, формирование документации и контроль результата;

• выходной результат технологического процесса преобразования (новое состояние модели НП);

• состав исполнителей, осуществляющих процесс преобразования исходного состояния НП в конечное.

Каждый ТП должен обеспечить:

• переход продукта из одного состояния в другое;

• проверку результата преобразования состояния продукта на этапах разработки на соответствие заданным показателям качества;

• фиксацию деятельности исполнителей;

• планирование и нормирование труда исполнителей и др.

Таким образом, технологическая модель процесса разработки является отражением модели жизненного цикла, способов преобразования состояний НП и может быть представлена в виде , , где S  множество состояний НП на этапах жизненного цикла;  множество преобразований (трансформаций) состояний НП, производимых с помощью соответствующих ТО и технологических модулей (ТМ), сгруппированных по .

Множество S рассматриваемой модели включает:

 исходное (начальное) состояние, т.е. описание требований заказчика к данной НП;

 состояние НП, т.е. описание в классе языков спецификаций функций , структуры данных и т.п.;

 состояние НП, соответствующее техническому проекту и включающее описание в класс языков функций , данных , интерфейсов , элементов документации , оценочных элементов модели качества и др.;

 состояние НП, соответствующее рабочему проекту и включающее описание в языках программирования (класс ) текстов программ , модулей и т.п.;

 состояние НП, соответствующее полученному программному продукту, которое проверяется на соответствие заданным функциям и значениям показателей качества;

 состояние НП на этапе сопровождения.

Модель частичного процесса. Технологический процесс , входящий в состав , является промежуточным, частичным процессом, осуществляющим преобразование -го состояния НП с помощью набора ,

каждый из которых поддерживает ТМ.

Набор операций не является фиксированным,  он уточняется для каждого типа НП и описывается в технических документах. Среди операций могут быть типовые, используемые при создании конкретной технологии разработки НП определенного типа. Для обеспечения технологичности разработки в их состав входят операции управления качеством разработки и формирования документации на всех этапах разработки в соответствии с системой моделей, определенной выше.

Модель любого частичного в общем виде представлена на рисунке 5.2. Состояние НП определяется набором частичных состояний

, подаваемых на вход . Данный набор для конкретного НП конечен.

Каждый частичный процесс является абстрактным конечным автоматом, граф которого совпадает с технологическим маршрутом процесса, множество состояний которого определено по совокупности операций .

Переход из состояния в состояние может произойти только под действием элементов технологического маршрута и осуществляется техническим диспетчером посредством выбора из множества операций процесса, зафиксированных в карте i-го процесса, очередной операции при условии, что результат предыдущей операции проанализирован и выполнен.

Задача выполнения i-го процесса заключается в переходе из некоторого состояния в состояние с удовлетворением операций преобразования, качественной и количественной оценки результата разработки и формирования фрагментов ПД по .

С точки зрения теории графов эта задача эквивалентна поиску пути на графе, который начинается и заканчивается при ограничениях, накладываемых технологическим диспетчером и показателями качества, характеризующими состояние НП на текущем частичном процессе .

Модель качества НП. Качество НП  это потребительское свойство, обусловливающее его пригодность к использованию по назначению. Для каждого типа НП на этапе анализа требований формулируются требования к свойствам НП, для которых по существующим аналогам (прототипам) определяются значения базовых показателей качества с целью достижения их в процессе разработки данной НП; строится трехуровневая модель качества , рисунок 5.3.

На первом уровне находятся свойства НП с позиций потребителя. На втором уровне каждому свойству НП соответствуют комплексные показатели (признаки), ранжированные по этапам разработки. На третьем уровне находятся единичные показатели (оценочные элементы) каждого комплексного показателя, для которых устанавливаются допустимые оценочные значения, способствующие проведению экспертного контроля качества состояния НП на этапе разработки.

Данные экспертного контроля и результаты поиска и устранения ошибок (отказы) в процессе тестирования служат для получения количественной оценки качества НП. Полученная оценка сравнивается с базовыми значениями показателей качества. В результате делается вывод об уровне отклонения полученного качества НП от планируемого.

Свойства	Комплексные показатели	Единичные показатели
Мобильность	Модифицируемость	Независимость
		Целостность
	Сложность	Размер
		Объем
		Неупорядоченность
		Связанность
Применимость	Функциональность	Универсальность
		Точность
	Рациональность	Затрата ресурсов
		Быстродействие
Работоспособность	Надежность	Безотказность прогонов
		Наработка на отказ
		Восстанавливаемость
		Готовность
	Живучесть	Защищенность
		Устойчивость
Эффективность	Экономическая э ффективность	Рентабельность
		Удельные суммарные затраты
Эргономичность	Удобство сопровождения	Целостность
		Согласованность
		Обучаемость
	Удобство эксплуатации	Простота в работе
		Трудоемкость настройки
		Оцениваемость
	Технологичность внедрения	Структурированность
		Унифицируемость
		Документируемость

Рисунок 5.3. Модель качества новой продукции

Таким образом, представленная модель позволяет осуществлять разработку новой продукции с заданными параметрами качества.

Процесс разработки образцов продукции – это совокупность научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, за которой следуют мероприятия по подготовке производственной базы, проведение которых является условием начала производства и использования данного образца продукции.

По характеру ресурсных ограничений, принимаемых решений и динамике их реализации этап разработки существенно отличается от остальных этапов жизненного цикла изделий. Эти отличия состоят в следующем:

• на этапе разработки определяющим ресурсным фактором является научно-технический потенциал НИИ и КБ, который обладает известной жесткостью и инерционностью, т. к. эти организации не могут быстро менять тематику и темпы проведения работ;

• длительность типовых сроков разработки новых изделий противоречит требованиям динамики конкурентного рынка;

• отсутствие здоровой конкуренции со стороны разработчиков аналогичной продукции в силу лоббирования интересов различных финансово-промышленных групп. Поэтому невелико число вариантов разработки одного изделия, отличающихся по длительности проведения работ, разнообразию и объемам расходуемых ресурсов. Конечно, речь идет о продукции предприятий значимых (базовых) отраслей  машиностроение, электроника и т. п.

Перечисленные особенности этапа разработки образцов определяют специфику моделей этого процесса по сравнению с моделями, представленными в предыдущих разделах данной книги.

Ресурсы, расходуемые при разработке образцов новой продукции, можно разделить на две группы:

1. Научно-технический потенциал НИИ и КБ. Этот ресурс специфичен по отношению к разрабатываемым образцам продукции и может измеряться как в относительных единицах (в случае, когда НИИ и КБ одновременно разрабатывают несколько образцов изделий), так и в нормо-часах трудозатрат разработчиков или в других единицах измерения. К этой же группе можно отнести загрузку парка оборудования НИИ и КБ, которая существенно коррелирована с объемами и темпами подготовки документации на опытные образцы.

2. Ресурсы общего назначения (сырье, материалы, комплектующие изделия, энергия и т. п.). Ресурсы первой группы достаточно жестко связаны с возможностями и специализацией организаций-разработчиков, и их разновидности должны определяться по принадлежности к этим организациям. Разделение ресурсов второй группы по видам определяется только физическими свойствами. В остальном формальный учет расходования ресурсов обеих групп не имеет различий.

Поскольку этап разработки образцов обычно имеет значительную продолжительность во времени, при любых вариантах модели разработки расходы ресурсов должны учитываться отдельно для каждого элементарного периода планирования.

Приведем некоторую обобщенную модель этапа разработки.

Входные данные модели:

t  период планирования, ;

T  плановый горизонт;

 срок начала выпуска i – ой продукции, ;

 срок конца выпуска i – ой продукции, ;

J  исходный ряд, множество образцов новой продукции;

J_o подмножество образцов, по которым проводится анализ этапа разработки, ;

M_i^o  множество вариантов разработки i-го образца;

n  номер варианта, ;

t_in^н  срок возможного начала производства продукции i-го образца при условии выбора и реализации n-го варианта разработки;

R^o  множество видов специфических ресурсов, затрачиваемых при разработке;

h  номер разновидности ресурса, ;

 количество ресурсов h-й разновидности, которое необходимо для реализации n-го варианта разработки i-го образца в отрезок времени t, , ;

 максимально возможный объем расхода специфических ресурсов h - й разновидности в отрезке времени t,

­– множество предприятий, образующих производственную базу данной продукции;

– подмножество предприятий – потенциальных производителей продукции i-го образца, ;

– номер предприятия, ;

−наибольший условно возможный объем производства i-ой продукции на l-м предприятии в отрезок времени t, ;

− количество h-го производственного ресурса, необходимое для производства единицы i-го изделия, ;

− суммарный лимит затрат h-го производственного ресурса в отрезок времени t, ;

– доля мощностей l-го предприятия, используемая для производства i-й продукции в отрезок времени t, , ;

Ограничения модели:

• 

означает, что при разработке каждого образца может быть реализовано не более одного варианта;

• ресурсные ограничения:

• 

• –

баланс расхода специфических ресурсов.

Целевая функция – это условные сроки начала производства продукции, образцы которой разрабатываются в планируемом периоде:

.

Практически целесообразно использовать минимально возможное число вариантов разработки образцов изделий.