Файл: Шаракшанэ, А. С. Испытания сложных систем учеб. пособие.pdf

массового обслуживания: датчики информации; пункты сбора ин­ формации; устройства ' передачи и переработки информации; исполнительные органы и др.

Автоматизированную сложную систему можно представить как систему массового обслуживания в тех -случаях, когда она предна­ значена для многократного повторения определенных операций (например, системы обеспечения посадки и взлетов -самолетов, со­ здаваемых в настоящее время на -всех крупных аэродромах).

Показатель эффективности обычно записывают в виде сложной функциональной зависимости от ряда параметров и переменных, характеризующих отдельные элементы и систему в целом. В -свою очередь, эти параметры и переменные в большой степени зависят от множества-различных факторов, относящихся к внешним воздейст­ виям и условиям. Поэтому для получения оценки выбранного пока­ зателя эффективности необходимо предварительно произвести оцен­ ку параметров и характеристик отдельных элементов с учетом влия­ ния всевозможных факторов, относящихся к внешним условиям.

Таким образом, для получения ответа на вопрос, решает ли дан­ ная система задачу, ради -которой ее создали, в ходе испытаний системы необходимо предусмотреть возможность решения следую­ щих основных задач:

1)проведение проверки правильности функционирования от­ дельных элементов и системы в целом;

2)определение показателя эффективности и тех характеристик элементов и -системы в целом, которые влияют на его величину;

3)определение отдельных второстепенных оценок.

§ 1.3. ЭТАПНОСТЬ ИСПЫТАНИЙ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

Выбор конкретных этапов испытаний, подготовка, организация и непосредственное их проведение для сложных систем является очень трудоемким процессом. Сложные системы в большинстве слу­ чаев не допускают каких-либо натурных экспериментов в требуемом виде и в полном объёме для получения искомых оценок. Но даже, если какая-нибудь вновь созданная -сложная -система и может допу­ стить ограниченные'натурные эксперименты без какого-либо значи­ мого ущерба, то их организация и проведение оказываются чрезвы­ чайно сложным мероприятием, требующим длительного времени и больших материальных затрат. В силу этого, не реально рассчиты­ вать на набор необходимой статистики для получения оценок иско­ мых характеристик и параметров путем только натурных экспери­ ментов. Поэтому, решая задачу о выборе этапов испытаний, необ­ ходимо учитывать возможность проведения натурных эксперимен­ тов, наличие и оснащенность испытательной базы, допустимые условия работы средств обеспечения и средств измерения регистри­ руемых параметров, возможности применения других методов для

13

оценки искомых характеристик и параметров, возможность разбие­ ния-системы на отдельные подсистемы с целью проведения испыта­ ний по частям и т. д. В связи с этим состав испытываемых средств на том пли другом этапе испытаний, решаемые при этом задачи, необходимое обеспечение и целый ряд других вопросов могут быть конкретизированы только о учетом специфических особенностей системы в каждом отдельном случае.

При выборе этапов испытаний системы следует также учиты­ вать возможность возникновения организационных трудностей: в связи с многочисленностью разнообразных составных элементов к разработке системы привлекают большое количество различных предприятий, конструкторских бюро' и учреждений. Увязка их дея­ тельности должна осуществляться не только в согласовании тех­ нических решений, «о и в выборе этапов, объема и сроков испыта­ ний.

Отсутствие согласованности в этих вопросах, как следует из практики, может привести к нарушению и даже к срыву намечен­ ной последовательности операций, а порой к необходимости привле­ чения дополнительных резервов и специалистов (зачастую специа­ листов более высокой квалификации, так как устранить неувязки порой бывает сложнее, чем выполнить работу с самого начала).

При выборе этапов испытаний необходимо руководствоваться правилом-постепенного наращивания средств с переходом от менее сложного к более сложному этапу.

Обычно вначале проводят лабораторные и автономные испыта­ ния отдельных элементов системы, в ходе которых стремятся уста­ новить соответствие полученных характеристик этих элементов тре­ буемым значениям, а также готовность испытываемого элемента к переходу на этап комплексных испытаний.

Комплексные испытания проводят после завершения этапа ав­ тономных испытаний. Однако часто комплексные испытания могут быть начаты с группой средств, образующих в какой-то степени автономную подсистему, с постепенным наращиванием состава средств до полного комплекта, соответствующего испытываемой системе.

Испытания сложных систем подразделяют на предварительные и государственные.

Предварительные испытания могут включать в себя как лабо­ раторные и автономные испытания отдельных средств и элементов сложной системы, так и комплексные испытания отдельных подси­ стем и системы в целом. Проводят эти -испытания силами разраба­ тывающих организаций с целью проверки соответствия характери­ стик, полученных в ходе испытаний, заданным значениям, и предъ­ явления созданной сложной системы на государственные испытания.

Государственные испытания проводит Государственная Комис­ сия, назначаемая соответствующими компетентными органами, с целью всесторонней проверки аппаратуры, отдельного средства и

14

всей сложной системы на соответствие заданным требованиям в ус­ ловиях, максимально приближающихся к действительным услови­ ям их применения.

Выбранную последовательность решаемых задач, конкретизацию всех вопросов, связанных с организацией и проведением испытаний, фиксируют в различной технической документации, разрабатывае­ мой до начала испытаний (технические условия, программы и мето­ дики испытаний, методики обработки и т. д.). Основной докумен­ тацией для организации и проведения испытаний является та, в которой указывают объем и.методы проводимых работ и сроки их выполнения (например, постановления и решения с перечнем ди­ рективных сроков, программы и методики испытаний, а также пла­ ны текущих работ). Эти-документы следует особо тщательно прора­ батывать с привлечением научно обоснованных методов. В обыч­ ных календарных планах, как правило, указывают виды работ, сроки их выполнения участниками и ответственными исполнителя­ ми. Такой план как бы закладывает организационные начала для развертывания предстоящего комплекса работ. •

Программа испытаний в отличие от календарного плана носит организационно-технический характер. В ней отражаются: цель-, условия и методы испытаний; необходимые измерения; привлекае­ мые средства; степень ответственности исполнителей; отчетность и контрольные сроки.

Методика проведения того или иного вида испытаний раскрыва­ ет способ технического решения поставленной задачи при испыта­ ниях. В ней оговаривают конкретные условия, необходимые для оп­ ределения того или .иного параметра (или ряда параметров), воз­ можные способы реализации этих условий, необходимые измерения, методы обработки результатов этих измерений, целесообразность применения того или иного математического аппарата для получе­ ния искомого параметра по результатам непосредственных и кос­ венных измерений* методы анализа и оценки полученных резуль­ татов.

К планирующим документам относят также и сетевые графики, которые дают полное представление о, технологической последовав тельности проведения работ в'течение рассматриваемого промежут­ ка времени. Своевременная их разработка позволяет не только де­ тально представить будущий технологический процесс, но и воз­ можность заранее предусмотреть и подготовить необходимые сред­ ства измерения и материального обеспечения.

§ 1.4. ОПЫТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

Так кРк проведение экспериментов на сложных системах связа­ но с рядом трудностей и требует больших материальных затрат и длительных сроков, а в ряде случаев вообще практически невозмож­

15

но, возникла необходимость в разработе опытно-теоретического ме­ тода оценки эффективности. Основные положения опытно-теорети­ ческого метода оценки эффективности следующие:

1) содержательное описание задачи, связанной с оценкой эф­ фективности, представляющее собой первый шаг на пути к ее формализации; уточнение степени и характера функциональной зависимости показателя эффективности от характеристик отдель­ ных элементов системы и внешних условий; установление обобщен­ ных параметров; определение требований по точности и достовер­ ности искомых оценок; отбор релевантных факторов по априорным данным и т. д.;

2)определение условий испытаний с помощью факторного пла­ нирования и выбор соответствующих методов оценки искомых характеристик. При этом предусматривают использование различ­ ных способов получения информации о средствах и системе в целом (математическое моделирование, применение имитаторов, натур­ ный эксперимент);

3)обоснование и выбор приемлемого состава и структуры необ­ ходимых математических моделей и имитаторов;

4)планирование и организация натурных экспериментов, обо­ снование объема испытаний и необходимого количества экспери­ ментов;

5)отработка и калибровка математических моделей по резуль­ татам натурных экспериментов;

6)оценка показателей эффективности.

Отличительной чертой опытно-теоретического 'метода является то, что он позволяет оценивать как отдельные характеристики эле­ ментов и самой системы, так и характеристики системы в целом в виде показателя эффективности в широком диапазоне его измене­ ния. При этом одновременно решается задача о наиболее рацио­ нальном использовании ограниченного количества натурных экспе­ риментов, включая задачу увязки результатов экспериментов с ре­ зультатами моделирования.

В существующих в настоящее время методах оценку эффектив­ ности проводят в ограниченном количестве точек факторного про­ странства, которые выбирают на основе интуитивных соображе­ ний, исходя из стремления выбрать наиболее «тяжелые» или «наихудшие» условия или режимы. При этом подразумевают (без каких-либо обоснований), что оценки искомых параметров по всему факторному пространству не будут хуже значений, получен­ ных в выбранных точках. Для сложных систем такой подход несо­ стоятелен по следующим причинам:

1) трудно выбрать точки, в которых следует проводить оценку эффективности (большой диапазон изменения факторов, влияющих на выбор условий оценки, и их многочисленность затрудняют выбор «наихудших» режимов);

2) ограничения, накладываемые на возможность проведения натурных экспериментов, значительно сужают область, допустимую

16

для выбора точек, и далеко не все точки, соответствующие «наихуд­ шим» условиям, могут попасть в нее.

Решение этой проблемы является существенной особенностью опытно-теоретического метода, суть которого сводится к тому, что при оценке показателя эффективности находят не нижнюю границу значений последнего, а коэффициенты аппроксимирующей зависи­ мости искомого показателя от соответствующих факторов. Поэтому при опытно-теоретическом методе количество точек в факторном пространстве, параметры и характеристики значимых факторов сле­ дует выбирать не из соображений выбора «наихудших» условий, а из условия получения или подтверждения априорно выбранной искомой зависимости, для чего целесообразно воспользоваться идеями факторного планирования.

«Активное» планирование экспериментов сводится к отысканию оптимальных условий с применением методов дисперсионного и ре­ грессионного анализа. Часто для отыскания оптимального плана проведения экспериментов зависимость выбранного показателя от значимых факторов может быть представлена в виде полинома

с коэффициентами регрессии b0, bn Ьц, bn, ...

Используя метод наименьших квадратов, можно получить оцен­ ки коэффициентов уравнения регрессии, применение же идей фак­ торного планирования способствует при этом выбору оптимальной стратегии, т. е. достижению наиболее точного представления иско­ мой зависимости по результатам наименьшего числа целенаправ­ ленно спланированных экспериментов. Последнее возможно за счет того, что в каждом эксперименте одновременно варьируются все переменные. Поэтому, обрабатывая результаты наблюдений всех запланированных экспериментов, получают оценки коэффициентов уравнения регрессии с наименьшей дисперсией. Число эксперимен­ тов определяется количеством независимых переменных xi, Хг, •••, Xk и количеством уровней варьирования этих переменных. Во многих практических случаях вполне достаточно, если варьирование неза­ висимых переменных производится на двух уровнях.

Для получения независимых оценок коэффициентов уравнения регрессии целесообразно, чтобы уровни рассматриваемых факто­ ров были симметричны относительно начала координат. Таким об­ разом число экспериментов определяется числом всех неповторя-

•ющихея комбинаций, которые можно составить из k рассматрива­ емых независимых переменных, имеющих по два уровня. Если осуществляют все 2й возможные и неповторяющиеся комбинации, то получают полный факторный эксперимент. На практике часто мож­ но ограничиться реализацией матрицы планирования, содержащей лишь часть полного факторного эксперимента. Сущность примене­ ния дробного факторного эксперимента сводится к сокращению

17