Вопрос 1 Основные положения

Оптимизация параметров объектов стандартизации заключается в установлении таких значений этих параметров, при которых достигается максимально возможная (в данных условиях) эффективность стандартизуемого изделия. Значения параметров, которым соответствует максимально возможная эффективность, называют оптимальными.

При оптимизации параметров объектов стандартизации находятся оптимальные соотношения экономических, технических и социальных эффектов стандартизации с материальными и трудовыми затратами и с расходом природных ресурсов, а также согласование научно-технических и производственных возможностей с потребностями народного хозяйства и населения страны.

Требования к системе оптимизации параметров объектов стандартизации

Система оптимизации параметров объектов стандартизации (далее СОПОС) должна последовательно обеспечивать наилучшее сочетание между эффектом и затратами, определяемое с позиций обоснованных целей, с учетом действующих ограничений и предстоящих изменений во времени. Основные требования к СОПОС дифференцируются на требования к результатам, методам и методологии оптимизации.

Требования к результатам оптимизации. К результатам оптимизации предъявляются следующие требования: точность, полнота, детальность, своевременность, наличие оценки характеристик результатов (чувствительности).

Основными являются требования к точности оптимизации, т. е. близости полученных расчетом (или экспериментом) оптимальных показателей качества к действительно оптимальным.

Мерой точности оптимизации могут быть отклонения ΔР найденных расчетом оптимальных показателей Р_optP от действительно оптимальных .

Полнота результатов характеризует уровень охвата оптимизацией основных параметров объекта оптимизации.

Детальность результата заключается в доведении оптимизации до единичных параметров типа линейных размеров, механических свойств материала, характеристик точности.

Требования к методам оптимизации. Методы оптимизации должны обеспечивать динамичность (опережаемость) и комплексность оптимизации, осуществление анализа соответствия принятой математической модели стоящей задаче и возможность широкого проведения оптимизации объекта в народном хозяйстве.

Динамичность оптимизации заключается в том, что определяемые параметры должны быть оптимальными для будущего периода времени создания и функционирования объекта.

Комплексность оптимизации заключается в учете взаимозависимости отдельных элементов (параметров) объекта оптимизации и взаимодействия этого объекта с другими объектами.

Требования к методологии системы. Система оптимизации должна быть целенаправленной, базироваться на объективных предпосылках, использовать количественные меры; ее методология должна объединять в себе различные технические и экономические аспекты, что успешно достигается на основе применения системного анализа. Для практического решения задачи по оптимизации цель должна быть формализована в виде, обеспечивающем получение исходной информации.

Состав документов, устанавливающих методы СОПОС. Для обеспечения широкого внедрения количественных методов оптимизации в СОПОС создан комплекс методических и нормативно-технических документов, классифицируемых по группам, приведенным в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Группы нормативно-технических документов

Шифр группы	Наименование группы
	Общие положения
	Теоретические методы
	Экспериментальные методы
	Методы обеспечения опережаемости стандартизации
	Методы обеспечения комплексности стандартизации
	Методы совместного обеспечения опережаемости и комплексности стандартизации
	Методы получения исходных данных. Методы и рекомендации по организации работ
	Особенности методов оптимизации в зависимости от ее назначения
	Особенности методов оптимизации отдельных объектов и параметров

Основополагающим документом комплекса является ГОСТ 18.001-76, все остальные документы разделяются на восемь групп. Каждая группа имеет свой основополагающий государственный стандарт. Таким образом, комплекс содержит девять основополагающих государственных стандартов.

Вопрос 2 Методы оптимизации параметров объектов стандартизации

1. Теоретические методы оптимизации

Для установления параметров объектов стандартизации используют набор теоретических методов оптимизации в соответствии с учетом различных условий оптимизации и требований к методам оптимизации. Набор этих методов включает методы оптимизации с формализацией или без формализации цели и ограничения. К теоретическим методам оптимизации без формализации цели относят:

- методы переноса опыта и использования суждений специалистов без коррекции полученных данных на изменение целей и ограничений;

- методы с коррекциями на малые изменения целей и ограничений без выявления исходных целей;

- методы с использованием нормативов. При данном методе оптимизация проводится в два этапа. Вначале по модели более высокой ступени иерархии оптимизируются значения нормативов, а затем по модели более низкой ступени иерархии по уже установленным нормативам определяются искомые оптимальные значения параметров.

К теоретическим методам оптимизации с формализацией цели и ограничений относят методы, которые при оптимизации детально учитывают все существенные факторы и описывают необходимые зависимости с полной реализацией общей схемы оптимизации по ГОСТ 18.101—78. Оптимизация параметров объектов стандартизации при помощи этих методов состоит из двух задач:

1) разработка целесообразной математической модели оптимизации;

2) вычисление оптимальных значений параметров и их изменений во времени с применением построенной математической модели.

Состав и структура типовых математических моделей оптимизации параметров объектов стандартизации. Исходными для оптимизации параметров объектов стандартизации служат пять групп зависимостей, составляющих или входящих в математическую модель оптимизации (ГОСТ 18.101—76).

Входными данными для оптимизации параметров объектов стандартизации служат следующие векторные и скалярные функции

1. Зависимость эффекта оптимизируемых параметров и времени введения ,периода действия стандарта (процесса) , текущего времени :

2 Зависимость затрат на исследование, разработку, производство и эксплуатацию (потребление) объекта стандартизации от этих же параметров:

3 Зависимость цели производства и применения объекта стандартизации от эффектов, затрат и времени:

4 Зависимости между параметрами объекта стандартизации , которые описывают научно-технические возможности (ограничения) при определенном уровне научно-технического прогресса:

5 Ограничения в виде неравенства, описывающие производственные возможности, обеспеченность сырьем, материалами, комплектующими элементами, кадрами, финансовыми средствами, требования техники безопасности:

Кроме перечисленных входные данные могут содержать зависимости, описывающие изменения отдельных оптимизируемых параметров во времени, критерии целесообразности выбора математических моделей и другую информацию.

Из входных зависимостей составляется целевая функция, которая имеет следующий вид:

Остальные зависимости являются ограничениями.

Задача оптимизации параметров изделий при использовании математических моделей заключается в том, чтобы в результате вычислений найти такие значения параметров изделий и такое их изменение во времени, при которых целевая функция Ц достигает максимального (или минимального) значения при соблюдении ограничений.

Типовая схема оптимизации параметров изделий приведена на рисунке 7.1 и состоит из следующих блоков:

1 - блок получения входной информации, необходимой для составления входных зависимостей;

2 - блок составления входных зависимостей;

3 - блок прогнозирования изменения входных зависимостей в будущий период времени;

4 - блок составления целевой функции и ограничений по входным зависимостям;

5 - блок вычисления оптимальных параметров по известной целевой функции и ограничениям;

6 - блок оценки математической модели;

7 - блок непосредственного прогнозирования отдельных параметров для упрощения математической модели;

8 - блок принятия решения по корректировке математической модели;

9 - блок принятия решения по параметрам изделий.

Рисунок 7.1 – Типовая схема оптимизации.

Вопрос 3 Методы прогнозирования при оптимизации

Требования к прогнозам. Прогнозирование при оптимизации параметров объектов стандартизации производится для определения будущей ситуации с целью оптимизации принимаемых решений. Требования к результатам прогноза зависят от того, для принятия каких решений они используются. Наиболее жесткие требования к результатам прогноза предъявляют при установлении параметров объектов, записываемых в конструкторской, технологической и нормативно-технической документации, так как потери вследствие неоптимальности значений этих параметров обычно превышают потери вследствие неоптимальности других решений при стандартизации (например, потери вследствие ошибок прогноза при планировании уровня качества).

7.2юю

Различают точность и период упреждения прогноза. Точность прогноза характеризует точность прогнозирования параметров (их вероятностные характеристики). Устанавливаемые значения параметров по результатам прогноза неизбежно отступают от абсолютно оптимальных из-за несовершенства методов прогнозирования и наличия неопределенностей. Потери вследствие отступления значений параметров от оптимальных, вызванные ошибками прогнозирования, уменьшаются с повышением точности прогнозирования (кривая 1 на рисунке 7.2). С ростом точности растут расходы средств и времени на прогнозирование (кривая 2). Суммарные затраты на разработку прогноза и затраты, вызванные его ошибками (кривая 3)имеют минимум (точка 0). Соответствующая точность прогноза является оптимальной.

Рисунок 7.2 – Зависимость потерь от точности прогнозирования

Период упреждения прогноза - это интервал времени, на который разрабатывается прогноз. Минимально необходимый период упражнения прогноза в годах определяется по формуле:

,

где - время разработки и внедрения нормативно-технического документа;

- время от момента внедрения до момента, длякоторого вычисляются оптимальные параметры.

Особенности прогнозирования при оптимизации параметров объектов стандартизации. Будущие значения параметров объектов стандартизации в зависимости от управляющих воздействий могут быть разными. Предполагая, что при прогнозировании управляющие воздействия будут оптимальными, прогнозирование и оптимизация должны рассматриваться в решении одной общей задачи прогнозирования в сочетании с оптимизацией. Сущность такого сочетания состоит в том, что прогнозируется исходная информация, а оптимизация параметров объектов стандартизации осуществляется по типовой схеме, регламентированной ГОСТ 18.101—76. Такое сочетание прогнозирования исходной информации с оптимизацией параметров объектов стандартизации позволяет повысить точность установления будущих параметров объектов стандартизации.

Разработку нового объекта рассматривают как процесс прогнозирования (обоснования) параметров объектов стандартизации. Если бы было известно, что и как следует делать для достижения заданных целей, то отпала бы необходимость в разработке проектов, изготовлении и испытании опытных образцов, и можно было сразу разрабатывать рабочие чертежи и запускать образец в массовое производство. Методы изготовления и испытания опытных образцов, применяемые при разработке новых объектов, включают в число основных методов прогнозирования параметров объектов стандартизации.

Для преодоления трудностей прогнозирования параметров при разработке принципиально новых объектов используют стратегию параллельных разработок, и сбор информации осуществляют в ходе сравнительных испытаний опытных образцов.

Для оптимизации параметров объектов стандартизации будущих объектов необходимо в общем случае прогнозировать следующие исходные данные: эффекты, затраты, ограничения, описывающие научно-технические возможности, и ограничения в виде неравенств на производственные, финансовые и кадровые возможности.

Прогнозирование исходной информации для оптимизации параметров объектов стандартизации и самих параметров производят одним из следующих методов:

- изготовлением и испытанием макетов и экспериментальных образцов, а также физическим моделированием (особенно при прогнозировании технических возможностей);

- составлением по известным законам природы и общества причинно-следственных математических моделей и оценкой параметров этих моделей по предыстории;

- составление эмпирических зависимостей по статистике, предыстории и экстраполяции на будущее;

- использованием эвристических методов.