CC BY
244
УДК 658.562.6; 629;7.01; 007 ББК 30.1
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ И МЕТОД ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ, ОСНОВАННЫХ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЗАРОЖДАЮЩИХСЯ ТЕХНОЛОГИЙ
Крянев А. В.1,
(Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», г. Москва)
Семенов С. С.2
(ОАО «Государственное научно-производственное предприятие «Регион», г. Москва)
Данная статья посвящена проблеме оценки технического уровня (ТУ) сложных технических систем (СТС), основанных на новых зарождающихся технологиях, при этом в статье подробно отражены особенности развития современной техники, обоснована актуальность и описаны существующие методы определения момента перехода на новые технологии, описан принцип формирования прогнозных значений основных характеристик новой технологии и представлен метод оценки ТУ СТС с зарождающимися технологиями.
Ключевые слова: технический уровень, коэффициент технического уровня, сложная техническая система, жизненный цикл, зарождающаяся новая технология, прогнозные значения, темп роста новой технологии, момент перехода на новую технологию.
1 Александр Витальевич Крянев, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Прикладная математика», ([email protected]).
2 Сергей Сергеевич Семенов, кандидат техничских наук, руководитель группы анализа и перспективных исследований ([email protected]).
1. Актуальность определения момента перехода на новые технологии
Для общества начала XXI в. характерно дальнейшее наращивание технологических возможностей во всех сферах человеческой деятельности. Если судить с позиций теории русского экономиста Н.Д. Кондратьева (1892-1931 гг.), то мир вступил в пятый цикл технологического уклада, для которого определяющими факторами является не только усложнение машин, различных аппаратов, но и интенсивное развитие новых технологий, опирающихся на последние достижения в области микроэлектроники, информатики, биотехнологии, генной инженерии, новых видов энергии, освоение космического пространства, спутниковой связи и т.д. (таблица 1) [3, 11].
По данным научной школы в сфере экономики наукоемких технологий МИФИ, полученным за последнее десятилетие [8], были уточнены временные рамки четвертого и пятого укладов и введен шестой цикл, относящийся к периоду 2010-2050 гг., в котором преобладают нанотехнологии.
Современная продукция строится на новых высоких технологиях, в особенности информационных. В связи с тем, что значительная доля общественного труда будет связана с информационными технологиями, по оценке корпорации РЭНД (США) в ближайшие 10-20 лет произойдет углубление неравенства наций и, как следствие, - небывалый рост напряженности во всем мире [4]. Поэтому считается, что нация, которая освоит новые информационные технологии, бесспорно получит преимущества в своем развитии.
Следует также отметить, что по мере прогресса в области науки и техники заметно сократился период между научными исследованиями и созданием технических средств [24]. Этот период исчисляется для фотографии в 102 года, для телефона -56 лет (1820-1876), для радио - 28 лет (1867-1895), для телевидения 14 лет (1922-1936), для беспилотного летательного аппарата3- 6 лет (1903-1909), для радара - 14 лет (1926-1940), для
3 Файвуш Я., Аррисон В. Самолет без летчика и управления им по радио. - М.: Авиахим, 1925. - 45 с.
транзистора - 5 лет (1948-1953), для лазера - 5 лет (1956-1961), рис. 1.
В таблице 2 представлен период создания некоторых новых технологий и машин [1]. Необходимо заметить, что приведенные данные по времени создания ЭВМ на современной технологической базе в 21 год основываются на приведенном источнике [1], всего же процесс создания ЭВМ занял несколько столетий и начался с первых счетных машин Леонардо да Винчи (1517) и Шиккарта (1622), а первым программистом считается графиня Лавлейс (1815-1852) - дочь лорда Байрона.
Как считал Э. Янч, консультант Организации экономического сотрудничества и развития в 1970-е годы, общий промежуток времени от открытия до нововведения при эффективном проведении всего цикла исследований и разработок в общем составляет 15 лет.
Рис. 1. Временной интервал между датой открытия и практи-
ческим его использованием
Цикл «жизни» машин (рис. 2) включает ряд фаз, каждая из которых отличается других степенью научного и технического совершенства изделия, организационными особенностями, экономическими характеристиками, уровнем спроса [22].
Таблица 1. Технологические циклы научно-технического преобразования
Циклы Страны - лидеры технического прогресса Общая характеристика Ядро технологического цикла Ключевые факторы Ядро нового цикла
Третий цикл (18801940 гг.)* Германия, США, Великобритания, Швейцария, Нидерланды, Италия, Дания, Австро-Венгрия, Канада, Япония, Испания, Россия, Швеция Активное использование в промышленном производстве электроэнергии, развитие тяжелого машиностроения и электротехнической промышленности на базе стального проката, новых открытий в области химии. Развитие химической промышленности. Нефтяной бум в США, формирование военнопромышленного комплекса в Европе, изобретение и внедрение телеграфа и радио. Производство автомо- Электротехническая промышленность, тяжелое машиностроение, неорганическая химия Электродвигатель; металлы (в том числе сталь) Автомобилестроение, органическая химия, добыча и переработка нефти, цветная металлургия, автодорожное строительство
Циклы Страны - лидеры технического прогресса Общая характеристика Ядро технологического цикла Ключевые факторы Ядро нового цикла
билей и самолетов, добыча цветных металлов (в том числе алюминия), разработка пластмасс и полимеров, производство товаров длительного пользования, средств радио- и телекоммуникаций. Открытие фирм, картелей, трестов, корпораций, монополий, олигополий. Г осударство либо осуществляет контроль за ними, либо цели ком ими владеет. Концентрация финансового и банковского капитала
Циклы Страны - лидеры технического прогресса Общая характеристика Ядро технологического цикла Ключевые факторы Ядро нового цикла
Четвертый цикл (1930- 1990 гг.) США, страны Западной Европы, Канада, Ав-стра лия, Япония, Швеция, Швейцария, СССР, Бразилия, Мексика, Китай, Тайвань, Индия Развитие энергетики на основе нефти и нефтепродуктов, раз витие средств связи. Развитие автомобиле-, станко-, тракторостроения. Разработка новых видов вооружения и военной тех ники. Выпуск товаров длительного пользования. Строительст-во скоростных автомагистралей и аэропортов. Создание ком пьютера и разработка программных продуктов. Разработка и активное использование продукции электронной промышлен Автомобиле- и тракторостроение, цветная металлургия, производство товаров длительного пользования. Синтетические материалы, органическая химия, добыча и переработка нефти Двигатель внутреннего сгорания Микроэлектронные компоненты
Циклы Страны - лидеры технического прогресса Общая характеристика Ядро технологического цикла Ключевые факторы Ядро нового цикла
ности. Развитие атомной промышленности. Массовое произ водство на основе конвейерной технологии. Господство олиго полической конкуренции, формирование транснациональных корпораций, осуществляющих прямые инвестиции в экономи ку различных стран. Перенос массового производства в страны «третьего мира»
Пятый цикл (19802040 гг.) Япония, США, Германия, Швеция, страны Западной Европы, Тайвань, Южная Бурное развитие микроэлектроники, информатики, биотехнологий, генной инженерии. Получение Электронная промышленность, оптиковолоконная техника, программное обеспечение, Микроэлектронные компоненты Биотехнологии, космическая техника, тонкая химия
Циклы Страны - лидеры технического прогресса Общая характеристика Ядро технологического цикла Ключевые факторы Ядро нового цикла
Корея, Австралия, Брази лия, Мексика, Аргентина, Венесуэла, Китай, Индия, Турция, Индонезия, стра ны Восточной Европы, Россия (?) энергии из нетрадиционных источников, освоение космического пространства. Распространение спутниковой связи. Формирование единой сети крупных и средних фирм, осуществляющих тесное взаимодействие в области технологий, контроля качества продукции, планирования инвестиций и т.д., логистика телекоммуникации, роботостроение, добыча и переработка газа, информатика
* Первый (1785-1835 гг.) и второй (1830-1890 гг.) циклы не показаны.
Таблица 2. Темпы создания научно-технических новшеств
Новшество Г од начала промышленных разработок Продолжительность (в годах)
Инкуба- цион- ного периода Про- мышлен- ных разрабо- ток Всего процесса создания
Автомобильный транспорт 1891 23 4 27
Авиационный транспорт 1903 6 8 14
Радиовещание 1913 17 9 26
Электронные лампы 1914 7 6 13
Телевидение 1933 22 12 34
ЭВМ 1944 15 6 21
Атомная электростанция 1954 11 3 14
Интегральные схемы 1958 2 3 5
Научный прогноз (фаза 0 — ^) дает толчок к активизации НИР и ОКР (фаза t1 — Ь) в заданном направлении, результатом является постепенное улучшение характеристик будущей машины, которая после прохождения определенного комплекса испытаний может быть передана в производство (фаза t2 — Н). Отработка изделия продолжается и на этой фазе, но уже более медленными темпами. Наконец, конструкция и технологические процессы достигают степени совершенства при данном уровне развития науки и техники (кривая 1 на рис. 3). Одновременно увеличивается спрос на новую продукцию с лучшими эксплуатационными показателями (криваяя 2), следовательно, растут прибыли изготовителя и потребителя (кривая 3) по фазам (^ — t4) и ^4 — t5). Фаза —
t6) характеризует насыщение рынка сбыта и возникновение симптомов морального старения конструкции, вызванные бурным научно-техническим прогрессом. Изготовитель вынужден
изыскивать способы продления жизни изделия, производство которого хорошо отлажено. Так возникает потребность в модернизации конструкции (и — ^), которая на некоторое время вновь повышает заинтересованность потребителей в приобретении данной продукции. Но наука неуклонно движется вперед, появляются изделия, основанные на принципиально новом конструктивно-технологическом подходе, а выпуск старого изделия постепенно свертывают, и наступает фаза (^ — t8) его моральной гибели. На основе изучения информационных источников и обработки накопленного статистического материала существующими методами прогнозирования возможно определять временные интервалы развития конструкций и процессов разного назначения и устанавливать момент перехода к новым принципам создания изделий.
Поскольку наука развивается опережающими темпами по отношению к производству, то возможности производства, как правило, оказываются ограниченными и не позволяют использовать наиболее перспективные технические решения сразу после их появления (таблица 3) [1].
Время
Рис. 2. Фазы цикла жизни изделия: кривая 1 — затраты на разработку, испытания и серийное производство; кривая 2 — цена реализации продукции; кривая 3 — прибыли изготовителя и потребителя; фазы (0 — t\) — научный прогноз; (и — t2) — НИР и ОКР; (^ — tз) — внедрение в производство; (^ — t4) — рост;
(^ — t5) — зрелость; 5 — t6) — насыщение; (^ — ^) — частичная модернизация; (^ — ^) — прекращение использования
Таблица 3. Оценка продолжительности отдельных этапов жизненного цикла некоторых видов техники (в годах)
Наименова- ние объекта Выработка проектных и условных основных спецификаций Конструирование, изготовление испытание опытного образца Рабочие чертежи на массовое производство и наладку оборудования Время производства до выпуска первых промышленных образцов Общая продол- житель- ность
Танко- десантный корабль 0,5 0,7 0,9 0,8 2,9
Минный тральщик 0,8 0,8 0,8 0,8 3,2
Безоткатное орудие 0,3 1,7 1,0 1,3 4,3
Средний танк 0,13 2,3 0,5 1,1 4,2
Эсминец 0,8 2,1 1,3 1,0 5,2
Транспортный самолет 0,5 2,4 0,5 1,8 5,2
Бомбарди- ровщик 0,5 3,0 0,8 1,8 6,1
Реактивный истребитель 0,8 3,3 0,7 2,4 7,2
Автоматическая телефонная станция - - - - 6,0
Спутник связи - - - - 5,0
Реактивный двигатель - - - - 14,0
Радар - - - - 10-13
Магнитофон - 5 - 35 40
Гирокомпас 13 - - 40 53
В настоящее время определился жизненный цикл современных сложных технических систем (СТС)*: НИР, аван-проект, эскизный проект, рабочий проект, испытания, серийное изготовление, эксплуатация. При этом, как установил чл.-корр. АН СССР Д.М. Гвишиани, для новых изделий и их разработки в США в среднем менее 2% выдвигаемых идей воплощаются в новую, пользующуюся спросом на рынке продукцию [22]. Тенденция отказа от идей или проектов по мере продвижения по стадиям процесса создания новой конструкции представлена на рис. 3.
Поиску новых перспективных технологий особое значение придается в США. С этой целью Управление перспективных исследовательских программ национальной разведки США (IARPA) ищет новые способы выявления и приоритеты перспективных технологий по всему миру [8]. Разработана и осуществляется исследовательская программа FUSE (Foresight and Under Standing from Scientific Exposition -«Предвидение и понимание на научной основе») с участием ученых университетов, институтов, компаний, по которой предполагается получить надежную и автоматизированную систему отбора и оценки технической информации из открытых источников с тем, чтобы выбрать лучшие для глубокого изучения. Для российского обороннопромышленного комплекса необходим, как отмечено в статье [16], технологический рывок, который немыслим без научно обоснованного методического аппарата по выявлению новых передовых и зарождающихся технологий.
* Под системой понимается внутренне организованная на основе того или иного принципа целостность, в которой все элементы настолько тесно связаны друг с другом, что выступают по отношению к окружающим условиям и другим системам как нечто единое (Спиркин А.Г. Основы философии. — М.: Политиздат, 1988. — 592 с. — С. 179). Создаваемые и проектируемые в настоящее время системы характеризуются исключительной сложностью. Сложная система определяется большим числом элементов и выполняемых ими операций, высокой степенью связности элементов, сложностью алгоритмов выбора тех или иных управляющих воздействий и большими объемами перерабатываемой информации (Цвиркун А.Д. Структура сложных систем. — М.: Сов. радио, 1976. — 200 с. — С. 7).
Рис. 3. Жизнеспособность проектов новых изделий. (по результатам обследования 51 фирмы). Эволюция по стадиям: 1 - отбор идей; 2 - анализ конъюктуры; 3 - разработка проекта; 4 -испытания изделия; 5 - сбыт; 6 - одно удачное новое изделие
В связи с важностью выявления перспективных технологий, а также учитывая то, что интервал времени от идеи до внедрения для современных объектов техники сокращен (например, смена поколений компьютеров происходит за 1-3 года и менее), первостепенное значение приобретает фактор выявления новых прогрессивных технологий, которые обеспечат в будущем фир-ме-разработчику успех и опережающее развитие.
2. Характер развития современной техники
Анализ сложных СТС с зарождающимися технологиями приводит к тому, что в начале своего развития они имеют низкие характеристики, но по мере их совершенствования и использования происходит существенное улучшение технического уровня (ТУ) СТС.
На рис. 4. представлена динамика развития техники, основанной на старой технологии и новой [24, 25]. ^-образная кривая отражает зависимость между затратами, связанными с улучшением продукта или технологического процесса, и результатами, полученными от вложения средств. Успех возникает вначале медленно, затем набирает темп, ускоряется, но потом неизбежно
сходит на нет, технология приходит в упадок. Фирмам важно знать о технологическом пределе и вовремя перейти к новой технологии. «Технологический сдвиг» - это периоды перехода от одной технологии к качественно другой (или от одного продукта к качественно другому, удовлетворяющему ту же потребность). С наступлением современного этапа научно-технической революции фирмы высокоразвитых стран вступили, по словам П. Дракера, в «век разрыва непрерывности»: растет частота технологических разрывов. Возникают новые условия конкуренции. Последние десятилетия дают много примеров, когда технологические разрывы означали исчезновение не только отдельных видов продукции, но и целых отраслей и приводили к падению и даже банкротству одних корпораций и к взлету других. Широко известна ситуация в электронной промышленности западных стран: здесь в середине 50-х годов, в начале эры современной электроники, объем продаж электронных ламп составлял примерно 700 млн долл., продажи транзисторов были ничтожны - 7 млн. долл. Но за четверть века произошел переход к транзисторам и интегральным схемам [21]. В отрасли произошла почти полная смена лидеров. Технологические разрывы
- это сегодня одна из самых серьезных угроз, игнорировать которую не могут даже самые благополучные, процветающие фирмы западных стран.
Ярким примером неучета новых развивающихся технологий является деятельность фирмы «Кодак», которая была основана Джорджем Истманом в 1888 г. и являлась лидером пленочной технологии фотосъемки. Первый цифровой фотоаппарат также был создан этой фирмой. Eastman Kodak - ведущим брендом мировой фотоиндустрии. Однако впоследствии она утратила передовые позиции, вовремя не перешла на цифровую технику фотографирования и в настоящее время терпит банкротство, ее долг составляет 7 млрд. долл. [5].
Технологический разрыв
Внутренние ограничения техники В
А - "старая" техника ^
Затраты (время)
Рис. 4. S-образные кривые замещения одной технологии другой
В монографии [24] отмечено, что всегда бывает важным выбрать оптимальный момент начала работ (не слишком рано, не слишком поздно) по созданию продукции на основе новых технологий. Ведь лидер в какой-либо области всегда совершает большие ошибки и должен приложить больше усилий, чем те, кто следует за ним. За право быть первым в какой-либо области, иногда приходится платить слишком большую цену, особенно если работы были начаты слишком рано. Вот почему все нововведения следует патентовать, так как наличие патента дает право монопольного владения изобретением на определенный срок для компенсации финансовых затрат, а возможность использования этого нововведения другими фирмами может быть осуществлена путем приобретения лицензии у фирмы-патентообладателя. Опоздание с использованием новых технологий может привести к утрате уже завоеванных (достигнутых) позиций на мировом рынке. Но чтобы добиться успеха и освоить вовремя высококонкурентные технологии, необходимо научиться определять моменты перехода на новые технологии.
Можно привести пример из области новых высоких технологий, в том числе и информационных. Так, в 1990-е годы, когда
стала создаваться глобальная навигационная система позиционирования объектов GPS NAVSTAR, точность определения местоположения объектов была невелика (среднеквадратическое отклонение а составляло около 60 м). Поэтому возможно еще к этой системе не был проявлен интерес со стороны потенциальных потребителей, хотя она являлась всепогодной и круглосуточной. И только после ее ввода в 1995-1996 гг., когда была обеспечена точность, позволяющая определять координаты положения объекта в любой зоне Земли с точностью 8-13 м, спутниковая навигация стала широко использоваться в гражданской сфере и военных технологиях, в особенности для обеспечения навигации и высокоточного наведения оружия, например управляемых авиационных бомб, на цель (рис. 5) [15, 18]. Повышение точности наведения с а= 14 м до а= 3 м увеличивает вероятность попадания в 4,5 раза.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Среднеквадратичное отклонение б, м
Рис. 5. Вероятность попадания УАБ Рп = F(а) в цель при круговом рассеивании и нормальном законе распределения
Поэтому решение проблемы выбора оптимального времени уже начатых работ по новым технологиям занимает важное место в менеджменте организаций и предприятий.
Одним из элементов системы управления качеством продукции и повышения ее конкурентоспособности является так называемая базовая оценка, под которой подразумевается
«оценка процессов, продукции и всех признаков компонент на основе сопоставлений с лучшими мировыми достижениями, в том числе и в других отраслях» [13]. Чтобы сделать метод базовых оценок более доступным для производителей, были созданы базы данных о наивысших достижениях. Например, фирма «Эрнст энд Янг» и Американский фонд качества провели исследования международных достижений в области качества. Было обследовано более 500 компаний из 4-х стран в автомобильной промышленности, банковской сфере, производства компьютеров, а также в отраслях, обслуживающих здравоохранение.
При этом был получены следующие результаты:
- сравнению с лучшими мировыми достижениями придается первостепенное значение (США и Япония около 30%, Канада -25%);
- на предварительную оценку проектов техникоэкономического обоснования планирования фирмами выделяется в среднем в США не менее 25% и Японии - до 40% от общих затрат.
О характере развития СТС в области военных технологий можно судить на примере развития УАБ и беспилотных летательных аппаратов (БЛА) во второй половине XX в. Анализируя динамику развития зарубежных УАБ с лазерными и телевизионными системами самонаведения по КТУ за почти 30-летний период можно отметить, что со временем путем вложения значительных ассигнований постепенно совершенствуется технология создания УАБ и наблюдается плавный, почти линейный характер возрастания технического совершенствования УАБ с 1,0 до 1,35 (рис. 6) [18]. Это дает нам основание считать, что в соответствии с концепцией долгосрочного стратегического планирования развитие такого технического объекта, как УАБ, соответствует верхнему участку ^-образной кривой В «результаты-затраты» или «эффективность-время» (рис. 3) [18].
Кривая А соответствует развитию обычных авиабомб (АБ) (рис. 3). Их развитие шло эволюционным путем (как за счет совершенствования свойств АБ, так и прицельно-навигационного комплекса самолета-носителя) также с плавным увеличением значения ТУ. Появление УАБ в период 40-60-х годов, как показывают расчеты, отмечен скачкообразным возрастанием коэф-
фициента ТУ до 2-3 [17], что можно объяснить за счет перехода со старой технологии на новую (кривая В) (рис. 4).
Рис. 6. Зависимость коэффициента технического уровня КТУ УАБ калибра 500 кг в функции года окончания их разработки (КТУ базы сравнения принят за единицу)
Полученные выводы подтверждаются данными о эффективности действия боевой авиации в различные исторические периоды [23]. Во вторую мировую войну для поражения одной цели размером 60*199 м (типа промышленного здания) было сброшено порядка 9000 бомб и было сделано около 1500 вылетов самолета типа В-17 (статистика по результатам бомбардировок Германии союзной авиацией). Во Вьетнаме истребитель-бомбардировщик В-4 «Фантом» для поражения одной цели делал 30 боевых вылетов, сбрасывая 176 неуправляемых бомб калибра 500 фунтов. В операции «Буря в пустыне» использовались уже управляемые авиабомбы с лазерными и телевизионными системами наведения. Самолет Р-117 нес две 2000фунтовые бомбы с лазерной ГСН и в одном вылете уничтожал две цели. В последней иракской войне за одни вылет бомбардировщик В-2 нес 16 шт. 2000-фунтовых авиабомб и поражал од-
новременно 16 целей. Эта наглядная демонстрация влияния технического прогресса на развитие оружия.
Дальнейшее эволюционное развитие УАБ безусловно можно связать с улучшением ТТХ УАБ (повышение точности наведения, увеличение дальности применения, расширение условий боевого применения по режимам сброса, временным и погодным условиям и т.д.), однако значительный прирост КТУ следует ожидать от использования революционизирующих технологий, например, интернет-технологий, т.е. необходимо устранить «технологический разрыв»1. Это использование высокоточных всепогодных систем управления и наведения (GPS/INS-технология), тепловизионной системы наведения DAMASK и т.п., способных надежно функционировать в любых географических и климатических условиях по широкому спектру целей (поверхностных/подповерхностных, в том числе подвижных) с осуществлением принципа «сбросил - забыл» и автоматической селекцией заданного класса целей, а также эффективных специализированных или универсальных боевых частей, аэродинамических схем, обеспечивающих маневренность и максимальную дальность полета УАБ, новых конструктивных технологий, снижающих радиолокационную заметность и т.п. Рост эффективности боевого применения УАБ в составе ударного авиационного комплекса по мере их совершенствования представлен на рис. 7 [19].
Как следует из рис. 6, вероятность поражения возросла с момента появления микроэлектроники в период с 1950 г. по 1967 г. в 3,5 раза и в период с 1990 г. по 1995 г. на 2-5%.
В диссертации [10] по комплексному коэффициенту качества КК были определены характер и тенденции развития крылатых ракет или БЛА (рис. 8).
Приведенные примеры позволяют сделать вывод о том, что используя данные ретроспективного анализа о ТУ объекта ис-
1 «Технологический разрыв» - это период перехода от одной технологии к качественно другой (или от одного продукта к качественно другому, удовлетворяющему ту же потребность). Современный этап научно-технической революции характеризуется ростом частоты технологических разрывов.
следования, а также его прогнозные значения, можно выявлять перспективные технологии развития создаваемой техники.
1в» 1935 1940 1945 1950 1955 1980 1985 1970 1975 1990 19В5 1990 1995 2000 2005 2010
Пды
Рис. 7. Динамика потенциально достижимой вероятности поражения целей УАБ (Рпор)
Рис. 8. Изменение по времени комплексного коэффициента качества БЛА
3. Существующие методы определения момента перехода на новые технологии
В монографии [18] был предложен метод оценки ТУ УАБ на основе весовых коэффициентов, который может быть также использован для определения тенденций развития различных СТС.
Для оценки методом сравнения всех показателей предложен критерий ТУ (КТУ), который характеризует разрабатываемый образец по отношению к существующим аналогам (отечественным или зарубежным):
£*р(0
(1) *ТУ = —п-------
Ёр(о
7=1
где КТУ - критерий технического уровня; р(7) - функция, нормирующая вес 7-го относительного показателя, входящего в ранжированную последовательность; п - общее число показателей; Кп7 - относительное значение 7-го показателя, значимость которого определяется местом, занимаемым в ранжированной последовательности.
Эти показатели применяются в двух модификациях: если повышению ТУ соответствует увеличение рассматриваемого 7-го показателя; например, увеличение дальности сброса КАБ (УАБ) ^тах), то относительное значение 7-го показателя определяется по формуле К0
(2) К»Г-^,
37
где Ко. - величина 7-го показателя разрабатываемого (сравниваемого) образца; К3. - величина 7-го показателя аналога, принятого для сравнения;
если повышению ТУ соответствует уменьшение рассматриваемого показателя; например, при уменьшении КВО (£кво), то относительное значение 7-го показателя определяется по формуле
К3
(3) Кп7 = -37-.
К07
На основе данного метода был проведен ретроспективный анализ развития зарубежных УАБ и разработана аттестационная шкала (таблица 4) для оценки перспективности УАБ [18].
Таблица 4. Аттестационная шкала перспективности УАБ
Пределы изменения КТУ Прогнозная оценка изделия в целом
1,05-1,065 Не перспективная УАБ
1,07-1,13 Малоперспективная УАБ
1,135-1,265 Перспективная УАБ
1,27 и выше Весьма перспективная УАБ
Пределы изменения КТУ Прогнозная оценка изделия в целом
1,05-1,065 Не перспективная УАБ
1,07-1,13 Малоперспективная УАБ
1,135-1,265 Перспективная УАБ
1,27 и выше Весьма перспективная УАБ
Оценка технического уровня альтернативных образцов УАБ с использованием метода весовых коэффициентов осуществлялась при следующих оценочных показателях [18]:
- ЕКВО, м - круговое вероятное отклонение;
- тБЧ, кг - масса БЧ;
- тВВ, кг - масса ВВ БЧ;
- Dпр. тах, км - максимальная дальность сброса УАБ;
- t = (1 - ¿упр. и навЛб) - коэффициент автономности полета УАБ после ее сброса с учетом степени участия летчика-оператора (¿упр. и нав. - суммарное время управления и наведения УАБ на цель; ¿б - общее время полета УАБ после сброса);
- Т = Тприм./24 - коэффициент круглосуточности применения УАБ (Тприм. - возможное время применения УАБ в течение суток, ч).;
- В = Вприм./100 - коэффициент всепогодности применения
УАБ (Вприм. - суммарное время возможности применения (выполнения задачи наведения) по условиям продолжительности при метеоусловиях (дождь, снег, туман, дымка) в % к дням года).;
- Об = 0бприм./100 - коэффициент применения УАБ по условиям отсутствия облачности (0бприм. - суммарное время возможности применения УАБ по условиям выполнения задачи наведения при облачности в % к дням года).
Для СТС с зарождающимися технологиями в начальный период развития характерен низкий ТУ КТу_ь Однако исследователь может ожидать в будущем развитие СТС, основанной на новой технологии. Тогда при проведении оценок по определению ТУ следует использовать для описания СТС с новыми технологиями прогнозные значения ее основных характеристик и произвести сравнение ¿2. (рис. 3). В этом случае при рассмотрении СТС на основании данных по новой технологии среди остальных альтернативных решений возможно получение положительных решений. При таком подходе исключается отсеивание новых технологий ввиду их неготовности на начальных стадиях разработки, как это было бы в случае сравнения СТС с имеющимися характеристиками в момент времени (¿1).
Известна также работа [11], в которой представлена модель оптимизации выпуска продукции на рынок, причем момент перехода определяется путем сравнения достигнутого уровня продукции с мировым. На рис. 9 представлена динамика мирового уровня качества и уровня качества продукции конкретного предприятия. Мировой уровень качества (наивысшие достижения основных характеристик продукции, обеспечиваемый передовыми фирмами) непрерывно растет, в то время как уровень качества продукции конкретного предприятия меняется скачкообразно. Он заметно увеличивается при выпуске на рынок новой марки продукции, а затем остается постоянным вплоть до выпуска следующей марки. В течение жизненного цикла очередной марки продукции ее уровень качества сначала заметно выше мирового, затем преимущество уменьшается, наконец, уровень качества оказывается ниже мирового, и через некоторое время марка снимается с производства.
а Уровень качества
Рис. 9. Сравнение динамики мирового уровня качества и уровня качества продукции конкретного предприятия
4. Основные принципы и метод оценки
технического уровня сложных технических систем с зарождающимися технологиями
Предполагаем, что процесс развития исследуемых СТС является эволюционным. Так как в предлагаемом методе оценки ТУ СТС с применением теории прогнозирования используется 5-образный вид развития технологий, то рассмотрим эту зависимость более подробно.
Линейный и экспоненциальный рост функции, наблюдаемый на определенных этапах развития технологии, можно рассматривать как аппроксимированные отрезки логистической кривой [2, 14]. На рис. 10 экспоненциальный характер имеет часть логистической кривой в интервале (¿1 - ¿2), характеризующем период зарождения и экспериментального опробования технологии, которая повышает производительность процесса изготовления продукции. Этот период, когда СТС имеет малый удельный вес среди других аналогичных СТС, называется латентным периодом. Линейный характер зависимости появляется на этапе (¿2 - ¿3) наращивания выпуска продукции, изготовляемой по новой технологии, который можно характеризовать как бурное развитие нового поколения СТС. Период насыщения соответствует интервалу (¿3 - ¿4), когда становится необходимым переход на принципиальную новую технологию. Время жизни поколения СТС составляет интервал времени (¿4 - ¿1).
Рис. 10. Логистическая кривая роста производительности технологического процесса (П): - старая технология;
— новая технология, зарождающаяся при существующей
Новую технологию разрабатывают не только после окончательного устаревания и отмирания прежних технологических методов. Иногда новая технология рождается еще при существовании экономически жизнеспособной старой технологии (точка ^'). Определение момента замены технологических процессов, а, следовательно, оборудования, оснастки и т.д., является сложной задачей, решение которой возможно на базе всестороннего анализа современного состояния и прогнозирования перспектив технологии и производства, исходя из характера развития рассматриваемого процесса.
Функция, соответствующая логистической кривой (применительно к динамике производительности технологического процесса), имеет вид [26]
(4) П(*) = Птах----
1 + А • ехр(-и • t)
где Птах - предельное значение производительности рассматриваемой технологии; и определяет темп роста производительности технологии, а поскольку
(5) = 1 + А ,
П(0)
то Ах 100% показывает - насколько процентов вырастет производительность рассматриваемой технологии по отношению к её начальному значению.
Анализ логистической зависимости (4) показывает, что при А > 1 наибольшее значение темпа роста производительности
* 1п(А)
достигается для момента времени і =-----------, откуда имеем со-
и
отношение
1п( А)
(6) и =
*
І
Таким образом, для прогнозирования динамики развития новой технологии достаточно спрогнозировать числовые значения двух характеристик:
максимальный уровень производительности новой технологии;
время достижения максимального темпа роста новой технологии.
Используя затем соотношения (5)-(6), получаем прогнозные значения параметров А, и прогнозной модели, а из равенства (4) и прогноз самой динамики развития производительности новой технологии.
Для определения погрешности в прогнозных значениях П(і), зная порядок погрешностей прогнозных значений вышеуказанных двух характеристик, подсчитываем дисперсии прогнозных значений параметров А, и и дисперсии значений производительности для любой даты в будущем, используя формулы
а 2(и) = 4Щ- + Г• ”• 2«'У а2(А) = "!(П”“)
(7)
А2 • І*2 К І*2 ) П2(0)
а 2(П(І)) = а 2(П ,
І
где значения дисперсий о ^ ), о (Птах) определяются на основе экспертных оценок.
В частности, используя формулы (7), можно вычислять доверительные интервалы для параметров и, А и значений П(г) для любого заданного уровня доверия [6].
В случае, когда отсутствует возможность получить экспертную оценку максимальной производительности новой технологии [12], можно оценить два параметра логистической кривой по уже реализованной части роста производительности новой технологии, используя метод наименьших квадратов [6].
Следует отметить, что логистическая кривая широко используется для описания и прогнозирования различных процессов в природе[26].
Пример 1. Пусть определены следующие значения:
П
(8) * N(2,3; °,1), t * N(5; 0,2).
Имеем:
(9) а2 (и) = 0,0024, а2 Г 1= 0,02 • г.
П(0) )
Пример 2. Рассмотрим пример развития новой технологии, связанной с ЛА. В 1990 г. точность наведения ЛА на объекты составляла Т = 60 м (1990 год возьмем за начало отсчета). Известно, что в 1995 г. точность составляла Т = 11 ± 2 м, а в 2003 г. уже Т = 4 ± 1 м. Определим производительность новой технологии согласно равенству П = 100 - Т. Тогда П(0) = 100 - 60 = 40, П(5) = 89 ± 2, П(13) = 96 ± 1. Таким образом, в 2003 году с помощью новой технологии по существу было достигнуто максимальное значение её производительности. Следовательно, для рассматриваемого примера имеем следующие значения:
П тах = 96 = 2 4- А = П тах -1 = 14 П(0) 40 ’ ’ П(0) ’ '
Значение и находим из равенства
П(5) 2,4
= 2,225 = -
П(0) 1 +1,4 • ехр(-5 • и)
откуда получаем и = 0,576.
Следовательно, функция, соответствующая динамике производительности технологического процесса, имеет вид
(10) - 2,4
П(0) 1 + 1,4 • exp(-0,576 • 0
На рис. 11 представлен график функции (10), на оси абсцисс отложены годы (нулю соответствует 1990 г.), на оси ординат отложено отношение П(?) .
П(0)
Годы
Рис. 11. Динамика производительности технологического
процесса ЛА
С учетом вышесказанного, общая схема метода оценки ТУ СТС, известная по статье [20], при оценке СТС с зарождающимися технологиями будет изменена таким образом, как представлено на рис. 12. Модифицированный метод оценки ТУ СТС, в числе которых имеются СТС, основанные на зарождающихся технологиях, содержит этап 6, на котором производится определение прогнозных значений основных характеристик СТС с зарождающимися технологиями.
Данный метод реализован в информационно-аналитической системе «Оценка и выбор» [17]. Следует заметить, что при оценке ТУ СТС принимается во внимание совокупность оценочных показателей, при этом может получиться, что даже прогрессивный характер одного из анализируемых параметров новой технологии может не дать значительного прироста ТУ.
Рис. 12. Этапы решения задачи сравнительного анализа СТС с помощью ИАС «Оценка и выбор»
5. Выводы
1. Анализ создания новых технологий показал, что развитие современных СТС соответствует логистической кривой рос-
та эффективности, при этом только около 2% выдвигаемых идей воплощается в новую продукцию, а период времени от зарождения до внедрения в среднем составляет около 15 лет в XX в., с тенденцией сокращения в XXI в.
2. Предложенный метод определения момента перехода при создании СТС со старой технологии на новую базируется на прогнозной экспертной оценке развития показателей СТС.
3. Разработанный алгоритм оценки смены технологий при создании СТС обоснован и апробирован. Внедрение данного метода будет способствовать созданию высокотехнологичной продукции.
Литература
1. БИЛИНКИС В.Д. Методы оценки технического уровня и конкурентоспособности продукции. - Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2000. - 118 с.
2. ГАЙКОВИЧ А.И. Основы теории проектирования сложных технических систем. - СПб.: НИЦ «МОРИНТЕХ», 2001. - 432 с.
3. ГЛАЗЬЕВ С.Ю. Технологические сдвиги в экономике России // Экономика и математические методы. - 1992. -Том 33, вып. 2. - С. 5-25.
4. ГРИНЯЕВ С. Цифровое неравенство наций // Независимое военное обозрение. - 2004. - №3(363). - С. 4.
5. КОРОЛЕВА А. Конец эпохи Kodak. Компания Eastman Kodak объявила о банкротстве // Expert Online. - 20 января 2012 года. (expert.ru/2012/01/20/konets-epohi-kodak/-80k)
6. КРЯНЕВ А.В., ЛУКИН Г.В. Метрический анализ и обработка данных. - М.: Физматлит, 2010. - 280 с.
7. Нанотехнологии как ключевой фактор нового технологического уклада в экономике / Под ред. акад. РАН С.Ю. Глазьева и проф. В.В. Харитонова. - М.: Изд-во «Тро-ват», 2009. - 304 с.
8. Национальная разведка США ищет перспективные технологии // Зарубежное военное обозрение. - 2010. - №10. - С. 89.
9. НЕЩАДИН А.А., КАШИН В.К., ЛИПСИЦ И.В., ВИГДОР-ЧИК Е.А. Экономическое развитие страны и конверсия // Конверсия в машиностроении. - 2000. - №1. - С. 6-20.
10. НОВИЧКОВ Н.Н. Развитие крылатых ракет самолетных схем. Дис. канд. техн. наук. - М., 1982. - 341 с.
11. ОРЛОВ А.В. Менеджмент: Организационно-экономическое моделирование. - Ростов н/Д.: Феникс, 2009. - 475 с.
12. ОРЛОВ А.В. Организационно-экономическое моделирование. Ч.2. Экспертные оценки. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. - 486 с.
13. ПОРТ О., КЭРИ Д.. Стремление к совершенству. Специальный репортаж // Бизнес Уик. - 1992. - №11. - С. 20-27.
14. ПРОСКУРЯКОВ А.В. Организация создания и освоения новой техники. - М.: Машиностроение, 1975. - 224 с.
15. Проблемы функционирования глобальной спутниковой навигационной системы GPS после 2000 г.: Экспресс-
информация // ГосНИИАС. - 1998. - №27-28. - С. 8-9..
16. РОГОЗИН Д. России нужна «умная оборонка» // Газета «Красная звезда». - 2012. - 7 февраля.
17. СЕМЕНОВ С.С., ХАРЧЕВ В.Н. Проблемы создания корректируемых и управляемых авиационных бомб. - М.: Инженер, 2003. - 528 с.
18. СЕМЕНОВ С.С., ХАРЧЕВ В.Н., ИОФФИН А.И.. Оценка технического уровня образцов вооружения и военной техники. - М.: Радио и связь, 2004. - 552 с.
19. СЕМЕНОВ С.С., ХАРЧЕВ В.Н. Корректируемые авиабомбы российских ВВС. - М.: Изд. группа «Бедретдинов и Ко»,
2005. - 88 с.
20. СЕМЕНОВ С.С., ЩЕРБИНИН В.В Метод оценки техниче-
ского уровня систем наведения управляемых авиационных бомб // Вопросы оборонной техники. Сер. 9. Специальные системы управления, следящие приводы и их элементы. -М.: ФГУП «НТЦ «Информтехника». - 2010. -
Вып. 1(242)-2(243). - С. 29-32.
21. СМИРНОВ А.Д., МАКСИМОВ В.Ф., АКУЛЕНОК Д.Н. и др. Рыночная экономика. Т. 2. Часть 1.- М.: Соминтэк, 1992. - 160 с.
22. УВАРОВА Л.И. Научный прогресс и разработки технических средств. - М.: Наука, 1973. - 272 с.
23. ФЕДОСОВ Е.А. Высокоточное оружие и технологии сетевого целеуказания и управления - основы глобального удара
боевой авиации в XXI веке // Труды юбилейной научнотехнической конференции «Авиационные системы в XXI веке». Том 1. - М.: ГНЦ РФ «ФГУП «ГосНИИАС», РАРАН,
2006. - С. 9-29.
24. ЭЙРЕС Р. Научно-техническое прогнозирование и долгосрочное планирование / Под ред. Г.М. Доброва. - М.: Мир, 1971. - 296 с.
25. ЯНЧ Э. Прогнозирование научно-технического прогресса. -М.: Прогресс, 1974.- 591 с.
26. KINGSLAND S.E. Modeling nature. - Chicago: University of Chicago, 1985.
DEVELOPMENT OF MODERN TECHNOLOGY AND METHOD TO ESTIMATE TECHNOLOGICAL LEVEL OF COMPLEX TECHNICAL SYSTEMS BASED ON ARISING TECHNOLOGIES
Kryanev Alexander, National research nuclear university “MEPhl”, Moscow, Dr. of sciences, professor of chair “Applied mathematics” (avkryanev@mephi. ru).
Semenov Serguey, Open Society “State research-and-production enterprise “Region”, Moscow, PhD, the head of analysis and perspective researches group (gnppregion@sovintel. ru).
We consider the problem of technological level estimation of complex technical systems, which are based on new arising technologies. We characterize the processes of contemporary technology development, survey known methods of choosing the moment of new technology adoption, and explain motivation for new methods elaboration. We suggest the principle of forecasting basic characteristics of a new technology and introduce the novel method for technological level estimation of complex technical systems with arising technologies.
Keywords: technological level, technological level factor, complex technical system, life cycle, arising new technology, forecasteeed values, rate of new technology growth, the moment of transition to new technology.
Статья представлена к публикации членом редакционной коллегии Р. М. Нижегородцевым
