CC BY
65
ТЕХНОЛОГИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
УДК 621.384:658.512
Г. Х. Ирзаев
Дагестанский государственный технический университет
Махачкала
СИСТЕМА ЭКСПЕРТНОГО АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
Предлагается методика автоматизированного качественного анализа технологичности электронных приборов на базе статистического оценивания разногласий во мнениях экспертов. Разработана информационная система с удобным интерфейсом и многомодульной структурой, позволяющая разработчикам принимать технологичные конструкторские решения за минимальное время с помощью возможностей анализа проекта.
Введение. Задачи, возникающие на первых этапах проектирования электронных приборов, в том числе и по повышению технологичности их конструкций, связаны с решением слабоструктурированных и трудноформализуемых задач, характеризующихся наличием неполной и нечеткой информации как о создаваемой технической системе, так и о методах ее синтеза. В существующих системах САБ/САЕ/САМ отсутствует возможность оценивания различных вариантов конструкций по критерию технологичности, практически отсутствуют процедуры инженерного поиска наименее затратных конструкторско-технологических решений и эффективной отработки конструкций на технологичность. В системах проектирования и анализа не используются коллективные экспертные знания и опыт для оптимизации затрат всех видов ресурсов при создании электронных приборов (ЭП) с высоким уровнем технологичности конструкций (ТК).
В настоящей статье предлагается система анализа технологичности ЭП, в основу которой положен метод измеряемых экспертных оценок технологичности. Автоматизированная система рекомендуется к использованию на ранних стадиях проектных работ и легко встраивается в системы САБ/САЕ/САМ.
Методика автоматизированного анализа технологичности электронных приборов. В основу методики положен принцип учета и последующей минимизации разногласий групп экспертов — конструкторов-разработчиков и технологов-изготовителей (далее — разработчики и изготовители) по проектируемому ЭП — объекту экспертизы. В качестве управляющей информации рассматривается уровень разногласий специалистов по параметрам комплексной оценки ТК, представленным в виде качественных факторов и ориентированным на типовые конструкции изготовителя изделий и его производственно-технологическую базу. Предварительно с привлечением экспертов формируется перечень факторов технологичности по уровню информативности с учетом особенностей оцениваемого ЭП [1].
Схема проведения экспертного анализа ТК приведена на рисунке, она включает последовательность шагов по подготовке, реализации экспертизы, а также расчету и обсуждению результатов. В ходе подготовки экспертизы подбирается рабочая группа, которая затем формирует экспертные группы из числа специалистов — разработчика и изготовителя, — имеющих непосредственное отношение к разрабатываемому ЭП. Затем проводится отбор специалистов с использованием модели комплексной оценки компетентности эксперта [2]. Каждому эксперту из двух групп сообщается цель экспертизы, предоставляется перечень качественных факторов технологичности, а также электронная документация на изделие из ранее сформированных архивных баз данных [3].
Г"
ев М в в н
в -
в с:
г~1-
в о н а
о В и ■А т и о а
ев в
о
Я о о о ■л
и о
г
н и
н ев н и
н о
г
и ев РМ
1
Формирование списка качественных факторов ТК ЭП Формирование экспертных групп из разработчиков и изготовителей
Разработ чики Изготовители
в О
н ев н л
Ч ^
о
а
Конструкторская документация на ЭП
Определение обобщенного ранжирования по группе экспертов-разработчиков
Определение обобщенного ранжирования по группе экспертов-изготовителей
Определение технологичности ЭП как коэффициента ранговой корреляции К
Уровень пофакторных разногласий экспертов
Технологичность ЭП высокая, отработка конструкции не требуется
Технологичность ЭП низкая, требуется отработка конструкции
Выявление факторов
ТК, по которым требуется отработка
На втором этапе начинается непосредственное получение от экспертов двух групп информации, используемой для прогнозирования ТК изделия. Эксперту предлагается упорядочить
качественные факторы по степени их отрицательного влияния на ТК разрабатываемого ЭП. Упорядочение проводится методом парных сравнений. По результатам построчного суммирования проводится ранжирование факторов ТК данного эксперта.
После парных сравнений эксперту предлагается провести непосредственное ранжирование факторов из того же списка для оценки воспроизводимости экспертной информации и дальнейшего отбора из числа экспертов, наиболее подходящих по уровню профессиональной компетентности. При этом различия в оценках одного и того же эксперта определяются в виде показателя степени коррелированности двух независимых ранжирований и позволяют судить о его компетентности.
На третьем этапе рабочей группой решаются вопросы обобщения индивидуальных оценок экспертов, определения согласованности внутри профессиональных групп и между ними, рассчитывается значение коэффициента ТК.
Результаты ранжирования качественных факторов технологичности компетентных экспертов двух групп являются исходной информацией, подлежащей дальнейшей статистической обработке для вычисления уровня ТК. Экспертиза будет считаться корректной и завершится в один цикл, если наблюдается согласованность точек зрения экспертов, входящих в одну группу. Разногласия между экспертами, принадлежащими к разным профессиональным группам, допускаются. Более того, эти разногласия по оценке отдельных факторов с точки зрения ухудшения ТК будут использоваться далее для определения уровня технологичности на ранних этапах проектирования.
Для оценки согласованности мнений экспертов внутри каждой из групп используется дисперсионный коэффициент конкордации Ж [4], который является оценкой истинного значения и, следовательно, представляет собой случайную величину. При числе факторов т > 7 оценка значимости коэффициента конкордации может быть произведена по критерию Пир-
2 2 сона X. По вычисленному значению X определяется достоверность оценки коэффициента
2
конкордации X ), которая представляет собой вероятность неслучайности вычисленной
оценки Ж. Для определенного уровня значимости а проверяется условие 0(X ) > 1 -а . Если условие выполняется, то гипотеза о согласии экспертов внутри профессиональной группы принимается, в противном случае — отвергается, и тогда необходимо провести второй цикл экспертизы, предварительно ознакомив каждого эксперта с результатами предыдущего. Получив такую информацию, эксперты, как правило, корректируют свои оценки с учетом мнения группы, что способствует уменьшению разброса оценок.
После этого строятся обобщенные (согласованные) ранжирования по обеим группам экспертов по методу построения хемминговой метрики [5], когда информация о ранжировании представляется в виде матрицы отношений
P =
где pij — элемент матрицы отношения произвольного ранжирования, piJ■ = 1, если 1-й объект (в нашем случае фактор ТК) не хуже у-го объекта (» и ргу = 0, если Расстояние от произволь-
ного ранжирования Р, которому соответствует матрица
Ру
указанных экспертами, которым соответствуют матрицы отношений ляется как число поэлементных несовпадений матриц по формуле
до всех ранжирований Рь ..., Рс,
опреде-
р(1}
(с)
Рц
* (Р, Рт ) = Ц
v=1 У<]
рЦ ) - Р,
где р(^ — элемент матрицы отношения у-го ранжирования (экспертов в группе), у = 1, 2,..., с.
Результирующее ранжирование должно быть расположено как можно ближе к ранжированиям Р1, ..., Рс. Такое ранжирование называется медианой Кемени и определяется по формуле [6]
с
М *(рь...,рс ) = а^тт £ й (p, ру ).
У=1
На заключительном этапе определяется коэффициент технологичности проектируемого ЭП на основе двух имеющихся ранжирований, обобщенных по группам разработчиков и изготовителей как коэффициент ранговой корреляции Кендэла [4]
2^о
Кт —
m(m -1)
^ =££^11 (гкон -^кон)(г,тех -^тех)
q=1 г=1
где — 1-й элемент вектора-столбца ранжирования, обобщенного по группе конструкто-
Т
ров-разработчиков изделия ^кон = Г1кон,...,; г1тех — 1-й элемент вектора-столбца
rтех rтех 1 > • • •' m
ранжирования, обобщенного по группе технологов-изготовителей Rтех —
Значимость коэффициента ранговой корреляции определяется для заданного уровня доверительной вероятности P0. В контексте сформулированного выше принципа минимизации
разногласий экспертов конструкция является достаточно технологичной, если наблюдается положительная корреляция обобщенных ранжирований при заданном уровне доверительной вероятности. При этом коэффициент Кт характеризует степень отработанности конструкции ЭП на технологичность. Если Кт < 0, то необходимо пересматривать принятые ранее схемотехнические, конструктивные или технологические решения с целью повышения ТК объекта. Решение этой задачи упрощается в связи с тем, что метод позволяет получать промежуточные результаты, отражающие распределение межгрупповых разногласий по отдельным факторам технологичности. Отработка ТК должна быть в первую очередь направлена на проведение работ, устраняющих максимальные разногласия по тем „узким" местам в конструкции и технологии ЭП, которые снижают технологичность и могут с большей степенью вероятности проявить себя в дальнейшем при освоении и серийном выпуске.
Построение информационной системы. Графический интерфейс системы разработан с помощью объектно-ориентированного программирования на Delphi 5, в нем учтены опыт программистов и основные требования, предъявляемые к подобным системам.
Пользователь имеет возможность, полагаясь на собственную интуицию, проводить навигацию в системе и визуальное общение с ней. Запуск системы осуществляется в операционной среде Windows. Интерфейс реализован в виде главного меню, содержащего набор кнопок, каждая из которых имеет „выпадающий" список опций. Справочная система содержит отдельные обучающие инструкции для руководителя проекта и экспертов, словарь терминов.
Модуль ввода и формирования исходных данных системы экспертного анализа предназначен для установки следующих начальных данных по оцениваемому объекту: наименования, уровня значимости внутригруппового согласия экспертов, уровня доверительной вероятности Р0 для набора качественных факторов, ориентированных на данную конструкцию.
Доступ к модулю записи, корректировки и удаления информации имеет только руководитель проекта. Модуль снабжен средствами, обеспечивающими создание и ведение информационной базы исходных данных, многократно используемых в процессе обработки экспертных данных другими модулями системы.
В модуле опроса осуществляется диалоговая процедура опроса учетных данных эксперта (фамилия, инициалы, принадлежность к группе „изготовителей" или „разработчиков" изделия), а также последовательный опрос эксперта сначала в режиме парного сравнения качественных факторов ТК, а затем их непосредственного ранжирования по степени снижения технологичности. В конце процедуры данные сохраняются в отдельных рабочих файлах базы данных.
В модуле вычислений и статистического анализа осуществляется предварительная обработка данных, которая заключается в вычислении оценок компетентности экспертов, значимости этих оценок и сравнении их с заданным граничным уровнем. Данные экспертов со значимыми оценками записываются модулем в стандартном формате в два раздела библиотеки-архива — отдельно по разработчикам и изготовителям. Определяются данные обобщенных ранжирований по группам экспертов в виде медианы Кемени, проверяется значимость согласия экспертов.
Модуль расчета технологичности предназначен для определения ранговой корреляции Кендэла, характеризующей степень отработанности ЭП на технологичность. В модуле также осуществляется расчет уровня пофакторных разногласий между экспертами двух групп с выделением факторов с максимальным уровнем.
Модуль формирования выходных данных позволяет выводить на монитор или распечатывать на принтере таблицы по группам разработчиков и изготовителей, содержащие фамилии экспертов, оценки их компетентности и значения уровней достоверности этих оценок, значения коэффициентов конкордации и достоверностей их оценок, обобщенные по каждой группе специалистов, ранжирования факторов технологичности и достоверность их оценки, массив межгрупповых разногласий экспертов по отдельным факторам ТК, графики обобщенных ранжирований и пофакторных разногласий экспертов, значения корреляционного коэффициента технологичности с рекомендациями по направлениям отработки конструкции. Файлы с выходными данными хранятся в архиве системы.
Модуль сопряжения позволяет обеспечить выход экспертов и руководителя проекта в информационное пространство предприятия с целью просмотра и анализа электронных макетов, электронных и физических моделей, оцениваемых на ТК объектов, учета типовых решений по аналогам.
В базе данных реализована сегментация, позволяющая создавать разделы связанных друг с другом записей на основе критерия подобия. Структура базы данных системы удовлетворяет общим требованиям контроля за избыточностью, непротиворечивостью, целостностью данных, повышения скорости доступа к данным и их готовности к использованию, а также имеет развитые средства резервного копирования и восстановления данных.
Рассматриваемая система может успешно использоваться при выборе оптимальных вариантов конструкций ЭП за минимальное время с помощью возможностей анализа проекта, прогнозировании конструктивно-технологических изменений в изделии, разработке организационно-технических мероприятий по повышению уровня технологичности конструкций. Использование информационной системы на ранних стадиях разработки ЭП дает наибольший эффект, так как изменение уровня ТК на этих этапах не требует таких значительных затрат, как на этапах его технологической подготовки и серийного выпуска.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ирзаев Г. X Алгоритм формирования множества факторов в задаче прогнозирования технологичности изделий // Материалы и технологии XXI века: Сб. матер. Всеросс. НТК. Ч. 2. Пенза, 2001. С. 123—125.
2. Ирзаев Г. Х. Модель оценки качества эксперта при прогнозировании технологичности электронных средств // Основные научные направления ДагГТУ. Махачкала: РИО ДГТУ, 2002. С. 208—211.
3. Ирзаев Г. Х. Разработка методов организации экспертизы по прогнозированию технологичности радиоэлектронных средств // Вестн. ДГТУ. Технические науки. 2005. № 7. С. 58—61.
4. КендэлМ. Ранговые корреляции. М.: Статистика, 1975.
5. Евланов Л. Г. Теория и практика принятия решений. М.: Экономика, 1984.
6. КемениД., СнеллД. Кибернетическое моделирование. М.: Сов. радио, 1972.
Рекомендована университетом Поступила в редакцию
17.04.07 г.
