Жизненные циклы систем, состав и структура

Автор Г.С. Поспелов (Управление НИ. Ж. Слово лектора», 1976)	С.А. Саркисян (БТС. Анализ и прогноз развития. М.: Наука, 1977)	М. М. Четвертаков (Организация СУ созданием и развитием технической продукции. Л. ЦНИИ «РУМБ», 1981)	Е. Г. Яковенко (Экономические циклы жизни машин. М.: Машино-сроение, 1981)	Законода-тельство по Изобрета-тельству (1979 г.)	ГОСТ 15001-88. Разработка и постановка продукции на производство	Системы качества (Сб. НМД: Стандарты сер. ИСО 9000. 1989)	В.Н. Спиц-надель (Полный Жизнен-ный цикл ТС. М.- Л. АН СССР, 1979)
Замысел новой системы. Целевые НИР Конкурсные аван-проекты. ОКР Капитальное строи-тельство Серийное произ-водство Прекра-щение произ-водства и снятие с эксплуа-тации	Создание аналога и формирование ТЗ Создание технической концепции и ее реализация (КП, изг. ОО, испытания) Развертывание серийного производства и подготовка кадров. Снятие с серийного производства и эксплуатации	Формули-ровка концепции Проектиро-вание Освоение ЭксплуатацияМодерни-зация. Ликвидация	Исследования. Проектно-конструкторские работы Опытно-эксперимен-тальные работы Подготовка производства Освоение и серийное производство Освоение и эксплуатация	От начала разработки до момента снятия с производства (смены технологии)	От формирования исходных требований к продукции до окончания ее эксплуатации	Маркетинг Проекти-рование МТС Подготовка и разра-ботка ПП Произ-водство Контроль и испытания Упаковка и хранение Реализация и распре-деление Монтаж и эксплуа-тация Техни-ческая помощь в обслужи-вании Утилизация	Исследо-вание. Проекти-рование Техноло-гический этап Произ-водство Эксплу-атация. Ликви-дация

Необходимость введения понятия ПЖЦ обуславлива­ется двумя основными обстоятельствами.

Во-первых, на современном этапе НТР превращение науки в современную производительную силу происхо­дит не только по ее отдельным достижениям, направлениям, но и в целом и результируется переводом всего обще­ственного производства на более высокий научно-техни­ческий уровень развития. Практика показывает, что такие высокие темпы НТП обеспечиваются тогда, когда этапы научного исследования, конструирования, производства и эксплуатации образуют единый, непрерывный процесс. И наоборот — их разобщенность и неполнота порождают сбои в процессе создания ТС и оптимальной последова­тельности движения от одного этапа к другому. Отсюда неудовлетворительное положение дел с внедрением раз­работок в производство и низкая эффективность многих эксплуатируемых ТС. Знание же и организация созида­тельной деятельности на основе ПЖЦ будет способствовать исправлению существующего положения.

Во-вторых, необходимы такие взаимосвязи реализа­ции этапов ПЖЦ, которые обеспечили бы максимальную социально-экономическую эффективность при фиксированных затратах или заданную эффективность — при ми­нимальных затратах. Однако до сих пор в теории и прак­тике в лучшем случае оптимизируются лишь отдельные этапы, к тому же неполного жизненного цикла. Между тем известно, что поэтапная оптимизация неравносильна оптимизации системы в целом. К тому же отсутствие системного подхода к анализу жизненного цикла приводит к большим ошибкам — например, при расчете стоимости многих ТС. Следовательно, при организации деятельности на основе жизненного цикла необходимо использовать системный подход и оптимизировать все этапы вместе по критерию эффективности, соответствующему общим целям учитывающему полные затраты и другие важные показатели ТС.

Какие же этапы составляют цикл?

Первый этап ПЖЦ — исследование — начинается с замысла (формирования концепции), осознания потреб­ностей в развитии или замене существующих ТС в связи с расширением и изменением характера задач или со­зданием принципиально новых систем на базе новых открытий либо изобретений. Затем реализуется маркетинг как система общепризнанных стандартов эффективной предполагаемой сбытовой деятельности. Маркетинг при­зван обеспечить непрерывный поток ресурсов, денежных средств, информации о требованиях рынка и изменениях во всех факторах внешнего окружения. Таким образом, маркетинг рассматривается как система регу­лирования рынка.

Представляется важным вопрос об анализе рынков — перспективных и текущих потребностях покупателей. Ка­кие товарные позиции с учетом своего профиля имеют достаточный рыночный потенциал в той или иной стране? Какие изменения необходимо внести в товарную и цено­вую политику, методы рекламы и стимулирования сбыта, организацию распределения и послепродажного обслужи­вания? Это далеко не полный перечень проблем стратеги­ческого характера, связанного с риском, которые должны решать управленческие службы любого экспортера. Ма­лейший просчет и ошибка при принятии стратегических решений могут вызывать цепочку неоправданных неэф­фективных действий, значительную трату финансовых, трудовых и материальных ресурсов.

Маркетинговые исследования создают информационную базу. На основании ее уточняется замысел, прово­рится интенсивные исследования.

Замысел формируется рядом действий, основными из которых являются следующие: анализ новых задач и выявление требований к системам, предназначенным для решения задач; выдвижение первоначальных тактико-тех­нических требований к новым ТС, связанных с поставленными задачами и прогнозируемыми на ближайший период достижениями науки, техники и производства (при этом важно, чтобы требования как можно полнее отражали цели новой системы, представляя исследователям и проектиров­щикам широкую возможность поиска рациональных путей решения поставленных задач); поиск научно-исследовательскими и промышленными организациями научных и технических принципов решения новых задач; разра­ботка нескольких вариантов первоначального проекта в целях выявления «облика» ТС, основных взаимосвязей ее элементов, путей решения важных технических проблем и определения необходимых ресурсов для создания и функционирования такой системы; исследование эффективности и оптимизация ее параметров при выборе предпочтительного варианта.

Конечным результатом замысла являются предложе­ния или рекомендации по решению изучаемой проблемы в виде характеристик системы, объема и источников ресурсов для ее разработки и функционирования, а также оценка сроков ее создания и эксплуатации. Для выбора оптимальной системы требуется разработка нескольких принципиально различных вариантов ТС, отвечающих единому замыслу.

Вторым этапом жизненного цикла является проектирование — творческое предопределение ТС. Оно начинается с изучения технического задания, его анализа и даль­нейшего уточнения. При этом отсеиваются менее предпочтительные схемные варианты системы и проектирование ведется при меньшем числе альтернатив. Разработка проектов систем включает исследовательский фрагмент по схеме: анализ системы « ее синтез « анализ « синтез. Поскольку требования заказчика представляют собой главным образом указания о направлениях поиска, в процесс проектирования исследовательская работа ведется по проблемам, поставленным на первом и выявленным на втором этапах ПЖЦ. Проектирование, как правило, осуществляется сначала «концептивно», т.е. в виде чернового наброска, преимущественно мысленно и экспериментально, а затем проходит «конструктивную» фазу, предопределяющую оформление.

Изучение отдельных проектных альтернатив продолжается и на третьем этапе жизненного цикла — технологической проработке конструкции на основе технологии как науки о производстве. К сожалению, должного внимания этой науке пока не уделяется, хотя она очень сложна и мало формализована. Если 50 лет тому назад технология являлась на 99% искусством и на 1% наукой, то даже в наши дни она все еще остается «искусством» на 50% (Жаворонков Н. К горизонтам химической техники // Наука и жизнь. 1970. № 4. С. 75—86). Еще раз подчеркнем, что наличие высоких процентов «искусства» в технологии определяется ее функциональной сложностью. Даже самый простейший технологический процесс, кото­рый для специалиста кажется элементарным, на самом деле представляет собой систему со сложными закономерностями. Например, пайка может показаться весьма простым процессом. Однако исследования показали, что число переменных превышает цифру 10, причем физике химическая природа многих из них существенно различна (плавление, растекание, диффузия, кристаллизация др.). Чтобы дать общее представление о сложности пайки, сделаем элементарный анализ. Прежде всего, справед­ливо говорить о ней как системе, состоящей в первом приближении из отдельных элементов (рабочих операций, оборудования, приспособлений, инструментов и пр.). При оценке такой системы нужно знать все элементы и все связи между ними. Даже если их представить в двух со­стояниях, что число таких связей резко возрастает и достигнет цифры 2⁹⁰. Рассмотреть все указанные состояния для принятия решения невозможно.

На современном этапе НТР роль прогрессивных техно­логических процессов в экономическом и социальном от­ношении возрастает. Так, многие материалы (нержавею­щая сталь, поливинилхлорид, силиконы и др.), ставшие за последнее время неотъемлемой частью промышленного производства, были разработаны 50—100 лет тому назад. Однако широкое распространение они получили лишь после того, как были разработаны технологические процессы, которые позволили дешево и в любых количествах произ­водить и обрабатывать материалы с заданными свойствами. Разумеется, внедрение в производство разных технологий связано с использованием новых машин и приборов, но­визна которых не всегда означает коренное изменение принципов их работы. Кстати, в этом прослеживается связь между двумя этапами жизненного цикла.

В настоящее время получила широкое распростране­ние точка зрения о том, что уровень жизни людей и эко­номические и социальные успехи любой страны в значи­тельной степени зависят от состояния и уровня развития технологии — одного из основных направлений совре­менного НТП.

Дальнейшее соревнование отдельных проектных ре­шений (альтернатив) продолжается в процессе производства — четвертом этапе жизненного цикла ТС. В отличие от этапа технологической проработки, производство есть ре­альный целенаправленный процесс непосредственного превращения сырья и полуфабрикатов в полезную про­дукцию. Для него характерны две особенности. Если три предыдущих этапа осуществлялись в основном на теоре­тической основе без особой проверки, то рассматриваемый этап открывает возможность проверки целого ряда допущений, расчетных и исходных данных, выводов. Да­лее, при выборе предпочтительной альтернативы (систе­мы) на первых трех этапах очень сложно с достаточной степенью точности и достоверности оценить полные зат­раты. Имеется опасность принять неправильные решения. По результатам же фактических затрат ресурсов (финан­совых, трудовых, материальных) на этапе производства выбор ТС делается гораздо точнее и достовернее.

Такие жеособенности характерны и для пятого этапа жизненного цикла — эксплуатации ТС. Здесь имеет мес­то окончательная оценка теоретических исследований и результатов производства. Если окажется необходимым его усовершенствовать, то соответствующую задачу целесообразно решать и применительно к методам и приемам всех предыдущих этапов. Эксплуатация охватывает промежуток времени от момента приобретения системы потребителем, т.е. поставки на баланс предприятия-потребителя, до ее списания. Причем существенное значение имеют применение системы по назначению, ее техниче­ское обслуживание, ремонт, хранение и транспортировка. Эксплуатация заканчивается, когда система подверглась полному физическому или моральному износу, а восста­навливать ее по техническим или экономическим сообра­жениям нецелесообразно.

Оценивая системно этапы жизненного цикла НТД, нужно признать, что все они не только взаимосвязаны между собой, но и следуют один за другим.

В научно-технической литературе описание жизнен­ного цикла заканчивается, как правило, снятием ее с экс­плуатации. Куда ТС поступает дальше? Что с ней делают? Влияют ли эти действия на эффективность ТС и оптимизацию ее жизненного цикла? Пока эти вопросы в соот­ветствующей литературе остаются без ответа.

Системный подход к ряду этапов жизненного цикла устанавливает не только связь этапов между собой, но и следование их один за другим в определенном порядке или сочетании. Он дает возможность увидеть весьма существенный недостаток. Обычно мы говорим только об эта­пах прогрессивного развития ТС в процессе созидатель­ной работы и совершенно забываем, что прогресс вклю­чает и моменты регресса, в нашем случае устаревание системы. Ее ликвидация закономерна. Однако и здесь необходимо достичь положительного эффекта.

Взаимосвязь прогресса и регресса — один из законов прогрессивного развития вообще и технического прогрес­са в частности. Обратимся к практике. Выпуск новых ТС предполагает их более высокое качество, чем прежних.

Среди тех, которые подлежат ликвидации, кроме непри­годных есть элементы (детали) еще вполне подходящие (по долговечности) для эксплуатации. В массовом количе­стве они идут под пресс. В то же время многие из них могли бы работать еще долгое время. При существую­щей практике затраты на обеспечение показателя долго­вечности при разработке (кстати, немалые) оказываются потерянными безвозвратно. Показатель экономической эффективности, возможно, был бы выше, если бы долговечность всех элементов ТС планировалась примерно оди­наковой. Предусмотреть это можно лишь в случае, если при создании системы станут учитывать требования эта­па ликвидации.

Проблема одинаковой долговечности элементов конст­рукции имеет и другую сторону — необходим поиск путей и средств утилизации как стадии ликвидации. За рубежом некоторые приборы, например, не идут под пресс, а посту­пают на специальную центрифугу. При этом прибор раз­валивается на составляющие элементы, которые в даль­нейшем путем разогрева превращаются в жидкую массу и через нее продувается сжатый воздух, В зависимости от своего удельного веса масса при такой продувке оседает в специальные каналы: более тяжелая — ближе и быстрее, более легкая — дальше и медленнее. Затем полученные чистые материалы идут в повторное производство. Таким образом, обеспечивается не только экономический, но и экологический эффект. Даже отдельные примеры показы­вают, насколько актуальна задача использования отходов производства и их переработки. Для ее решения требует­ся разработка научной теории ликвидации отслужившей техники, отходов производства, мусора и т.д.

И не только по направлению утилизации. В более широком контексте подготовку кадров необходимо осу­ществлять также по ПЖЦ личностного объекта (субъек­та). В чем ее суть?

Думается, что обучение вопросам управления должно быть сквозным и непрерывным. К сожалению, процесс овладения обществом этой области знаний и культуры пока развивается только вширь, т. е. направлен на изучение его только взрослым населением (по горизонтали). Например, даже в Методических рекомендациях Госстандарта СССР по всеобучу в области качества продукции выделены лишь три группы обучающихся: рабочие, инженерно-технический персонал и главные специалисты. А надо бы организовать образование и вглубь (по вертикали) таким образом, чтобы оно охватило все слои населения. Выделим при этом следующие уровни образования: дошкольное, школьное (начальное, среднее, средне-специальное) и высшее (вузы и ИПК) (см. схему 3.2).

Схема 3.2

Структура полного жизненного цикла научно-технической деятельности (НТД)

Следует форсировать подготовку соответствующих кадров. Параллельно с этим в вузах страны необходимо запланировать создание кафедр системного проектирования и производства, которые выпускали бы специалистов по разработке техники, превращающейся в полезную продукцию после завершения прогрессивных этапов жизненногоцикла. К решению поставленной проблемы целесообразно подключить все научно-технические общества — группы, отделы, секции. В качестве примера можно привести работу секции «Системотехника» НТО радиотехники, элект­роники и связи им. проф. А.С. Попова, где подобные вопросы уже решаются.

Таков состав ПЖЦ (НТД). Переходя к анализу этапов, обнаруживаем, что каждый из них обладает своими особенностями и назначением. Наибольшее внимание уделим ранним этапам разработки, поскольку именно здесь принимается решение о целесообразности создания ТС, формируются ее основные контуры. От правильности этого решения во многом будет зависеть не только техническая эффективность системы, но и ее стоимость, так как все последующие изменения и доработки обходятся очень дорого, не давая подчас должного эффекта. В связи с исключительной важностью ранних этапов разработки именно они; в первую очередь нуждаются в тщательном анализе, оценке и управлении. Большое и определяющее значение имеет результат анализа при установлении общественной потребности в конкретных ТС и условий их использования, т.е. на предпроектной стадии. Здесь, по существу, еще не произ­водятся никакие затраты, и поэтому основная цель анализа — предупредить ненужные расходы, помочь обосновать выбор оптимального решения. Учитывая исключительную важность такого этапа, Госстандарт в своей документации предусмотрел так называемый аванпроект. Это самостоятельный вид работы, выполняемый до начала разработки изделия для более глубокого предварительного изучения комплексов вопросов, определяющих необходимость и це­лесообразность его создания, пути и разработки, производ­ства и эксплуатации.

Весьма результативным является анализ и на этапе проектирования, когда выбираются наиболее рациональ­ные проектные и конструкторские решения. Постепен­но возможный от анализа эффект уменьшается. На этапе производства, где система изготовляется, расходуются ог­ромные средства, на разработчика начинает давить груз материальных, трудовых и финансовых затрат. Поэтому в ряде случаев трудно перейти к более эффективным ме­роприятиям: отказаться, например, от одного метода изготовления и освоить другой, более выгодный. Значит, может возникнуть необходимость изменения существую­щей концентрации сил, при которой основной объем ис­следовательских работ приходится на анализ этапа производства. Нельзя сказать, что в научно-технической ли­тературе анализу ранних этапов жизненного цикла не придается большого значения. Так, в «Типовой методике определения эффективности научно-исследовательских работ в вузах» (М.: Изд-во МАИ, 1977. 32 с.) коэффици­ент значимости этапа исследования 3, этапа проектиро­вания — 2, технологического — 1,5 и производственно­го — 1,2.

Каждый из этапов жизненного цикла системы ориенти­руется на повышение эффективности, которая в первом приближении может быть представлена как сопоставление достигнутого системного эффекта (т.е. совокупного эффекта по всем этапам ПЖЦ) с затратами на его достижение. По своей сущности это интегральный критерий эффективнос­ти, так как он является функцией частных показателей эта­пов ПЖЦ, включая в себя все качественные и количествен­ные характеристики цикла. Заметим, что такой критерий отражает взаимосвязь различных этапов ПЖЦ, их взаим­ное влияние. Действительно, стремление улучшить такти­ко-технические показатели системы, т.е. увеличить эффект, как правило, достигается усложнением схемы, повышени­ем требований к отдельным ее узлам. А это сразу сказыва­ется и на конструкции, и на технологии, даже на эксплуатационных показателя, а следовательно, и на затратах. По­добная взаимосвязь этапов выявляет недостатки ТС. Значит, в процессе управления развитием техники можно вносить коррективы в целях максимизации эффекта как в ее схему, так и в конструкцию и технологию. Связь между этапами ПЖЦ и функциями управления показана на схеме 3.3.

Однако существуют и внутренние обратные связи меж­ду всеми этапами ПЖЦ, особенно между технологией и конструированием. Во многих случаях технологический метод, например в радиопромышленности, влияет на буду­щую конструкцию элементов, а следовательно, и систем. Иными словами, технология выступает основным факто­ром, определяющим развитие конструкции как в частных технических решениях, так и в общем ее построении. Важная задача в процессе проектирования — выдача конструкторам научно обоснованных данных, полученных при использовании той или иной технологии.

На практике этапы проектирования и технологии за­частую реализуются слишком автономно и жестко после­довательно, что приводит к резкому снижению эффек­тивности жизненного цикла. Кроме того, единению этих этапов в рамках одного последовательного ряда действий препятствуют и некоторые положения государственных стандартов. Так, в ГОСТе 2.109—73 отмечается, что на рабочих чертежах не допускается помещать технологичес­кие указания. Такой пункт, по нашему мнению, является ошибочным, снижает гибкость управления и поэтому требует корректировки. Не случайно, что в отраслевых стан­дартах, приближенных к производству, она уже произве­дена. Например, в ОСТ4 ГО.010.209 оговорено, что в тех­нических требованиях чертежа печатной платы... помимо особых требований, вносимых конструктором, необходи­мо указывать метод изготовления плат.

Схема 3.3