Software & Systems

Применение информационных технологий на различных этапах жизненного цикла корабля и определение стоимости его жизненного цикла как независимой переменной в структуре показателей военно-экономической эффективности корабля предоставляют новые возможности для расчетов, однако накладывают ряд ограничений и требований к построению алгоритмов и правил таких расчетов.

Одна из главных целей расчета стоимости жизненного цикла корабля – сокращение или контроль стоимости на основе оценки последствий принимаемых проектных (технических, конструктивных, организационных, архитектурных и пр.) решений. Цель информационной поддержки процесса определения стоимости – обеспечение ЛПР достоверной и достаточной информацией, являющейся в одних случаях исходной для прогнозирования, а в других результатом прогнозных расчетов.

Основная сложность получения достоверных прогнозных оценок стоимости различных этапов жизненного цикла корабля для достижения данных целей обусловлена следующими факторами:

–      сложность определения ожидаемых затрат на создание корабля и комплектующих изделий с высокой степенью новизны (по которым ведутся опытно-конструкторские работы);

–      многомерность и сложность взаимосвязей составных частей и комплектующих изделий корабля;

–      наличие множества возможных вариантов технических решений на каждом этапе создания корабля;

–      внесение в процессе создания корабля и уникальных комплектующих его изделий многочисленных конструктивных и технологических изменений, приводящих к отклонениям прогнозных оценок и реальных значений технико-экономических показателей от запланированных показателей.

Как известно, методики расчета стоимости отдельных этапов жизненного цикла корабля, применяемые в кораблестроении, используют в своей основе статистические зависимости и требуют периодического пересмотра и уточнения, поскольку основаны на ретроспективных данных (регрессионных зависимостях).

Это обстоятельство не позволяет учитывать в расчетах применяемые технологические инновации (нетрадиционные решения), которые обязательно влекут за собой изменение (относительно имеющегося опыта) отдельных статей в структуре стоимости, но всегда направлены на снижение затрат – или отдельных статей и стадий, или жизненного цикла в целом [1]. Безусловно, в рассматриваемом контексте существующие методики имеют значительные ограничения для своего применения, особенно в автоматизированных процедурах расчета, основанных на фактических, а не среднестатистических данных и учитывающих индивидуальную структуру затрат для каждого компонента корабля.

Систематическое накопление в системе информационной поддержки жизненного цикла корабля фактических данных о показателях затрат по видам работ, исполнителям и отдельным, наиболее значимым технологическим инновациям позволит более точно прогнозировать технико-экономические показатели создаваемых кораблей и своевременно принимать обоснованные решения. Более того, необходимо изменить сам процесс расчета стоимости, сделать его непрерывным и интегрированным по всем стадиям жизненного цикла с использованием различных методов, чтобы превратить расчеты из технико-экономических обоснований цены в расчеты, подтверждающие то, что предприняты все необходимые шаги для сокращения затрат по жизненному циклу и достижения заданной эффективности или получена бóльшая эффективность при тех же затратах.

В соответствии с приведенной логикой расчет стоимости жизненного цикла в данном исследовании рассматривается не только в качестве единовременной задачи, решаемой при завершении каждой стадии жизненного цикла корабля, как это происходит в настоящее время, – он должен осуществляться в рамках текущей деятельности на протяжении всего процесса принятия решений, чтобы оценить все изменения в проекте и максимально возможно снизить затраты.

Важность применения такого подхода иллюстрируется рисунком 1, на котором показана зависимость стоимости проектных, конструкторско-технологических, организационных и других изменений в процессе жизненного цикла корабля от стадии принятия решений.

Вычисления истинных значений стоимости жизненного цикла корабля в соответствии с подходом, заложенным в существующих расчетных методиках, требуют больших объемов информации и, возможно, в конце концов дадут результат, близкий к реальному. Однако такие прогнозы не позволят выявить причину повышения или снижения стоимости жизненного цикла и, самое главное, провести мероприятия по своевременной выработке корректирующего решения.

Таким образом, в процессе информационной поддержки жизненного цикла корабля более важным будет не столько расчет стоимости жизненного цикла, который в практическом плане, особенно на начальных этапах, вряд ли можно произвести с достаточной точностью, сколько анализ структуры затрат различных этапов жизненного цикла и построение на основе результатов этого анализа нового процесса принятия решений.

Поставленным целям непрерывного контроля стоимости жизненного цикла корабля более всего отвечает метод функционально-стоимостного анализа [2].

Общепризнанными авторами основ функционально-стоимостного анализа являются Ю.М. Соболев и Л.Д. Майлс. Примерно в те же годы, когда Ю.М. Соболев создавал свой метод поэлементной отработки конструкции, аналогичные исследования проводил инженер Л.Д. Майлс, сотрудник отдела снабжения американской электротехнической компании «General Electric» [3].

Суть метода заключается в выявлении затрат (трудоемкости, расхода материалов, энергии и т.д.), не обеспечивающих качество корабля и комплектующих его изделий, а также другие требования заказчика. Для этого строят дерево функций и определяют, какие составные части корабля выполняют эти функции. Функции, не влияющие на основное предназначение корабля и его функциональных подсистем, исключают. Для функций с чрезмерными затратами на реализацию и поддержание в готовности элементов, выполняющих эти функции, проводят анализ альтернативных решений и выбирают оптимальное [4, 5].

Базовую концепцию стоимости в методологии функционально-стоимостного анализа определяет тесная связь между требованиями потребителя, качеством исполнения функций, отвечающим этим требованиям, и затратами [6, 7] (рис. 2). В настоящее время также широко распространены методики, основанные на методологии функционально-стоимостного анализа (предложенной Майлсом) и являющиеся его своеобразным развитием. Наиболее распространены FAST (Function Analysis System Technique) – методика системного анализа функций (применяется в минобороны США) и методика QFD (Quality Function Deployment – развертывание (структурирование) функции качества), разработанная в Японии в 1960-х и также используемая американской промышленностью с конца 1980-х годов.

Математическая модель функционально-стои­мостного анализа может быть представлена следующим образом:

                              (1)

где Ci – затраты на реализацию i-й функции; mф – количество функций; E – комплексный показатель качества корабля.

Электронная модель корабля представляет собой иерархическую многоуровневую модель в виде связного ориентированного графа без циклов [8]. На нижнем уровне иерархии лежат элементы – комплектующие корабль изделия, объединяемые физическими связями (механическими передачами, кабельными трассами, трубопроводами и т.д.). Каждый физический элемент или совокупность элементов этой модели выполняют строго определенные функции как самостоятельно, так и в составе установок, функциональных систем и комплексов.

На рисунке 3 условно показана структурно-функциональная модель корабля как объекта функционально-стоимостного анализа. Из рисунка можно видеть, что стоимость функциональных элементов, образующих составные части корабля, его системы и комплексы, складывается из стоимости их проектирования, изготовления, стоимости выполнения функции (предназначения) и при комплексном рассмотрении жизненного цикла – стоимости восстановления работоспособности (боеспособности) элементов на различных этапах жизненного цикла корабля.

В настоящей работе предлагается каждому элементу структуры электронной модели корабля ставить в соответствие как функциональные характеристики элементов, так и стоимостные. Тогда, исходя из имеющейся в электронной модели информации (существенно зависящей от стадии жизненного цикла), можно разработать програм- мно-методические комплексы, автоматизирующие расчет стоимости жизненного цикла на различных его стадиях.

Многоуровневая иерархическая структура корабля в электронной модели может быть представлена в виде множества S на прямом произведении подмножеств [9]:

SÎS1´S2´…´Sj´…´SNS.                                        (2)

Предполагается, что

,                     (3)

где NS – количество уровней иерархии электронной модели корабля;  – подмножество элементов структуры электронной модели корабля на u-м уровне иерархии;  – j-й элемент структуры электронной модели корабля (u+1)-го уровня, подчиненный элементу из подмножества NS; MSj – количество элементов подмножества .

Для расчета стоимости вновь создаваемого корабельного оборудования можно воспользоваться подходом, построенным на использовании информации о кораблях-аналогах или аналогах комплектующих изделий.

Для систем-аналогов при известных нормативах трудоемкости и стоимости единицы трудоемкости расчетные оценки собственных затрат на проектирование элементов корабля вычисляются по формуле

                                                  (4)

где aj – коэффициент, учитывающий степень новизны j-го элемента структуры электронной модели корабля;  – стоимость единицы трудоемкости j-го элемента аналога; tj – трудоемкость проектирования j-го элемента структуры электронной модели корабля.

В работе [10] показано, что стоимость создания корабля – это функция от его водоизмещения:

C=kD,                                                                       (5)

где D – полное водоизмещение корабля; k – расчетный статистический коэффициент.

В этом случае вполне правомерно рассчитывать стоимость изготовления элементов структуры корабля через их массу.

Тогда стоимость изготовления j-го элемента структуры корабля определяется на основе известных для систем-аналогов нормативов массы и стоимости единицы массы. Эту зависимость можно представить в виде

                                                (6)

где bj – коэффициент, учитывающий степень новизны технологии изготовления j-го элемента структуры корабля;  – удельная стоимость изготовления j-го элемента аналога на единицу массы; mj – масса j-го элемента структуры корабля.

Источником необходимых данных для определения расчетных оценок затрат на стадиях проектирования корабля и его элементов, изготовления элементов структуры корабля и его строительства могут быть предпроектные проработки или данные кораблей-прототипов из их электронных моделей.

В случае, когда нормативы трудоемкости распределены по видам работ, затраты на создание элементов структуры корабля вычисляются по формуле как сумма затрат по каждому виду работ:

,                                                     (7)

где  – стоимость единицы трудоемкости j-го элемента структуры корабля k-го вида работ; tjk – трудоемкость выполнения k-й работы j-го элемента структуры корабля; Mj – количество видов работ по j-му элементу структуры корабля.

При отсутствии для создаваемого корабля данных по нормативам трудоемкости и массы расчетные оценки затрат на проектирование и изготовление могут определяться методом экспертных оценок. Для систем и комплексов, находящихся на высших уровнях иерархии по отношению к уровню комплектующих изделий, расчетные оценки затрат на проектирование и изготовление j-го элемента структуры корабля, соответствующего функциональной системе или функциональному комплексу, то есть элементу u-го уровня иерархии, можно определить как сумму затрат элементов структуры корабля (u+1)-го уровня иерархии, подчиненных j-му элементу, по следующей формуле:

                                        (8)

где u – уровень иерархии, на котором расположен j-й элемент структуры корабля; CIj – дополнительные затраты, связанные с объединением элементов в систему (комплекс) (u+1)-го уровня; Aj – коэффициент, учитывающий стадию разработки j-го элемента структуры корабля;  – затраты на создание k-го элемента (u+1)-го уровня иерархии, предшествующего j-му элементу структуры корабля; Mj – количество элементов структуры корабля, находящихся с j-м элементом в отношении предшествования.

Таким образом, для каждой функции корабля, обеспечивающей его деятельность и выполнение задач в соответствии с предназначением, вычисляется себестоимость Cic ее создания по вышеприведенным формулам.

Следует отметить, что на каждом уровне иерархии с целью определения фактического вклада каждой i-й функции u-го уровня в выполнение i-й функции (u+1)-го уровня, как правило, производят ранжирование функций по значимости  при условии

,                                            (9)

где mu – число функций u-го уровня, обеспечивающих выполнение i-й функции (u+1)-го уровня.

Относительная важность функции, то есть ее вклад в выполнение главной (для корабля или для функциональной системы или комплекса), определяется по вертикальной цепочке уровней как произведение значимостей:

,                                                          (10)

где NS – количество уровней иерархии электронной модели корабля.

Поскольку, как правило, каждый j-й элемент структуры корабля участвует в выполнении нескольких функций, аналогично определяется его вклад gij в выполнение i-й функции, также в долях единицы.

Тогда затраты на функцию (ее себестоимость) будут определяться следующим образом:

                                                     (11)

где Cjc – стоимость j-го элемента структуры корабля (определяется по формулам (5), (7–9); P – количество элементов структуры корабля, реализующих i-ю функцию.

В случае, если для выполнения функции в процессе эксплуатации требуются ресурсы, они аналогичным образом учитываются при прогнозировании общей стоимости создания и выполнения функции (в конечном счете – стоимости создания и эксплуатации корабля).

Удельные затраты на i-ю функцию j-го элемента структуры корабля определяются соотношением

.                                                            (12)

С учетом значимости можно определить относительный вклад i-й функции в стоимость корабля и его жизненного цикла. Выявление малозначимых функций с большой относительной стоимостью влечет за собой выработку корректирующего воздействия и изменение проектно-конструктор­ских и организационных решений с целью сокращения стоимости жизненного цикла корабля. На рисунке 4 проиллюстрирован процесс выявления таких функций. Из рисунка видно, что функция с низкой значимостью (f212) выделяется по стоимости на фоне других, а следовательно, требует дополнительных исследований и принятия альтернативных решений.

Предложенный в настоящей работе подход прогнозирования стоимости жизненного цикла корабля основан на использовании функционально-стоимостного анализа и является развити- ем подходов, изложенных в [11]. Методические рекомендации, данные автором, могут быть расширены в рамках отдельных исследований, например, в направлении реализации в процессе прогнозирования стоимости метода освоенного объема, позволяющего учитывать динамику расхода ресурсов (финансовых, людских и т.д.) и отслеживать временные и стоимостные характе- ристики процессов восстановления технической готовности корабля.

Литература

1.     Афонин И.В. Инновационный менеджмент. М.: Гардарики, 2005.

2.     Куфарев В.О., Третьяков О.В. Метод функционально-стоимостного анализа как элемент системы управления жизненным циклом кораблей // ВОКОР-2013: сб. тр. конф. СПб: 1 ЦНИИ МО РФ, 2013.

3.     Шатунова Г.А., Кузьмина О.Н. Историко-логический генезис и периодизация этапов развития функционально-стоимостного анализа // Вестн. Самарского гос. эконом. ун-та. 2012. № 4 (90). С. 91–96.

4.     Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. М.: Машиностроение, 1988.

5.     Савченко Н.Н. Технико-экономический анализ проектных решений. М.: Экзамен, 2002.

6.     Высоковская Е., Кузьмин А. Понятие стоимости в контексте функционально-стоимостного анализа. URL: http://www.metodolog.ru (дата обращения: 03.02.2014).

7.     Выдержка из методических указаний «Развертывание функции качества (QFD)», 2009. URL: http://www.new-quality.ru/lib/QFD_extract.pdf (дата обращения: 03.02.2014).

8.     Архипов А.В., Третьяков О.В. Электронная модель корабля – новые перспективы для Военно-морского флота России // МОРИНТЕХ-2003: матер. конф. СПб, 2003.

9.     Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. М.: Мир, 1973.

10.  Худяков Л.Ю. Исследовательское проектирование кораблей. Л.: Судостроение, 1980.

11.  Ершов Ю.В., Примак А.Г., Покрыщук П.И., Стольников В.М., Цикунов И.К., Яковлева В.С. Прогнозирование экономических показателей многоуровневых технических систем с учетом динамики расхода ресурса. Препр. 88-2. К.: Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова АН УССР, 1988.

References

1.     Afonin I.V. Innovatsionny menedzhment [Innovative management]. Moscow, Gardariki Publ., 2005, 224 p.

2.     Kufarev V.O., Tretyakov O.V. The metod of a value analysis as an element of ship life cycle management system. Sbornik trudov konf. “VOKOR-2012” [Proc. of “VOKOR-2013” conf.]. St. Petersburg, 1 Central Scientific-Research Institute of the Ministry of Defense of the Russian Federation Publ., 2013.

3.     Shatunova G.A., Kuzmina O.N. A history and logical genesis and periodization of value analysis development stages. Vestnik Samarskogo gos. ekonomicheskogo univ. [Vestnik of Samara State Univ. of Economics]. Samara, 2012, no. 4 (90), pp. 91–96 (in Russ.).

4.     Polovinkin A.I. Osnovy inzhenernogo tvorchestva [The basics of engineering creation]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1988, 361 p.

5.     Savchenko N.N. Tekhniko-ekonomicheskiy analiz proekt­nykh resheniy [Technical and economical analysis of design decisions]. Moscow, Ekzamen Publ., 2002, 128 p.

6.     Vysokovskaya E., Kuzmin A. Ponyatie stoimosti v kon­tekste funktsionalno-stoimostnogo analiza [The concept of value in the context of value analysis]. Available at: http://www.meto­dolog.ru (accessed Feb. 3, 2014).

7.     Vyderzhka iz metodicheskikh ukazaniy "Razvertyvanie funktsii kachestva (QFD)" [Extract from guidelines “quality function deployment (QFD)”]. 2009, “Novoe kachestvo” Publ. Available at: http://www.new-quality.ru/lib/QFD_extract.pdf (accessed Feb. 3, 2014).

8.     Arhipov A.V., Tretyakov O.V. The ship elektronic model. New prospects for the Russian Navy. Materialy konf. Morintekh-2003 [Proc. of Morintech-2003]. St. Petersburg, 2003.

9.     Mesarovich M., Mako D., Takahara I. Teoriya ierarhi­cheskikh mnogourovnevykh system [The theory of hierarchical multi-level systems]. Russ ed.: Moscow, Mir Publ., 1973, 344 p.

10.  Hudyakov L.Yu. Issledovatelskoe proektirovanie korabley [Research design of the ships]. Leningrad, Sudostroenie Publ., 1980.

11.  Ershov Yu.V., Primak A.G., Pokryshchuk P.I., Stolni- kov V.M., Tsikunov I.K., Yakovleva V.S. Prognozirovanie ekono­micheskikh pokazateley mnogourovnevykh tekhnicheskikh sistem s uchetom dinamiki raskhoda resursa [Forecasting economical indicators of multi-level technical systems according to dynamics of resources consumption]. Preprint 88-2, Kiev, Glushkov Institute of Cybernetics Publ., 1988.