Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

АНАЛИЗ ПУТЕЙ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛОМ НАЗЕМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Казаков Рус.Риф. 1 Басотин Е.В. 1 Миронов А.Н. 1 Казаков Раф.Рам. 1 Шестопалова О.Л. 2
1 ФГКВОУ ВО «Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского»
2 Филиал «Восход» ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»
В статье проведен анализ путей решения проблемы управления жизненным циклом наземного оборудования ракетно-космических комплексов. Показано, что модернизация существующего РКК позволяет расширить и улучшить качество выполнения заданных функций и требований к РКК. Под модернизацией понимается один из путей улучшения функциональных свойств оборудования РКК, повышения его эксплуатационной надежности, снижения эксплуатационных затрат, состоящий в изменении отдельных деталей и узлов оборудования РКК, применении принципиально новых технических решений и совершенствовании системы эксплуатации оборудования РКК. Проведение цепочки последовательных модернизаций позволяет отдалить на значительный промежуток времени стадию окончания жизненного цикла РКК, что в свою очередь, позволяет управлять жизненным циклом РКК. Описана типовая траектория управления жизненным циклом РКК. Приведена формализованная постановка задачи исследования и рассмотрены основные пути ее решения.
ракетно-космические комплексы
жизненный цикл
модернизация
1. Калинин В.Н. Теория систем и оптимального управления (структурно-математический подход) / В.Н. Калинин, Б.А. Резников. – Л.: ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1978. – 417 с.
2. Логунов А.В. Методика технико-экономического обоснования вариантов модернизации составных частей наземной космической инфраструктуры // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 4. – URL: www.science-education.ru/id=9786.
3. Саридис Дж. Самоорганизующиеся стохастические системы управления. – М.: Наука, 1980. – 400 с.
4. Сизяков Н.П. Прогнозирование соответствия характеристик космических средств предъявляемым требованиям на основе использования нечеткой регрессионной модели / Н.П. Сизяков, О.Л. Шестопалова // Информация и космос. – 2010. – № 1. – С. 83–86.
5. Сизяков Н.П. Планирование поэтапной реализации инновационных программ развития комплексов космических средств в условиях неопределенности информации о временных, ресурсных и технологических ограничениях / Н.П. Сизяков, О.Л. Шестопалова // Информация и космос. – 2010. – № 1. – С. 83–86.
6. Цвиркун А.Д. Структура многоуровневых и крупномасштабных систем. Синтез и планирование развития / А.Д. Цвиркун, В.К. Акинфиев – М.: Наука, 1993. – 160 с.
7. Шестопалова О.Л. Автоматизация контроля состояния сложных технических систем на основе использования конечно-автоматной модели и нейросетевых структур / В.Б. Вечеркин, А.И. Лоскутов, О.Л. Шестопалова // Информационно-управляющие системы. – 2012. – № 2 (57). – C. 74–81.
8. Шестопалова, О.Л. Определение оптимального варианта развития систем телекоммуникационного обеспечения эксплуатации и применения ракетно-космических комплексов в нечетко заданных условиях / В.Л. Витюк, Е.А. Миронов, Д.А. Севастьянов, О.Л. Шестопалова // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1; URL: www.science-education.ru/121-18052.
9. Шестопалова, О.Л. Прогнозирование моральной долговечности распределенных информационных систем с учетом прогрессирующих ограничений на возможности восстановления ресурса элементной базы // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6; URL: www.science-education.ru/id=11078.
10. Шестопалова, О.Л. Прогнозирование срока службы информационной системы с учетом морального старения элементной базы технических средств / О.Л. Шестопалова, А.В. Муравьев // Транспортное дело России. – 2014. – № 6. – С. 186–189.

В настоящее время возрастает роль наземной космической инфраструктуры в обеспечении выполнения задач, возложенных на космические системы и комплексы различного назначения. Важную роль в составе наземной космической инфраструктуры играют различные ракетно-космические комплексы (РКК) и их составные части (СЧ), которым относятся, в частности, ракеты космического назначения (РКН), агрегаты и системы стартовых и технических комплексов. Проведенный анализ показал, что для СЧ РКК характерны: важность и интенсивность выполняемых задач, структурная и функциональная сложность, динамичность изменения технического состояния, ограниченность имеющихся материальных и финансовых ресурсов, существенная ограниченность объема исходных данных как о фактическом состоянии СЧ РКК, так и о возможностях его улучшения. Вследствие неравнопрочности, объективно присущей составным частям РКК, они неравномерно расходуют заложенный при проектировании и изготовлении запас технического ресурса. Часть систем и агрегатов подвергается не только физическому, но и моральному старению из-за изменения требований к составу и качеству выполнения целевых функций, отставания элементной базы от современного уровня. В этих условиях невозможно обеспечить качественное выполнение задач, возлагаемых на РКК, только за счет проведения технического обслуживания, ремонта оборудования и продления назначенных показателей его ресурса и срока службы без модернизации.

Под модернизацией РКК будем понимать один из путей улучшения функциональных свойств СЧ РКК, повышения их эксплуатационной надежности, снижения эксплуатационных затрат, состоящий в изменении отдельных деталей и узлов СЧ РКК, применении принципиально новых технических решений и совершенствовании системы эксплуатации СЧ РКК. Модернизация, в отличие от доработок, позволяет расширить перечень и улучшить качество выполнения заданных функций относительно первоначально сформулированных требований в ТТЗ на РКК. Тем самым создаются условия по адаптации характеристик РКК к изменяющимся требованиям. Проведение цепочки последовательных модернизаций позволяет отдалить на значительный временной промежуток стадию окончания жизненного цикла РКК при поддержании тактико-технических характеристик и эксплуатационно-технических характеристик РКК на требуемом уровне, т.е. целенаправленно управлять жизненным циклом РКК, как это отражено на рис. 1.

Двойной линией на данном рисунке условно показаны требования, предъявляемые к РКК. В случае несоответствия состояния РКК требованиям принимается решение о доработке, а затем о модернизации РКК. Когда модернизация и доработка не позволяют добиться соответствия требованиям, то рассматривается целесообразность разработки нового РКК, соответствующего текущим и прогнозируемым требованиям.

Обсуждение научной проблемы исследования

Под жизненным циклом РКК будем понимать последовательность фаз развития РКК от момента формирования его облика до момента времени прекращения его эксплуатации с последующей утилизацией. Типовая структура жизненного цикла РКК приведена на рис. 2.

pic_24.wmf

Рис. 1. Типовая траектория управления жизненным циклом РКК

pic_25.wmf

Рис. 2. Типовая структура жизненного цикла РКК

Под управлением жизненным циклом РКК будем понимать действия, связанные с организацией целенаправленного перехода системы из одного состояния в другое в рамках жизненного цикла.

С научной точки зрения проблема управления жизненным циклом наземного оборудования ракетно-космических комплексов может рассматриваться в двух аспектах: в широком – как задача оптимального управления развитием сложных динамических систем в условиях неопределенности, в узком – как задача управления состоянием РКК на стадии эксплуатации.

Фундаментальным исследованиям в рассматриваемой предметной области посвящены работы В.Н. Калинина, Б.А. Резникова [1], Дж. Саридиса [3], А.Г. Цвиркуна [6] и других авторов. Вопросы развития наземной космической инфраструктуры рассматривались Н.П. Сизяковым [4, 5], А.В. Логуновым [2] и другими авторами.

Вопросы управления техническим состоянием заправочного оборудования стартовых комплексов с учетом частичной его модернизации исследованы в докторской диссертации М.М. Пенькова, аспекты обоснования вариантов модернизации средств полигонного измерительного комплекса с учетом их физического и морального старения рассмотрены в работах О.Л. Шестопаловой [7–10].

Однако в целом проблема управления жизненным циклом наземного оборудования ракетно-космических комплексов исследована недостаточно. Особенно нуждаются в проработке вопросы технико-экономического обоснования параметров программ модернизации РКК различного назначения в паузах целевого применения. Пауза целевого применения РКК – это период времени между окончанием пусковых работ по одной РКН и началом соответствующих работ по другой РКН. Именно в этот период можно проводить работы над модернизацией РКК. Можно выделить по крайней мере три основные особенности обоснования параметров программ модернизации РКК. Во-первых, это чрезвычайно ресурсоемкий процесс по затратам финансовых, материальных и трудовых ресурсов, что налагает серьезную ответственность на планирующие органы при выборе варианта модернизации и способа его осуществления с необходимостью заблаговременного прогнозирования не только затрат на модернизацию, но и затрат на последующую эксплуатацию РКК для всех возможных вариантов модернизации. Во-вторых, это достаточно затратный процесс по времени выполнения работ по модернизации, что значительно снижает уровень готовности РКК за счет роста коэффициента простоя РКК при реализации выбранного варианта модернизации и предопределяет необходимость проработки вопросов планирования выполнения работ в паузах целевого применения РКК. В-третьих, это процесс с неопределенностью в достижении целей модернизации, обусловленный сложностью решаемой задачи и ограниченным объемом доступных исходных данных. Эта неопределенность, с одной стороны, затрудняет оценку степени влияния модернизации на показатели надежности и эксплуатационных затрат. С другой стороны, она влияет и на сложность выбора наиболее предпочтительных вариантов модернизации из-за наличия многокритериальности целевых функций выбора.

По причинам высокой сложности и большой размерности решение рассматриваемой проблемы возможно путем декомпозиции на ряд частных, логически связанных задач, а именно: формулирование постановки задачи исследований; проведение исследований по обоснованию потребности в модернизации РКК; проведение исследований по прогнозированию частных показателей вариантов модернизации РКК; проведение исследований по выбору предпочтительного варианта модернизации РКК; проведение исследований по экспериментальной апробации научно-методического обеспечения технико-экономического обоснования параметров программ модернизации, реализуемых в паузах целевого функционирования.

Содержательная постановка задачи исследований заключается в том, чтобы при известных исходных данных: о требованиях к ракетно-космическому комплексу; о возможностях РКК по составу и качеству выполнения требуемых функций; о затратах на выполнение элементарных операций по модернизации РКН и наземного оборудования РКК; о затратах на выполнение элементарных операций по эксплуатации модернизированного оборудования; о структуре процесса целевого применения РКК; о величине активных, трудовых, финансовых и материальных ресурсов – разработать научно-методическое обеспечение (НМО), позволяющее решить группу задач, состоящих: из обоснования потребности в модернизации РКК, прогнозирования совокупных затрат на модернизацию и последующую эксплуатацию РКК, ранжирования вариантов модернизации РКК по предпочтительности.

Формализованная постановка задачи исследования приведена ниже.

Дано:

kazakov01.wmf kazakov02.wmf kazakov03.wmf kazakov04.wmf kazakov05.wmf

kazakov06.wmf, GТР, GФИН, GМАТ,

где kazakov07.wmf –требования к РКК; kazakov08.wmf – возможности РКК по составу и качеству выполнения требуемых функций; kazakov09.wmf – затраты на выполнение элементарных операций по модернизации РН и наземного оборудования РКК; kazakov10.wmf –затраты на выполнение элементарных операций по эксплуатации модернизированного оборудования; kazakov11.wmf – объем работ варианта по реализации модернизации; kazakov12.wmf – структура процесса модернизации в паузах целевого применения; GТР – величина трудовых ресурсов; GФИН – величина финансовых ресурсов; GМАТ – величина материальных ресурсов.

Найти:

kazakov13.wmf

kazakov14.wmf b ∈ {0;1};

kazakov15.wmf

kazakov16.wmf

kazakov17.wmf

gтр ≤ Gтр; gфин ≤ Gфин; gмат ≤ Gмат,

где kazakov18.wmf – модель обоснования потребности в модернизации РКК; kazakov19.wmf – модель прогнозирования совокупных затрат на модернизацию и последующую эксплуатацию РКК; МР.В.М – модель ранжирования вариантов модернизации по предпочтительности; kazakov20.wmf – объем работ в K-й паузе целевого применения; kazakov21.wmf – параметры K-й паузе целевого применения; kazakov22.wmf – план работ (программа) модернизации РКК; b – бинарная переменная наличия (отсутствия) потребности в модернизации; Е – показатель качества процесса модернизации; gтр ≤ Gтр; gфин ≤ Gфин; gмат ≤ Gмат – фактические значения затрат на модернизацию по видам ресурсов.

Обсуждение особенностей решения частных задач исследования

Взаимосвязь частных задач исследования и этапность их решения приведены на рис. 3 и 4.

pic_26.wmf

Рис. 3. Этапы решения задач исследования

pic_27.wmf

Рис. 4. Взаимосвязь задач обоснования варианта модернизации РКК

Особенностью решения задачи обоснования потребности в модернизации РКК является необходимость разработки соответствующей математической модели, которая должна учитывать четыре основных фактора, формирующих потребность в модернизации.

Во-первых, это расширение состава задач по подготовке к выведению и выведению КА на околоземную орбиту, выходящее за рамки существующих технических возможностей РКК. Во-вторых, повышение требований к техническим характеристикам оборудования РКК. В-третьих, снижение возможностей восстановления ресурса, связанное с исчерпанием запасов комплектующих элементов оборудования РКК из-за снятия их с производства. И, наконец, возрастание эксплуатационных затрат из-за увеличения интенсивности отказов средств и сопутствующих расходов на техническое обслуживание и ремонт.

Совместное действие этих факторов приводит к исчерпанию остаточного ресурса оборудования РКК по критериям морального и физического старения. Количественные значения частных показателей потребности в модернизации оборудования РКК будем определять как израсходованную долю первоначального запаса ресурса РКК по рассматриваемому фактору.

Особенностью прогнозирования показателя совокупных затрат является применение двухуровневого моделирования структуры затрат: на уровне РКК и на уровне составных частей РКК и необходимость адекватного учета в моделях реальной степени неопределенности исходных данных.

При решении задачи ранжирования вариантов модернизации РКК по предпочтительности необходимо учитывать возможность многокритериального сравнения вариантов модернизации по показателям полноты и длительности выполнения программы модернизации, реализуемой в паузах целевого применения РКК и с учетом фактического обеспечения ресурсами.

Выводы

Проведенный анализ показал, что в современных условиях одним из основных путей решения проблемы управления жизненным циклом наземного оборудования ракетно-космических комплексов является его модернизация. Для формирования программы модернизации РКК необходимо выполнить ряд условий, к которым относятся: обоснование потребности в модернизации оборудования РКК; формирование исходного множества вариантов модернизации; прогнозирование показателей надежности РКК после модернизации; прогнозирование затрат на модернизацию и последующую эксплуатацию РКК; исследование возможности реализации вариантов модернизации в паузах целевого применения РКК; выбор предпочтительного варианта модернизации РКК.

Анализ современного состояния научно-методического обеспечения управления развитием сложных технических систем показал, что существует необходимость дальнейшего развития научно-методического обеспечения в направлении наиболее полного учета особенностей РКК как объекта исследования. В связи с чем в статье выделены частные задачи исследования путей решения рассматриваемой проблемы, указаны особенности их решения и представлена формализованная постановка задачи исследования.


Библиографическая ссылка

Казаков Рус.Риф., Басотин Е.В., Миронов А.Н., Казаков Раф.Рам., Шестопалова О.Л. АНАЛИЗ ПУТЕЙ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛОМ НАЗЕМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 6-2. – С. 282-287;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40411 (дата обращения: 23.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074