АНАЛИЗ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Математика»

ANALYSIS AND COMPUTER SIMULATION OF THE LIFT UNDER OVERLOADING

A.S. Kochetkova

With the help of computer simulation and subsequent analysis of the data obtained, stresses and deformations were studied at different stages of the change in the geometry of the loader forks with their significant excess. It also analyzes the resistance to deformation and some other parameters necessary in order to evaluate the behavior of the pitchfork when losing their original shape, since this problem is very common for mining and other industries and industries.

Key words: analysis, research, calculation, modeling, mining machine, forks, lifting machines.

Kochetkova Anastasiya Sergeevna, student, tutowserg@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 007.52

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-273-280

АНАЛИЗ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Н.Д. Федянин, Ю.И. Мамон, А.С. Курбатский

Обоснован методический аппарат и на его основе предложены критерии оценки целесообразности и эффективности использования робототехнических комплексов военного назначения. В качестве оценочного показателя подразделения со штатным ВВТ выбран показатель относительных остатков боевых единиц.

Ключевые слова: вооружение, скорострельность, боеспособность, эффективность, средства защиты, робототехнический комплекс.

На основе обобщения зарубежного и отечественного опыта как в военной, так и в промышленной робототехнике ведутся работы по созданию единого стандарта на создание аппаратных и программных средств интеллектуальных бортовых систем управления робототехнических комплексов (РТК). Выполнение этой программы предполагает необходимость решения следующих основных задач [1-5]:

разработка перечня единой терминологии в области аппаратных и программных средств интеллектуальных бортовых систем управления РТК специального назначения (СН);

обоснование и разработка требований к функциональным возможностям интеллектуальной бортовой системы управления РТК СН, обеспечиваемых в теле-операторном, полуавтоматическом и автономном режимах функционирования (рис. 1);

обоснование и разработка единой типовой архитектуры аппаратно-программных средств интеллектуальной бортовой системы управления РТК СН на основе блочномодульного принципа;

обоснование и разработка требований к типам хранимой или передаваемой информации, частоте и форматам обмена данными;

обоснование и разработка требований по сопряжению блочно-модульного комплекта аппаратно-программных средств интеллектуальной бортовой системы управления РТК СН, различных типов датчиков и средств сбора сенсорной информации с исполнительными элементами и дополнительным технологическим оборудованием, а также другими управляемыми устройствами полезной нагрузки на уровне физических интерфейсов, допустимых напряжений питания и т.д.;

- обоснование и разработка единых требований по организации человеко-машинного интерфейса с интеллектуальной бортовой системой управления РТК СН, включая средства дистанционного управления, планирования и программирования целевых миссий, контроля процессов функционирования и диагностики неисправностей.

273

©

Виртуальное моделирование (проектирование) (оценка эффективности принимаемых технических решений)

Формирование облика Fl К, предварительный синтез системы управления

Разработка аппаратных, алгоритмических и ► програм «иных средств для систем управления и обработки информации

О

Обоснование совокупности ■задач, возлагаемых на РТКСН

®

Формирование функциональных требований к системе управления

- дистанционно управляемые

- полуавтоматические

- автономные

- мугтьтиагентные

Рис. 1. Основные направления работ по созданию РТК СН

Критерии оценки целесообразности и эффективности использования робототехниче-ских комплексов военного назначения (РТК СН) могут быть выбраны в соответствии с рис. 2

[1-5].

Трялшнонные (экипажные) ВВСТ

ЦГВВСТ £ввет_

эффективность н стоимость выполнения i-й боевой задачи подразделениями.

оснашЁнными традиционным (экипажным) ВВСТ; У,ЗЗСТ - заданный (прогнозируемый) ущерб от потерь п'с.

w,m, С,РТК -

эффективность и стоимость выполнения i-fi боевой задачи подразделениями, оснашённьши традиционным (экипажным) ВВСТ

и РТК ВН. ytPTK

— уШйрб Ol погерь Л I"

Воеино-

^ I.....V MI I'I V и н оценки

J iyPTK> ff ВВСТ урПС < у ВВСТ

2. er* < C,BSCT

□pH IV,™ > 1У:ВВСТ,

У РТК < у ВВСТ

3. У,Р1К < У,ввст при W<prK > W.SSCT,

сртк < СБьа

:м in | эффективности II I- II-IIIM.KTвыполнения /-Й Соевой iiiil.rlil до н после оснатсшм niilliiiiilli::i|-|lilii ВС РФ IHpcnacTHBHUlfH РТК ВН

Рис. 2. Общая структура военно-экономической оценки целесообразности оснащения подразделений ВС РФ перспективными РТКСН

Этап 1 - формирование исходных данных, в том числе множество боевых задач, решаемых подразделением.

Этап 2 - оценка эффективности ЩВВСТ и затрат (СгввСТ ) на решение 7-й боевой задачи подразделением, оснащенным традиционным (экипажным) ВВСТ, оценка ущерба от потерь личного состава У7ВВСТ.

Этап 3 - оценка эффективности (^7РТК ) и затрат (С7РТК) на решение 7-й боевой задачи подразделением, оснащенным традиционным (экипажным) ВВСТ и перспективными РТК СН.

Этап 4 - определение области возможных Парето-оптимальных вариантов боевого

применения РТК СН, для которой ^РТК(УРТК СРТК) будет больше чем ^ВВСТ ВВСТ ВВСТ

(У7 С7 ) при использовании только традиционных (экипажных) ВВСТ, при условии снижения ущерба от потерь личного состава и не превышении выделенных объемов ассигнований СВЫД:

7

^ртк(УГкСГк) > ^ВВСТ(УВВСТСВВСТ), (1)

уРТк < уввст СртК < СВЬ1Д

Этап 5 - формирование области возможных вариантов соотношения традиционных (экипажных) ВВСТ и РТК СН, используемых подразделением для решения боевых задач, в которых может быть обеспечено приращение эффективности, согласно критериальным условиям (1).

Этап 6 - выбор рационального варианта соотношения традиционных (экипажных) ВВСТ и РТК СН, используемых подразделением для решения боевых задач осуществляется по критерию AW (AC, АУ) ^ max.

При этом возможны три основных направления военно-экономической оценки:

а) оценка приращения эффективности AWi(AWi = WPTK - WBBCT) при решении i-й боевой задачи с использованием РТК СН при фиксированных затратах С на ее решение и нормативно заданном ущербе У по сравнению с эффективностью решения этой же задачи только традиционным (экипажным) ВВСТ;

б) оценка снижения затрат ACi(ACi = СВВСТ - СРТК) на решение i-й боевой задачи с использованием РТК СН при фиксированной эффективности Wi ее решения и нормативно заданном ущербе У по сравнению с затратами на решение этой же задачи только традиционным (экипажным) ВВСТ;

в) оценка предотвращенного ущерба от потерь личного состава AУ (Ay = УВВСТ -УРТК) при решении i-й боевой задачи с использованием РТК СН при фиксированной эффективности Wi и стоимости Сi ее решения по сравнению с потерями личного состава при решении этой же задачи только традиционным (экипажным) ВВСТ.

Следует отметить, что с учетом других критериев (например, критерия оценки реализуемости вариантов) число направлений военно-экономической оценки может существенно возрасти.

В этом случае необходимо провести ранжирование критериев военно-экономической оценки эффективности использования РТК СН с учетом их приоритетов из трёх поставлены задач:

W ^ max при С < СВЫД, Т < ТЗАД; С ^ min при W > W™5, Т < ТЗАД;

Т ^ min при W < WТРЕБ, С < СВЫД

Таким образом применение методов математического моделирования позволит не только определить состав средств РТК, необходимых для решения всего круга задач, стоящих перед ним, но и оценивать эффективность его применения в различных условиях, разрабатывать рациональные тактические схемы боевых действий с участием РТК.

Таким образом можно определить вариант КПВТ НРП с рациональным набором компонентов вооружения обеспечивающего решение максимального количества огневых боевых задач, так и выбора наименее затратного КПТВ НРП.

При решении задачи выбора рационального состава КПТВ НРП считаются заданными: целевая обстановка (сценарные условия - вид боя, состав противоборствующих группировок, естественные внешние условия), характеристики ПТРК и артиллерийских систем, характеристики защищенности и уязвимости объектов бронетанковой техники, и других типовых целей в соответствии со средствами индивидуальной защиты, стоимости образцов вооружения, подлежащих оценки эффективности.

Требуется определить состав (виды огневых средств и боекомплект) КПТВ НРП, которые обеспечат выполнение максимального объема боевых задач в выбранных сценарных условиях с заданной эффективностью с минимизацией стоимости компонентов комплекса вооружения и боекомплекта.

Наиболее методически правильным приемом работы с критерием-вектором считается выбор одного из оценочных показателей в роли определяющего и использование других в качестве ограничений. Его физический смысл и содержание в полной мере соответствуют требованиям, предъявляемым методологией решения прямых задач исследования операций. Оценка эффективности боевого применения НРП с КПВ в составе парашютно-десантных подразделений преследует цель решения именно такой задачи [1-4].

Для реализации оценки эффективности боевого применения НРП с КПВ в составе парашютно-десантных подразделений методом аналогов необходимо сформировать следующую группу из четырех оценочных показателей:

W - результаты достижения цели функционирования объекта оценки;

С - материальные средства на создание и эксплуатацию объекта оценки, определяемые согласно работам [6-7];

Т - показатель, характеризующий время выполнения огневой задачи объектом оценки в составе подразделения;

S - показатель, характеризующий пространственные или другие условия применения

объекта.

Показатель W может выражаться количеством боевых единиц (БЕ), поражаемых ОВФ в процессе боя, соотношением или разностью относительных остатков БЕ сторон и другими величинами.

Показатель С, имея материальное содержание, может быть представлен количеством БЕ, боекомплектов и другими разновидностями измерений нарядов средств, необходимых для выполнения огневой задачи в заданных условиях боя. Однако, из-за того, что бой требует расхода разнородных ресурсов, показателям С и W может придаваться стоимостная форма выражения (измерение в рублях и в относительных стоимостях).

Показатель Т имеет значения, характеризующие временные параметры выполнения огневой задачи, а показатель S - глубину выполнения огневой задачи и другие условия, которые существенны при эксплуатации объекта оценки, а отношение S характеризует скорость

T

выполнения поставленной перед подразделением огневой задачи.

Любой из вышерассмотренных показателей со своими размерностями (руб., км/ч., шт. и т.п.) или их соотношения могут использоваться в роли определяющего показателя или частного критерия. При формировании оценочных показателей (частных критериев), отражающие разные, нередко противоречивые показатели (например, С и Т, которые желательно уменьшить, и W и S, которые следует увеличить), в виде соотношения (дроби) их значения могут не иметь явно выраженного физического или экономического смысла. Поэтому, как это было отмечено выше, наиболее методически правильным приемом работы с ними считается выбор одного из показателей в роли определяющего и использование других в качестве ограничений или характеристик условий (допущений) для их расчета или экспериментального определения. Их физический смысл и содержание в полной мере соответствует требованиям, предъявляемым методологией решения прямых задач оценки эффективности применения ВВТ (в данном случае оценки эффективности боевого применения НРП с КПВ в составе парашютно-десантных подразделений).

Таким образом, принимая значения C, W, T и S за составляющие показателя эффективности боевого применения НРП с КПВ в составе парашютно-десантных подразделений, значения Ca, Wa, Ta и Sa определим, как составляющие одноименного показателя эффективности боевого применения аналога объекта оценки. Формулы соотношений для расчетов значений оценки показателей принимают следующий вид:

Q, = W±

э C ■ T О = Wa ■ Sa

^эа с T

aa

где О - показатель эффективности боевого применения НРП с КПВ; Оэ - показатель эффек-

a

тивности боевого применения аналога объекта оценки.

Каждое из значений С ■ (Ca), W ■ (Wa), Т ■ (Ta) и S ■ (Sa) - может быть использовано в виде ограничений или характеристик условий выполнения поставленной задачи боевого применения НРП с КПВ и его аналога. Тогда согласно методу оценки по аналогу, формулы для вычисления значений критерия-вектора могут быть представлены следующими аналитическими выражениями:

Кэ^ = Оэ/ 0эа = W /Wa при Са = С = const, Sa = S = const и Ta = T = const;

К3s = Оэ/ Оэа = S / Sa приСа = С = const, Wa = W = const и Ta = T = const;

Кэс = Оэ/ Оэа = С / Сa при Wа = W = const, Sa = S = const и Ta = T = const;

К = Оэ/ Оэа = T / Ta при Са = С = const, Sa = S = const иWa = W = const,

где Кэ , Кэ , Кэ , Кэ - критерии эффективности боевого применения объекта оценки в ¿с dt

составе подразделений, показывающие кратность превосходства, например, подразделение, усиленное НРП с КПВ, над аналогичным подразделением без НРП или усиленное штатным вооружением по значениям, которые характеризуются относительными изменениями величин показателей C и Ca, W и Wa, T и Ta, S и Sa при условии постоянства значений триады пар других показателей [6-7].

(2)

Из данной системы уравнений (2) видно, что значения Кэ , Кэ , Кэ и Кэ предам 30

ставляют собой безразмерные величины, как отношения одноименных и одинаковой размерности оценочных показателей, которые при решении прикладной задачи в соответствующих постановочных вариантах являются определяющими и могут измеряться по метрической шкале.

Так, например, для достижения поставленной цели оценки критерий вида Кэ , со-

гласно физическому смыслу его содержания, следует выбирать тогда, когда альтернативные варианты НРП с ПТВ анализируются и выбираются по результату их боевого применения при заданных затратах и условиях боя, критерий Кэ - по средствам, затраченным на получение

эс

определенного боевого результата в заданных условиях боя, а критерии Кэ и Кэ - по целесообразным (предпочтительным) условиям выполнения поставленной задачи боя выделенными для этого средствами.

Если критерий эффективности боевого применения объекта оценки в составе подразделения вычисляется по значениям С и Са или Ж и Жа, измеряемым в натурных единицах (количеством требуемых образцов БТВТ или НРП на выполнение поставленной задачи и, соответственно, количеством пораженных целей), то далее по тексту настоящей работы согласно понятийному аппарату, сформировавшемуся в процессе оценки эффективности боевого применения образцов БТВТ, он называется критерием боевой эффективности применения (БЭП) НРП с КПВ в составе подразделений. Если же величина одной из этих пар значений измеряется стоимостными единицами, то он называется критерием военно-экономической эффективности применения (ВЭЭП) объекта оценки.

Показатели Qэ и Qэ , отношения которых количественно характеризуют значения

^эа

этих критериев, именуются показателями БЭП и ВЭЭП, соответственно. Количественные значения показателей критерия БЭП могут вычисляться по формуле, справедливость которой доказана в работах [3, 5] и имеющей следующий вид:

К — [1 - • N )2] • [1 - • М )*] (3)

эс [1 - (А • Л)2] • [1 - (8Ак М)2]

где 8Ак - количество оставшихся средств у стороны А после боя (на шаге к) ОВФ, оснащенных оцениваемыми НРП с ПТВ; 8вк - количество оставшихся средств у стороны В после боя против ОВФ, оснащенных оцениваемыми НРП с ПТВ; N и М- количество типов БЕ у сторон А и В соответственно.

Величины N и М определяются по следующим формулам:

N = (I П—^п )-1 и М — (I М=1Мт )-1, (4)

где Nn и Мт - количество типов БЕ у противоборствующих сторон, соответственно, типа п и типа т.

Величина, рассчитываемая по формуле (3), по физическому смыслу аналогична величинам Кэ рассчитываемым по второй формуле системы уравнений (2). Она показывает, во

сколько раз образцов БТВТ в ОВФ, вооруженных аналогами, потребуется больше, чем БТВТ в ОВФ того же состава, но с приданными НРП с КПВ, для выполнения одинаковой задачи с тем же результатом в заданных условиях боя. Для вычисления значения Кэ в стоимостных единицах (критерия ВЭЭП) применяется следующая формула:

М

-'я

Кэ — Кэ

^ея ^е

I (^а )т • Мт

т—1

М

I (^а )т • Мт

т—1

+ 8к • Мг, (5)

где К э - критерий ВЭЭ объекта оценки в бою ОВФ, показывающий во сколько раз стоимость

выполнения боевой задачи ОВФ со штатным ВВТ будет больше, чем стоимость выполнения той же задачи ОВФ, оснащенными НРП с КПВ (объектами оценки); (^а)т - стоимость выполнения огневой задачи, приходящаяся на единичный образец типа т в ОВФ с обычными (штатными) образцами БТВТ; & - аналогичная стоимость, приходящаяся на один образец НРП с КПВ с учетом стоимости пункта управления, обеспечивающего его функционирование; М\ - количество образцов НРП в составе ОВФ до начала боя.

Тогда целесообразность применения образцов НРП в составе подразделений будет определяться, при условии, если Кэ > 1.

Другие виды критерия, имеющиеся в системе уравнений (2), целесообразно использовать для качественной характеристики эффективности боевого применения НРП в составе подразделений. Их значения могут находится по следующим формулам:

К — [1 + (Бвк^) - {БЛкМ)] . (6)

эм [1 + (А^)а - (8Ак^М)а]'

Кэ( — (Кэс )а / Кэс, (7)

где (Кэ )а - значение критерия Кэ для аналоговых условий боя, в которых применяется объект оценки.

Из формул (2)-(7) видно, что представленные и рассмотренные критерии оценки НРП обладают следующими свойствами:

для расчета их значений и величин используется единая номенклатура показателей (С и Са, Ж и Жа, Т и Та, Б и 5а);

они критичны к особенностям оценок объекта, отличающим его конструкции и боевые возможности от обычных БТВТ, в различных условиях боя;

учитывают особенности группового применения объекта оценки при выполнении огневых задач в различных составах ОВФ против разнородных ОВФ противника;

обеспечивают получение исходной информации для решения прикладной задачи в любой её постановке при единой форме выражений соотношений оценочных показателей;

имеют ясный физический и экономический смысл, а также однозначность связи с содержанием прикладной задачи в каждом варианте;

могут использоваться при оценке как БЭП, так и ВЭЭП НРП в составе подразделений. Таким образом, выбранные и рассмотренные оценочные показатели, и критерии удовлетворяют основным требованиям, предъявленным к ним, и могут быть использованы для оценки эффективности боевого применения НРП в составе подразделений.

Исходя из особенностей и специфики подготовки и проведения моделирования процессов боевого функционирования показатели Ж и Жа в работе выбраны выходными, а С и Са, Т и Та, Б и Ба - входными (варьируемыми) показателями, задающимися в виде исходных данных для модели боя ОВФ.

Для проведения оценки эффективности применения НРП в составе подразделения в бою по сравнению с подразделением со штатным ВВТ методом аналогов выбраны следующие оценочные показатели и критерии:

В качестве оценочного показателя НРП в составе подразделения выбран показатель относительных остатков БЕ Пбэ после боя

„ 1 т Рсохр.т • Мт,нач

ПБЭ —-М-'

(Е т Мт )нач

где т и М - количество типов БЕ; Рсохр.т - вероятность сохранения БЕ типа т; Мт,тч - количество типов БЕ типа т до боя.

В качестве оценочного показателя подразделения со штатным ВВТ выбран показатель относительных остатков БЕ Пбэ после боя

БЭа

Р М

т гсохр.штв '1У1 штв.нач

П БЭа —-М-,

а (IМ М )

т 1У1 штв /нач

где Рсохр.штв - вероятность сохранения штатных БЕ типа т; Мштв.нач - количество штатных БЕ типа т до боя.

В качестве критерия в работе выбран коэффициент эффективности боевого применения НРП в составе подразделения Кбэ (8), показывающий кратность превосходства подразделения с НРП над аналогичным подразделением без НРП, определяемый следующим выражением:

КБЭ —> 1. (8)

ПБЭа

В качестве ограничений приняты: стоимостные затраты, глубина выполнения боевой задачи и время ее выполнения при условии одинаковых потерь противника.

Список литературы

1. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы и методология. М.: УРСС, 2006. 208 с.

2. Чуев Ю.В. Исследование операций в военном деле. М.: Воениздат, 1970. 270 с.

3. Есиков О.В., Мамон Ю.И., Романюта А.Е., Федянин Н.Д. Обоснование математических моделей боевых действий наземных робототехнических комплексов // Сборник трудов НТО РЭС им. А С. Попова. Тула, 2020. С. 183-193.

4. Чуев В.Ю., Дубограй И.В., Рябцев Р.А. Стохастические модели двухсторонних боевых действий многочисленных группировок с переменными эффективными скорострельностя-ми боевых единиц сторон при упреждающем ударе одной из них // Вооружение и экономика. 1 (47). 2019. С. 23-29.

5. Конструкторское бюро приборостроения имени академика А.Г. Шипунова (КБП 90 лет). Тула: ООО ИПК «Платина», 2017. 401 с.

6. Есиков О.В., Романюта А.Е., Федянин Н.Д. Математические модели определения состава робототехнических комплексов и оценки их эффективности // Сборник трудов НТО РЭС им. А С. Попова. Тула, 2020. С. 166-174.

7. Федянин Н.Д. Разработка прототипа интеллектуальной системы управления взаимодействием автономных боевых и обеспечивающих роботов с обычными образцами ВВТ // Сборник трудов НТО РЭС им. А.С. Попова. Тула, 2020. С. 174-183.

Мамон Юрий Иванович, д-р техн. наук, доцент, главный специалист, inf@cdbae.ru, Россия, Тула, АО ЦКБА,

Федянин Николай Дмитриевич, преподаватель, rvvdku@mil. ru, Россия, Рязань, Рязанское ГВВДКУ,

Курбатский Алексей Сергеевич, инженер, inf@,cdbae.ru, Россия, Тула, АО ЦКБА

ANALYSIS OF CRITERIA FOR EVALUATING THE EFFECTIVENESS OF THE USE OF SPECIAL-PURPOSE ROBOTIC SYSTEMS

N.D. Fedyanin, Yu.I. Mamontov, A.S. Kurbatsky

The methodological apparatus is substantiated and, based on it, criteria for assessing the feasibility and effectiveness of using robotic complexes for military purposes are proposed. The indicator of the relative remnants of combat units was chosen as an estimated indicator of a unit with a full-time military equipment.

Квy words: armament, rate of fire, combat capability, efficiency, means of protection, robotic complex.

Mamon Yuri Ivanovich, doctor of technical sciences, docent, chief specialist, inf@cdbae.ru, Russian, Tula, JSC CCBA,

Fedyanin Nikolay Dmitrievich, teacher, rvvdku@mil.ru, Russian, Ryazan, Ryazan GWD^,

Кмrbatsky Alexey Sergeevich, engineer, inf@cdbae.ru, Russian, Tula, JSC CCBA