CC BY
42Компонентный подход при проектировании образцов вооружения и военной техники
Полковник в отставке Р.В. ДОПИРА, доктор технических наук
Подполковник Д.В. ЯГОЛЬНИКОВ, кандидат технических наук
Полковник в отставке И.Е. ЯНОЧКИН, кандидат военных наук
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
Рассматривается подход к созданию и модернизации современных образцов вооружения и военной техники. Приводится классификация компонентов (элементов) разрабатываемых образцов по их новизне (инновационности), а также постановка задачи на проектирование по критерию «эффективность—стоимость».
The paper examines the approach to making and modernizing contemporary items of weapons and military hardware. It gives a classification of components (elements) in items being developed according to their novelty (innovativeness), and also sets the task of designing according to the efficiency-cost criterion.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
KEYWORDS
Компонентный подход, образец вооружения и военной техники, проектирование, модернизация, минимизация рисков, инновации.
Component approach, items of weapons and military hardware, designing, modernization, risk minimizing, innovation.
ПРИ СОЗДАНИИ перспективных образцов вооружения и военной техники (ВВТ) разработчик использует опыт прошлых разработок, и может некоторые конструкторские решения перенести на новые образцы. Такой подход минимизирует риски, связанные с проектированием новых компонентов (элементов) перспективного образца ВВТ, и способствует внедрению новых принципов функционирования и технических решений, т. е. инновационных компонентов. Новые решения обладают большим риском, связанным с необходимостью создания инновационных компонентов, требующих проведения исследовательских и опытно-конструкторских работ, что обуславливает некоторые неопределенности достижения конечного результата.
На этом фоне является актуаль- подходе использование КПИ позво-
ной задача определения оптимально- лит повысить реализуемость про-
го состава компонентов повторного ектов по созданию перспективных
использования (КПИ)1. При таком образцов ВВТ и снизить риски, свя-
занные с использованием новых проектных решений.
Известные методические подходы не учитывают такие аспекты компонентного подхода, как совместимость компонентов в образце ВВТ, возможность обеспечения длительной эксплуатации из-за возможности снятия с производства некоторых компонентов, а также стоимостные характеристики жизненного цикла (ЖЦ) образца ВВТ.
Этим обусловлена актуальность научной задачи, состоящей в разработке метода оптимизации затрат на проектирование перспективных образцов ВВТ с требуемой эффективностью на основе компонентного подхода и новой интегрированной модели управления проектом.
Современные образцы ВВТ являются структурно-сложными системами.
Задачей первоначального этапа создания перспективного образца ВВТ является определение соответствия поставленных целей и характеристик образца ВВТ, т. е. определение типа каждого элемента и облика образца в целом. Результатом этого этапа является формирование технических требований на разработку элементов образца. Научную основу исследований на данном этапе составляют методы анализа систем.
Задача этапа проектирования заключается в определении параметров каждого проектируемого элемента системы, конкретные параметры которого выбираются в условиях высокой степени неопределенности. Итогом данного этапа будет создание соответствующих проектов и разработка рабочих чертежей.
На следующем этапе идет изготовление каждого элемента проектируемого образца при обеспечении заданных характеристик.
Задачей этапа эксплуатации является обеспечение высокой на-
дежности и готовности образца к применению. Для ее решения могут быть использованы методы теории надежности, методы обслуживания сложных систем и другие методы исследования операций.
Задача этапа непосредственного применения заключается в определении условий и вариантов наилучшего использования образца ВВТ. Методы исследования эффективности непосредственного применения систем и планирования операций контроля и обслуживания будут являться основой для решения практических задач.
Обеспечение высокого качества современных систем вооружения связано с исследованием их эффективности на всех этапах функционирования. При этом особое место в исследованиях занимают этапы проектирования и эксплуатации систем. Принятые проектные технические решения во многом определяют эффективность системы на весь период ее существования, а рациональные программы обслуживания и обеспечения высокой надежности на этапе эксплуатации обеспечат требуемый уровень готовность к ее непосредственному применению.
Этап эксплуатации ВВТ включает техническое обслуживание систем, восстановление работоспособности после отказа, обеспечение запасными элементами и другие мероприятия, способствующие поддержанию ВВТ в рабочем состоянии. Основная задача теории эксплуатации заключается в научном прогнозировании состояний ВВТ и разработке с помощью специальных моделей и математических методов анализа и синтеза рекомендаций по обеспечению их функционирования.
Решение задач проектной эффективности ВВТ обуславливает: необходимость учета данных всех этапов создания и использования ВВТ при выборе наилучшего варианта про-
ектируемого элемента; выдачу исходных данных и рекомендаций для коррекции моделей, алгоритмов эксплуатации ВВТ и т. д.
При исследовании эффективности на этапе проектирования учет взаимосвязи и взаимной зависимости всех этапов ЖЦ ВВТ является весьма важным. Очевидно, что если на этапе проектирования будет выбран параметр, который не позволит эффективно использовать изделие, вызовет сложности в эксплуатации, затруднит или исключит возможность изготовления или приведет к созданию отдельного элемента, не увязанного образцом ВВТ, то становится ясно, что для правильного выбора параметров необходимо учитывать полный ЖЦ ВВТ.
Структуру проектируемого образца ВВТ можно детализировать по уровням иерархии, где верхний уровень представления — новый образец ВВТ, средний уровень — сложные компоненты, содержащие простые компоненты нижних уровней, а нижний уровень — отдельные элементы системы (простые компоненты).
По степени новизны компоненты делятся на следующие классы.
Класс 1 — компоненты повторного использования2. Характеризуются минимальными рисками проектирования, стоимостными и временными затратами.
Класс 2 — инновационные (новые) компоненты (ИК). Они обладают максимальным риском создания, большими стоимостными и временными затратами. Но при этом определяют прогрессивность создаваемого образца ВВТ.
Класс 3 — комбинированные компоненты (КК). Представляют собой сложные компоненты, которые состоят как из простых, как КПИ, так и из новых ИК. Риск при этом определяется соотношением КПИ и ИК и сложностью процесса ком-
плексирования простых компонентов в сложные.
Иерархическая структура модели образца, включающая КПИ, ИК и КК обусловливает необходимость создания соответствующей модели ЖЦ и интегрированной модели процесса проектирования. При этом требования к разработке перспективных образцов ВВТ можно представить в виде трех групп: организационные, экономические и технологические.
Организационные требования связаны с необходимостью определения системы управления проектом для анализа и выбора структуры и компонентного состава перспективного образца ВВТ с учетом простых и сложных компонентов (КПИ, ИК, КК).
Экономические требования обусловлены решением задачи оптимизации затрат на создание образца ВВТ с учетом применения компонентного подхода.
Технологические требования связаны с необходимостью создания новой технологии проектирования, использующей компонентный подход и интеграционную модель ЖЦ перспективного образца ВВТ, с помощью которой оптимизируется ЖЦ разрабатываемого образца ВВТ.
Интеграционная модель синтезирует в себе сетевую модель проектирования и модель эксплуатации образца ВВТ. Сетевая модель предназначена для оценки технологических решений при компонентном подходе, а модель эксплуатации — для оценки экономических требований.
Задача оптимизации компоновки образца ВВТ состоит в выборе компонент различной степени новизны таким образом, чтобы в заданных ресурсных ограничениях достичь максимальной эффективности проектируемого образца ВВТ.
Эффективность образца ВВТ определяется по качеству решения возложенных на него функциональ-
ных задач при выборе компонентов в соответствии с приведенной классификацией. Стоимость проектируемого образца ВВТ определяется ценовыми параметрами выбранных компонентов.
При этом необходимо учитывать, что каждый компонент должен выбираться только по одному из вариантов, и все компоненты должны быть выбраны.
Такая задача по своей постановке наиболее подходит к проектируемым образцам на которых осуществляется модернизация. По отношению ко вновь создаваемым образцам ВВТ задача выглядит следующим образом: необходимо спроектировать образец ВВТ с тактико-техническими характеристиками не ниже заданных заказчиком при минимальных затратах на его реализацию.
Две эти задачи являются задачами линейного программирования и могут быть решены одним из методов: венгерский метод, метод ветвей и границ, метод последовательного анализа вариантов.
Говоря о функциональности компонентов, следует отметить, что практическая деятельность человека убедительно доказывает: наиболее эффективными и «жизнеспособными» являются системы на базе многофункциональных компонентов3. Причем, чем выше уровень организации систем, тем большее число многофункциональных элементов (подсистем) входит в состав системы.
Положение об эффективности реализации функций многофункциональными компонентами встречает следующее возражение: специализированная система всегда проще многофункциональной. С этим трудно не согласиться, но надо помнить, что современные сложные системы реализуют, как правило, не одну функцию, а совокупность функций — дерево основных и дополнительных функций.
Во многих случаях многофункциональность системы на более высоких уровнях обеспечивается специализацией на нижних уровнях. Но если внимательно присмотреться к этим «специализированным» элементам и подсистемам нижних уровней, то легко заметить, что и они реализуют не одну функцию, а определенную их совокупность.
Реализация компонентного подхода к проектированию перспективных образцов ВВТ возможна на основе применения современных информационных технологий (ИТ). Применительно к проектированию перспективных образцов ВВТ использование ИТ обеспечивает следующие возможности пользователям4.
Первая — комплексный подход к решению общей задачи проектирования на всех ее этапах от технического замысла до создания интерактивных электронных руководств на готовый образец ВВТ. Это обеспечивает установление тесной связи между частными задачами, возможность интенсивного обмена информацией взаимодействия как отдельных процедур, так и этапов проектирования. Например, задачи компоновки, размещения и трассировки решаются в тесной взаимосвязи. Это же относится к схемотехническим и техническим этапам проектирования.
Вторая — интерактивный режим проектирования, при котором реализуется непрерывный процесс диалога «человек-машина». Это позволяет в полной мере использовать творческие возможности проектировщика, быстродействие и память компьютерной техники.
Третья — широкое использование возможностей имитационного моделирования функционирования ВВТ в различных состояниях и под действием разных возмущений. Это позволяет оперативно оценить качество работы по всем частным показателям,
определяющим эффективность ВВТ, оптимизировать режимы работы, рассмотреть несколько вариантов проекта и выбрать наилучший.
Четвертая — усложнение программного и информационного обеспечения при проектировании ВВТ как в комбинированном (объемном), так и в идеологическом смысле. В последнем случае имеется в виду развитие языков общения пользователя с ЭВМ, баз данных, программ информационного обмена между частями системы, программ проектирования, обучения, систематизации и обобщения опыта, усовершенствования стратегий принятия проектных решений.
Пятая — усложнение технических средств информационной поддержки процесса проектирования и расширение их функциональных возможностей за счет применения компьютеров высокой производительности, многомашинных комплексов, разветвленной системы периферийных устройств, в том числе для отображения информации, диалога и изготовления документации.
Шестая — замкнутость процесса проектирования, т. е. автоматизированное с использованием диалогового режима выполнение всех операций от этапа технического замысла до технического решения разработки документации для изготовления ВВТ и управления технологическими процессами.
Седьмая — принятие обоснованного решения на каждом этапе проектирования для выбора наилучшего варианта из множества альтернативных.
Использование ИТ на предприятиях дает возможность полнее реализовать вклад следующих составляющих:
• автоматизация и информатизация — сбор и переработка информации о процессе для принятия решений;
• организация последовательности этапов процессов и обеспечение их параллельного осуществления;
• контроль — постоянное отслеживание состояния и объектов процессов;
• интеграция — координирование различных процессов.
Большое значение имеют также устранение промежутков и прерываний в процессе, совершенствование методов анализа информации и процедурного принятия решений, координирование процессов, осуществляемых на больших расстояниях.
Таким образом, внедрение компонентного подхода в разработку и модернизацию современных образцов ВВТ, а также его программную реализацию на предприятиях и конструкторских бюро поможет повысить эффективность создаваемых изделий, а также минимизировать риски, связанные с проектированием новых инновационных компонентов (элементов).
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Замирец Н.В., Щеголь В.А. Оптимизация затрат на создание компонентной архитектуры космического изделия // Авиационно-космическая техника и технология. 2008. № 2 (49). С. 93—95.
2 Федорович О.Е., Некрасов А.Б., Пло-хов С.С. Применение компонент много -кратного использования в управлении проектами разработки новой техники //
Радюелектронш 1 комп'ютерш системи. 2005. № 2 (10). С. 104—107.
3 Балашов Е.П. Эволюционный синтез систем. М.: Радио и связь, 1985.
4 Муромцев Ю.Л., Орлова Л.П., Муромцев Д.Ю., Тютюнник В.М. Информационные технологии проектирования РЭС. Ч. 1. Основные понятия, архитектура, принципы. Тверь: ТГТУ, 2004.
