CC BY
10Методы управления технической готовностью ракетных комплексов стратегического назначения на этапах жизненного цикла в условиях возникновения дисбалансов и ресурсных ограничений
Полковник И.И. ЖЕРЕБЬЕВ, кандидат технических наук
Полковник запаса С.В. УЛЬЯНОВ, доктор технических наук
АННОТАЦИЯ ABSTRACT
Предложены новые методы управления технической готовностью ракетных комплексов стратегического назначения на этапах жизненного цикла, основанные на имитационном моделировании процессов их разработки и эксплуатации и выборе рационального варианта решений, обеспечивающего минимизацию суммарных затрат на реализацию жизненного цикла и интегрального ущерба от потерь готовности комплексов на этапе эксплуатации.
Ракетные комплексы стратегического назначения, жизненный цикл, техническая готовность, ущерб.
The paper proposes new methods of controlling the technical readiness of strategic missile systems at lifecycle stages based on simulation modeling of their development and operation and choice of rational solutions that ensure minimal full costs of lifecy-cle implementing and integral damage from their readiness loss at the exploitation stage.
KEYWORDS
Strategic missile systems, lifecycle, technical readiness, damage.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
ОДНОЙ из приоритетных задач ядерного сдерживания является повышение эффективности управления жизненным циклом ракетных комплексов стратегического назначения (РКСН), вносящих основной вклад в обеспечение обороноспособности нашей страны. Применительно к данным комплексам особенно жестко формулируются требования по срокам их разработки и постановки на боевое дежурство, обеспечению требуемых тактико-технических и эксплуатационных характеристик, уровней технической готовности и безопасности эксплуатации.
Жизненный цикл (ЖЦ) РКСН
представляет собой последовательность взаимоувязанных этапов: исследования и обоснования разработки, разработки, производства, эксплуатации и утилизации (ликвидации), а также протекающих на этих этапах процессов.
По своему характеру процессы жизненного цикла РКСН условно можно разделить на технологические операции (работы) и контрольные операции (экспертизы, испытания, проверки). К технологическим операциям относятся: разработка конструкторской, технологической и эксплуатационной документации, подготовка опытного производства, изготовление опытных образцов, проведение автономных, комплексных, межведомственных и летных испытаний, изготовление серийных изделий, выполнение работ с изделиями РКСН на этапах эксплуатации и утилизации. К контрольным операциям — все виды экспертиз, контроля и проверок полноты и качества проведения работ на этапах жизненного цикла РКСН, в том числе процедуры согласования и утверждения документов и принятия решений.
Управление ЖЦ РКСН представляет собой совокупность видов деятельности Заказчика, института Заказчика, разработчиков, изготовителей, испытательных частей и полигонов, арсеналов, эксплуатирующих организаций, направленных на обеспечение и поддержание требуемых характеристик (тактико-технических и эксплуатационных: показателей технической готовности, надежности, безопасности и др.) ракетных комплексов стратегического назначения и их составных частей (СЧ).
Основные задачи, решаемые при управлении жизненным циклом РКСН, представлены на рисунке 1:
1. Управление созданием ракетных комплексов стратегического назначения, обладающих требуемыми тактико-техническими и эксплуатационными характеристиками в заданные директивные сроки.
2. Управление обеспечением требуемых уровней укомплектованности, технической готовности и безопасности РКСН в течение всего срока эксплуатации при минимально возможных затратах.
I. Управление созданием РКСН. обладающих требуемыми тактико-
техническими и эксплуатационными характеристикам и,
в заданные директивные сроки
2. Управление обеспечением требуемых уровнен у ком пл с ктова н ности, технической готовности и безопас ности РКСН в течение всего срока эксплуатации при минимально возможных затратах
*
на этапе исследований н обоснования разработки:
■ обоснование требований к РКСН и сгоСЧ; на этапе разработки:
• формнрованне планов-графиков (программ) проведения работ;
■ оценка и контроль выполнения требований к характеристикам РКСН;
• анали:), оценка и приемка результатов НИОКР:
• управление конфигурацией РКСН, проектной, конструкторской и эксплуатационной документацией;
• расчет планируемых и фактических технико-экономических показателей ни создание, изготовление и эксплуатацию РКСН;
па этапе произведет на:
■ управление технологической документацией;
• управление материально-техническим обеспечением и ¡апасами;
■ управление качеством и надежностью выпускаемой продукции;
■ управление изготовлением РКСН; на этапе эксплуатации:
• управление эксплуатацией РКСН в воинских частях;
■ управление сервисным обслуживанием РКСН; на этапе ликвидации (утилизации):
• управление процессами утилизации (ликвидации)
Рис. 1. Задачи, решаемые при управлении жизненным циклом РКСН
Управление жизненным циклом РКСН осуществляется с использованием ряда ключевых параметров, отражающих текущее состояние ре-
ализации жизненного цикла РКСН через соответствующие характеристики и процессы его жизненного цикла (рис. 2).
Рис. 2. Ключевые параметры реализации жизненного цикла РКСН
Под эксплуатационными характеристиками понимаются характеристики одного или нескольких свойств РКСН, обусловливающих его приспособленность к эксплуатации в определенной системе эксплуатации.
Под характеристиками процессов ЖЦ РКСН понимаются характеристики хода выполнения мероприятий и работ, стоимостные и временные характеристики, а также характеристики качества информации всех процессов ЖЦ РКСН.
В первую группу ключевых параметров входят характеристики РКСН, заданные в ТТЗ МО РФ, во вторую — характеристики, отражающие долю выполненных работ и решенных задач; временные и стоимостные показатели процессов жизненного цикла; показатели качества информации.
При реализации жизненного цикла РКСН под воздействием внутренних и внешних дестабилизирующих факторов (дисбалансов) могут возни-
кать отклонения ключевых параметров от заданных значений.
К внутренним дестабилизирующим факторам относятся:
• ошибки в проектной, конструкторской, технологической и эксплуатационной документации, приводящие к невыполнению требований ТТЗ, возникновению конструктивных и производственных дефектов, отказов, аварийных ситуаций и аварий при испытаниях и эксплуатации комплекса;
• неполнота или некачественное проведение работ и мероприятий, предусмотренных плановыми документами;
• затягивание сроков проведения работ, увеличение затрат;
• нарушение сроков и недостаточные темпы (объемы) поставки комплектующих элементов, техники;
• срыв сроков (низкие темпы) проведения строительно-монтажных работ.
К внешним дестабилизирующим факторам относятся:
• корректировка требований ТТЗ к тактико-техническим характеристикам (ТТХ) и эксплуатационным характеристикам (ЭХ) комплекса, штатному составу его элементов, изменению условий эксплуатации РКСН и др.;
• изменение директивных сроков создания и эксплуатации комплекса, объемов ассигнований, выделяемых на проведение ОКР и эксплуатацию РКСН, и др.
Для оценки эффективности управления технической готовностью РКСН на этапах жизненного цикла в условиях возникновения дисбалансов и ресурсных ограничений разработана система показателей эффективности, включающая обобщенный, комплексные и частные показатели эффективности.
В качестве обобщенного показателя эффективности управления технической готовностью РКСН предлагается использовать верхнее интервальное значение интегрального ущерба от дисбалансов на этапах жизнненного цикла РКСН.
Комплексными показателями эффективности управления технической готовностью являются:
• точечные и интервальные значения времени и стоимости реализации отдельных этапов ЖЦ РКСН;
• вероятности возникновения дисбалансов ключевых параметров на различных этапах ЖЦ РКСН;
• абсолютные и относительные значения дисбалансов (отклонений) ключевых параметров на различных этапах ЖЦ РКСН;
• точечные и интервальные значения величин ущерба от возможных дисбалансов на различных этапах ЖЦ РКСН.
Частными показателями эффективности управления ЖЦ являются:
• точечные и интервальные значения времени и стоимости выполнения различных технологических и контрольных операций на этапах ЖЦ;
• вероятности внесения, выявления и устранения дефектов при выполнении отдельных технологических и контрольных операций.
В качестве критерия эффективности управления технической готовностью РКСН предлагается использовать обеспечение минимального значения интегрального ущерба от возможных дисбалансов ключевых параметров реализации проектов на этапах ЖЦ РКСН.
При описании процессов ЖЦ РКСН ранее применялись сетевые модели, а также стохастические сетевые модели, позволяющие учитывать возможные альтернативные варианты течения процессов при появлении неблагоприятных событий, связанных с возникновением, выявлением и устранением дефектов изделий. Однако указанные модели предназначены для оценки лишь временных и стоимостных характеристик исследуемых процессов и не позволяют оценивать всю номенклатуру показателей эффективности управления технической готовностью РКСН.
Кроме того, существующие методы не позволяют учитывать:
• комплексное влияние решений по управлению технической готовностью РКСН на вероятности возникновения дисбалансов ключевых параметров, временные и стоимостные характеристики выполнения технологических и контрольных операций;
• взаимосвязь вероятностей возникновения дисбалансов ключевых параметров реализации проектов на различных этапах ЖЦ РКСН;
• риски ущерба от возможных дисбалансов.
Таким образом, возникло противоречие между необходимостью выбора рациональных решений по управлению технической готовностью РКСН с учетом рисков ущерба от возможных дисбалансов и невозможностью решения данной задачи
с использованием существующих методов. Поэтому актуальной научной проблемой, требующей решения, является разработка методов управления технической готовностью РКСН на этапах жизненного цикла в условиях возникновения дисбалансов и ресурсных ограничений.
Сформулируем математическую постановку задачи по разработке методов управления технической готовностью РКСН, где определены:
• состав и требуемые характеристики РКСН, х;
• структура жизненного цикла РКСН, I;
• возможные варианты решений по управлению технической готовностью РКСН на этапах его ЖЦ, О=(со.}1;
• функции распределения времени и стоимости реализации процессов ЖЦ для выбранных вариантов решений, РТ(Т с.), РС(С, с.);
• множество возможных дисбалансов ключевых параметров реализации проектов на этапах ЖЦ (отклонений, дефектов), Д;
• вероятности внесения дефектов при выполнении технологических и контрольных операций в процессе реализации ЖЦ, р0(со);
• вероятности выявления и устранения дисбалансов при выполнении технологических и контрольных операций, рв(со).
Необходимо разработать модели, алгоритмы и метод, позволяющие:
а) установить зависимость показателей эффективности управления технической готовностью РКСН (обобщенного, комплексных и частных) от характеристик комплекса и реализуемых вариантов решений по управлению технической готовностью (параметров управления ЖЦ) РКСН, сое О:
где: 5Хр(-)=(Сх(-)+их(-))р — верхнее интервальное значение (при заданной доверительной вероятности в) суммы затрат на обеспечение технической готовности РКСН на этапах ЖЦ и интегрального ущерба от потерь готовности на этапе его эксплуатации;
б) определить рациональный вариант решений по управлению технической готовностью РКСН (со*е О), обеспечивающий минимизацию суммарных затрат на реализацию жизненного цикла и интегрального ущерба от потерь готовности комплексов на этапе эксплуатации, такой, что:
ш
агд тт5г (х(ш),Рг(Р,ш),Рс(С,оо),р0(ш),рв(ш)),
шей к у
при ограничениях:
где: х(-), хтр — обеспечиваемые и требуемые характеристики РКСН;
k — индикатор, принимающий значение 1, если характеристика комплекса должна превышать требуемое значение, и 0 — в противном случае;
.^окр^окр /
Ср>С — прогнозируемая (при заданной доверительной вероятности Р) и предельная стоимость ОКР;
окр окр
Тр , Tпр— прогнозируемая и предельная продолжительность ОКР.
Для решения первой задачи (а) разработан метод оценки показателей эффективности управления технической готовностью РКСН, представленный на рисунке 3.
Для оценки показателей эффективности управления технической готовностью РКСН на этапах его жизненного цикла в условиях возникновения дисбалансов разработана имитационная модель ЖЦ РКСН, представленная на рисунке 4.
В отличие от существующих сетевых моделей, используемых в методах сетевого планирования и управления, данная имитационная модель (ИМ) учитывает совместное влияние принимаемых решений по управлению технической готовностью РКСН на вероятности возникновения и выявления дисбалансов, временные и стоимостные характеристики реализации проектов. Она позволяет определять числовые характеристики интегрального ущерба от возникающих дисбалансов и математическое ожидание суммарного количества дисбалансов.
Показатели эффективности управления технической готовностью ракетных комплексов стратегического
назначения на этапах его ЖЦ в условиях возникновения дисбалансов оцениваются разработанной авторами статьи имитационной моделью ЖЦ.
Случайные события и случайные величины в ИМ генерируются датчиками случайных чисел. Случайные величины времени и стоимости реализации этапов ЖЦ РКСН определяются с учетом структуры (сетевых графиков) работ. Случайные события возникновения дисбалансов фиксируются при превышении заданных предельных значений времени и стоимости реализации i-го этапа жизненного цикла РКСН или появлении критичных дефектов в алгоритме.
Для оценки показателей эффективности управления технической готовностью РКСН по результатам статистического моделирования ЖЦ разработаны:
• стохастическая сетевая модель возникновения дисбалансов на этапах ЖЦ РКСН;
• логические функции возникновения дисбалансов;
• расчетные соотношения для определения вероятностей возникновения дисбалансов;
• зависимости для определения числовых характеристик интегрального ущерба от дисбалансов и математического ожидания суммарного количества дисбалансов при реализации жизненного цикла ракетного комплекса.
Для выбора рационального варианта решений по управлению технической готовностью РКСН на этапах его жизненного цикла разработан метод, структура которого приведена на рисунке 5.
Метод предусматривает:
• оценку вкладов принимаемых решений в изменение обобщенного показателя эффективности управления технической готовностью РКСН и стоимости реализации решений;
• исключение решений, имеющих минимальные значения отношения изменения эффективности и стоимости;
Рис. 3. Структура метода оценки показателей эффективности управления технической готовностью (ТГ) РКСН
Рис. 4. Структура имитационной модели жизненного цикла РКСН
1, Формирована множества возможны! вариантов решении по управлении ТГ РКСН
I I - Алгоритм формирования множества возможных вариантов решений с использованием ипеютковно аппарата отавой алгебры
2. Опенка эффективности прншвкмш вариантов решений по управлению ТГ РКСН
2.1.1Ьппацводаая модель лишенного цикла РКСН
22. Математические мосши оценки эффективности управления жюненным никлом РКСН
}. Выбор рационального варианта решении по управлению ТГ РКСН
3.1. Алгоригапоисха рационального варианта решений по управлению 11 РКСН _с использованием метода наискорейшего спуска_
О '
4. Вывод результатов решении задачи
Рис. 5. Структура метода выбора рационального варианта решений по управлению технической готовностью РКСН на этапах ЖЦ
• определение наилучшего достигнутого значения показателя эффективности реализации комплекса решений, удовлетворяющего заданным ресурсным ограничениям (по результатам структурной оптимизации).
На основе разработанных методов подготовлен макет программного комплекса оценки показателей эффективности управления технической готовностью РКСН в условиях возникновения дисбалансов.
С использованием разработанного методического и программного обеспечения решена задача выбора рационального варианта решений по обеспечению требуемых уровней технической готовности перспективных комплексов мобильного базирования. Вариантом решений, обеспечивающим минимальные значения интегрального риска возникновения дисбалансов на этапах ЖЦ, выбран вариант перехода от планово-предупредительной стратегии технического обслуживания ряда агрегатов и систем РКСН к стратегии их технического обслуживания по фактическому техническому состоянию.
Кроме того, на выбор рационального варианта решений направлено создание:
• имитационно-моделирующего комплекса оценки и подтверждения показателей надежности и эксплуатационных характеристик РКСН на этапах разработки и эксплуатации;
• автоматизированных систем контроля и прогнозирования технического состояния РКСН, обеспечения адаптивного к изменяющимся условиям эксплуатации запаса ЗИП, управления эксплуатацией РКСН, поддержки принятия решений по управлению жизненным циклом РКСН.
Таким образом, разработаны методы эффективного управления технической готовностью ракетных комплексов стратегического назначения, позволяющие обеспечивать решение задач анализа и синтеза рациональных вариантов решений по управлению технической готовностью РКСН на всех этапах их жизненного цикла в условиях возникновения дисбалансов и ресурсных ограничений.
