CC BY
19УДК 355.7:621.314.222
Новиков В.А., Дубинин С.Г., Захаров В.И. Novikov V.I., Dubinin S.G., Zaharov V.I.
Научная постановка задачи обоснования рационального состава средств защиты военной автомобильной техники от обнаружения и поражения Scientific statement of the problem of substantiating the rational composition of the means of protection of military vehicles from detection and destruction
Аннотация: В статье рассмотрен вопрос математической постановки задачи обоснования рационального состава средств защиты военной автомобильной техники (ВАТ) от обнаружения и поражения.
Abstract: He article deals with the mathematical formulation of the problem of substantiating the rational composition of the means of protection of military automotive equipment (VAT) from detection and destruction.
Ключевые слова: защищенная автомобильная техника, средства защиты, средства снижения заметности, технические объекты, технические решения.
Key words: protected automotive equipment, protective equipment, means of reducing visibility, technical objects, technical solutions.
Опыт современных вооруженных конфликтов показал востребованность и высокую эффективность применения защищенной автомобильной техники. Особенно широкое применение она получила в зарубежных армиях, участвующих в боевых действиях на Ближнем Востоке, на Кавказе и Сирии. Определенный прогресс наметился и в оснащении защищенными автомобилями Вооруженных сил Российской Федерации (ВС РФ) [1,2]. В настоящее время завершена разработка и приняты на снабжение ВС РФ защищенные автомобили семейства «Тайфун-К» разработки ПАО «КАМАЗ» (модели КАМАЗ-63968, КАМАЗ-63969, 3A-53949 и их модификации) и защищенные автомобили семейства «Тайфун-У» разработки АО «АЗ «УРАЛ» (модели УРАЛ-63095, УРАЛ-63099 и их модификации). На шасси данных защищенных автомобилей монтируются различные комплексы вооружения для нужд инженерных войск (ОКР «Клещ»), воздушно-десантных войск (ОКР «Тайфун-ВДВ», ОКР «Глыба»), войск связи (ОКР «Кассиопея», ОКР «Созвездие-2015»), войск радиационной биологической и химической защиты (ОКР «Богомаз») и для других органов военного управления.
Основными поражающими факторами для военной автомобильной техники (далее - ВАТ) с учетом специфики ее применения в боевых условиях являются пули стрелкового оружия, осколки и фугасное воздействие артиллерийских снарядов, мин и самодельных взрывных устройств (СВУ), кумулятивные головки ручных противотанковых гранат (РПГ). В крупномасштабных военных конфликтах планируется широкое применение технических средств разведки и высокоточного оружия (ТСР и ВТО), а также существует угроза применения оружия массового поражения (ОМП) [3,4]. Ведутся разработки потенциально опасного для ВАТ оружия на новых физических принципах (ОНФП). Поэтому ВАТ, которая является основным средством подвижности различных видов вооружения и военной техники, должна обладать высокими уровнем защиты при требуемых показателях грузоподъемности и подвижности [5,6].
Попытки повышения уровня защиты образцов ВАТ с использованием существующих материалов и технологий привело к значительному росту их массовых характеристик и
снижению подвижности. На защищенных образцах ВАТ в значительной степени израсходован потенциал грузоподъемности из-за наращивания уровня защиты от поражающих факторов оружия.
Для разрешения указанного противоречия в настоящее время за рубежом активно ведутся работы по созданию новых, более эффективных броневых материалов, защитных систем и технических средств, позволяющих значительно снизить снаряженную массу защищенных автомобилей. К таким разработкам можно отнести новые виды композиционной брони четвертого поколения немецкой компании Ingenieur Buro Deisenroth (IBD), Plasan Sasa и Israel Military Industries (Израиль), CeramTec-ETEC и IBD (Германия), Bristol Composite Materials Engineering Ltd. (Великобритания), прозрачной брони типа ALON (США) и др.
Основные усилия сосредоточены на баллистической и противоминной защите, защите от кумулятивных боеприпасов, самодельных взрывных устройств, средств обнаружения, целеуказания и наведения. Ведутся также работы по защите образцов военной техники от оружия, создаваемого на новых физических принципах.
Научно-технический задел, накопленный в ходе создания образцов семейств отечественных защищенных автомобилей «Тайфун-К», «Тайфун-У» и «Тайфун-ВДВ», используется при обосновании технического облика (схем, средств и материалов для противопульной, противоосколочной, противоминной защиты, средств снижения заметности) перспективных защищенных автомобилей.
Средства защиты для ВАТ, используемые в целях повышения уровня защищенности от обнаружения (распознавания) и поражения, представляют собой сложные технические системы, характеризующиеся совокупностью технических характеристик (параметров)
Х = {xj, j = 1N }, (1)
где xj - значение j - й технической характеристики (параметра); N - множество значений индексов технических характеристик системы. При постановке задачи исследования целевой установкой является обоснование состава средств защиты для образцов семейств защищенных автомобилей, входящих в состав перспективного перечня ВАТ на период до 2030 г., с учетом предъявляемых к ним тактико-технических требований, условий функционирования, решаемых ими задач, а также совместимости отдельных элементов.
При обосновании качественного состава средств защиты ВАТ принимаются следующие основные допущения и ограничения:
формирование рационального состава средств защиты осуществляется на множестве как существующих, так и перспективных технических средств и способов защиты (технических объектов, технических решений);
количество типов средств защиты конечно и не менее существующего количества типов средств, используемых в настоящее время;
формирование рационального состава средств защиты ВАТ осуществляется с учетом требований к заданному уровню защиты образца без снижения его основных ТТХ, что, безусловно, наложит определенные ограничения (в части запаса грузоподъемности, проходимости, стоимости средств защиты и др.).
В качестве типов, определяющих назначение средств защиты i, могут рассматриваться:
средства снижения заметности ВАТ от ТСР и ВТО;
средства противопульной и противоосколочной защиты;
средства защиты от мин и СВУ;
средства защиты от кумулятивных РПГ;
средства защиты от поражающих факторов ОМП; средства защиты от ОНФП.
Содержательная и математическая постановка задачи исследования может быть представлена следующим образом.
Пусть имеется множество Б альтернативных вариантов исполнения каждого из технических средств (средств защиты), которые могут быть включены в состав индивидуального комплекта, т.е. множество Б есть совокупность отдельных элементов (образцов)
йу еБ, 1=17; , (2)
где / - тип средства (по его назначению);
] - вариант технического исполнения (модификация) средства данного типа. Указанное множество Б включает в себя два подмножества - подмножество существующих средств защиты Б * и подмножество перспективных средств защиты Бр , т.е.
Б = Б * и Бр, (3)
Б * П Бр = 0 (4)
Из числа средств, входящих во множество Б, формируются усеченные подмножества Б/, которые включаются в состав комплектов I - го типа для оснащения определенного защищенного автомобиля
Б/ < Б, (5)
где I - тип комплекта (например, I = 1 - индивидуальный комплект для объекта типа защищенный автомобиль колесной формулы 4х4 (например, УРАЛ-53099); I = 2 -индивидуальный комплект для объекта типа защищенный автомобиль колесной формулы 6х6 (например, УРАЛ-63099) и т.д.).
При этом выбранные по определенному критерию подмножества Б1, Б2, , Б1 множества Б, представляют собой некоторое новое множество включенных в комплекты средств защиты Бу , содержащее подмножества как существующих, так и перспективных средств защиты, т.е.
Бу = Б1 иБ2 и ... иБг , (6)
Бу = Бу * и Бур . (7)
Следует учесть то, что множество Бу не может и не должно быть пустым (т.е. Бу Ф 0). Отбор элементов множества Б для включения их в подмножество Бу с целью последующего выбора рационального состава комплектов средств защиты для ВАТ, и поиск, при необходимости, новых (недостающих) элементов подмножества Бу р могут быть произведены с использованием существующих экспертных методов, методов логического анализа и синтеза технических решений, например, параметрического синтеза технических объектов, а также с использованием интерактивных процедур поиска [7, 8]. Дальнейшее определение рационального варианта комплекта средств защиты может производиться с использованием различных математических моделей и методов.
Таким образом, из множества Бу требуется выбрать такое подмножество технических объектов Бу 0 ^ Бу , чтобы по одному наиболее предпочтительному или нескольким критериям оценки рекомендуемый вариант технической системы был наиболее рациональным среди рассматриваемых вариантов. Указанная задача может иметь приемлемое решение только при наличии достаточной исходной совокупности элементов множества Бу * и множества Бур.
Результаты предварительного анализа как отдельных средств защиты, предполагаемых для включения в состав комплектов, имеющих различные технические характеристики и зачастую собственные критерии функционирования (эффективности), так и всей технической системы в целом с ее многими переменными и связями между объектами, показывают, что выбор
рационального состава комплекта средств защиты по какому-либо одному показателю весьма затруднителен и практически невозможен.
Это обусловлено и тем, что для различных случаев (вариантов) применения комплектов средств защиты в боевых условиях аналитически не представляется возможным определить функциональную зависимость показателя эффективности функционирования системы (целевой функции) F(X) от значений отдельных показателей х ввиду влияния большого числа факторов. Применение же методов математического моделирования боевых действий на одном из стратегических направлений характеризуется не только сложностью формализации моделей такого уровня, но и существенными затратами машинного времени для расчетов только по одному варианту построения комплекта.
В этой связи, для решения поставленной задачи исследования наиболее целесообразным представляется использование нескольких локальных критериев оценки и применение методов векторной оптимизации. В качестве отдельных локальных критериев оценки качественного состава формируемой технической системы (комплектов средств защиты) могут быть приняты:
- показатели заметности ВАТ в видимом, ИК и РЛ диапазонах длин волн;
- показатели противопульной и противоосколочной защиты ВАТ;
- показатели защиты ВАТ от мин и СВУ;
- показатели защиты ВАТ от кумулятивных Р111;
- показатели защиты ВАТ от поражающих факторов ОМП;
- показатели защиты ВАТ от ОНФП.
В основу математической модели, которая позволяет описать исследуемый объект, а именно образец ВАТ со средствами защиты, как сложную техническую систему, положим векторную модель. В формализованном виде описание такой математической модели будет иметь следующий вид.
Пусть X = {х), ]= 1, N} - вектор переменных модели (изменяемых технических параметров системы), который принадлежит пространству N - мерных векторов (пространству переменных модели) Xе RN.
При этом предполагается, что вектор переменных X > 0, а функциональная взаимосвязь переменных устанавливается определенными соотношениями, на которые могут быть наложены ограничения следующего вида
G (X) < B, g1 (X) < Ь, I = 1М, (8)
где Ь1 - ограничивающие значения параметров (технических характеристик);
B - множество ограничивающих значений параметров;
gi (X) -значения технических характеристик, которые удовлетворяют требованиям;
G (X) - множество значений технических характеристик, удовлетворяющих требованиям.
M - множество значений индексов ограничений, входящих в математическую модель. По своей сути указанные ограничения могут носить характер параметрических, функциональных или критериальных ограничений [7].
Указанные соотношения (8) определяют допустимую область значений переменных S, включенную в пространство переменных Sе ^ .
Функционирование технической системы (образца ВАТ, оснащенного средствами защиты) направлено на выполнение определенных целей (критериев), функционально связанных
с вектором переменных fk (X), k =1, К, где K - множество значений индексов критериев. Данное множество критериев fk (X) е F(X) может быть представлено в виде векторной целевой функции (векторного критерия)
F (X) = { fk (X), к = 1, K}. (9)
С учетом предположения, что каждая из составляющих векторной целевой функции (каждый критерий) направлена на улучшение своего значения, задача многокритериального выбора может быть решена как задача выбора допустимого вектора переменных X > 0 из области ограничений (8) по векторному критерию F (X) и согласно [7-9] может быть записана в следующем виде:
max F (X) = { fk (X), к = 1K}, (10)
G (X) < B, X > 0. (11)
При этом предполагаем, что множество точек S, определяющих допустимую область вектора переменных, является непустым множеством
S = {Xe Rn /X > 0, G (X) < B } * 0 (12)
и представляет собой компакт, что свидетельствует о наличии решения задачи по каждой
составляющей векторного критерия к = 1, K .
Кроме того, считаем, что точки оптимума Хк*,, к = 1, K, получаемые при решении задачи по каждому критерию fk (X)e F(X) отдельно, не совпадают. Поэтому решением задачи выбора рационального состава средств защиты ВАТ может быть только какое-либо компромиссное решение, удовлетворяющее в том или ином смысле все составляющие векторного критерия (оптимальным по Парето).
Решение данной задачи векторной оптимизации потребует предварительного рассмотрения вопросов нормализации локальных критериев, выбора принципа оптимальности, учета предпочтения (приоритета) критериев, вычисления оптимума и может быть осуществлено различными методами.
В частности, к таким основным методам относятся [7-9]: методы, основанные на свертывании критериев в единый;
методы, построенные на наложении ограничений на критерии (метод последовательных уступок, метод ведущего критерия);
методы, целевого программирования;
методы, основанные на отыскании компромиссного решения; методы интерактивного выбора оптимального решения.
С целью сокращения времени поиска рационального варианта состава средств защиты ВАТ, и, в тоже время, обоснованного формирования его качественного состава, наиболее приемлемо в данном случае использовать сочетание различных методических подходов, в частности метода целенаправленного поиска компромиссного варианта для различных состояний функционирования объекта защиты (образца ВАТ) и последующее свертывание полученных частных критериев эффективности в единый.
Таким образом, анализ различных подходов к решению задач такого рода [7-12] показывает, что для формирования рационального состава средств защиты ВАТ необходимо:
во-первых, установить по назначению количество типов средств защиты ВАТ, необходимых для каждого образца из состава действующего перечня (номенклатуры или Типажа) ВАТ;
во-вторых, сформировать достаточную совокупность средств и способов защиты, а в случае необходимости осуществить поиск новых технических решений;
в-третьих, осуществить выбор рационального варианта состава средств защиты ВАТ с учетом множества локальных критериев эффективности и действующих ограничений.
Список литературы:
1. А.А. Шевченко. Опыт применения защищенных автомобилей: Федеральный справочник. Оборонно-промышленный комплекс России 2018-2019. - Вып. 15. - М.: Центр стратегических программ, 2019. - С.287.
2. А.А. Шевченко. Проблемы и перспективы развития бронетанковой и автомобильной техники: Федеральный справочник. Оборонно-промышленный комплекс России 2009-2010. - Вып. 6. - М.: Центр стратегических программ, 2010. - С.226.
3. В.А. Киселев. К каким войнам необходимо готовить Вооруженные Силы России // Военная мысль. - 2017. - №3. - с. 37-46.
4. П.А. Дульнев, Л.Н. Ильин. Некоторые подходы к развитию системы вооружения соединений нового облика сухопутных войск // Вестник академии военных наук. - 2012. - №1 (38). - с. 126-134.
5. П.А. Дульнев, В.И. Литвиненко. Предлагаемые подходы к обобщенной оценке эффективности средств поражения, в том числе на новых физических принципах // Вестник академии военных наук. - 2015. - №2 (51). - с.147-151.
6. В.И. Литвиненко. Обобщенная оценка эффективности поражения противника, в том числе и оружием на новых физических принципах // Военная мысль. - 2015. - №10. - с. 5661.
7. Карлин С. Математические методы в теории игр, программировании и экономике. - М.: Мир, 1964. - 837 с.
8. Машунин Ю.К. Методы и модели векторной оптимизации. - М.: Наука, 1986. -
144 с.
9. Статников Р.Б., Матусов И.Б. Многокритериальное проектирование машин. - М.: Знание, 1989. - 48 с.
10. Жилинскас А., Шалтянис В. Поиск оптимума. - М.: Наука, 1989. - 128 с.
11. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике. - М.: Радио и связь, 1984. - 288 с.
12. Матвеевский С.Ф. Основы системного проектирования комплексов летательных аппаратов.- М.: Машиностроение, 1987.-240 с.
