CC BY
16
УДК 338.15
ОПТИМИЗАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПЛАНИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ
Вейко Алексей Владимирович
ассистент кафедры прикладной экономики Российского университета дружбы народов (РУДН), кандидат экономических наук
В статье исследуется процесс планирования производства ракетно-космической продукции. По мере увеличения количества изготавливаемых изделий цена единичного изделия будет уменьшаться до определенной (наименьшей) величины, соответствующей моменту завершения периода освоения производства, которая может быть определена на основе сложившихся технико-экономических нормативов, действующих в данных производственных условиях. Проведенная формализация процесса производства ракет-носителей позволяет перейти непосредственно к решению задачи по разработке методики поиска оптимальной структуры мероприятий государственных программ, направленных на развитие системы средств выведения.
Ключевые слова:
• ракетно-космическая продукция,
• планирование производства,
• оптимизационные модели планирования.
Veyko Alexey Vladimirovich, assistant to department of applied economy
Peoples' Friendship University of Russia, candidate of economic sciences, Moscow, Russian Federation.
Optimizing model of planning of production of space-rocket production
In article process of planning of production of space-rocket production is investigated. In process of increase in quantity of the made products the price of a single product will decrease up to the certain (smallest) size corresponding to the moment of end of the period of development of production which can be determined on the basis of the developed technical and economic standards existing in these working conditions. The carried-out formalization of process of production of carrier rockets allows to pass directly to the solution of a task of development of a technique of search of optimum structure of actions of the state programs aimed at the development of system of means of removal.
Keywords:
• space-rocket production,
• production planning,
• optimizing models of planning.
Проведенная в авторских работах1-6 формализация процесса производства ракет-носителей позволяет перейти непосредственно к решению задачи по разработке методики поиска оптимальной структуры мероприятий государственных программ, направленных на развитие системы средств выведения.
Полученные в указанных работах формулы описывают стоимостную составляющую процесса производства и запуска ракеты-носителя предприятиями в зависимости от различных факторов. Исходя из этих зависимостей, процесс производства и запуска ракеты-носителя возможно представить в виде Рисунка 1.
В общем виде затраты на реализацию программы связаны с суммарными потребностями в ракетоносителях со
стороны государства и коммерческих структур, достигнутым предприятиями уровнем трудоемкости и размерами накладных расходов.
Вариативными параметрами модели являются:
- производственная программа предприятий;
- нормативы предприятия, изменяющиеся по соответствующим зависимостям.
Критерием достижения оптимальности (целевая функция) будем считать отношение размера привлеченных с коммерческого рынка средств к объемам государственных затрат. Иначе говоря, имея прогнозные данные о потребностях в выведении полезной нагрузки, необходимо выбрать наиболее эффективные типы ракетоносителей при существующих ограничениях, таким образом, чтобы затраты на реализацию программы были минимальны.
П р о гр а млпа г р о п зв о детва средств выведения цпя государственных пуни.
Доститнутые предприятие», п с в азэтелн труде емкости СВи финансовой затру эки
Р асч ет н о р мэтивнстэ показателя размера накпэриых расходов
П р о н эв одстно ,р а эрабстна н запуск | гнет и □ н I <■ 1 ей для
государственных нувдн ко мме рч е ск и>: потр е5 итея ей
Программа производства ср=а£т» в ыведе пня Д1:1 нужд к о /име рч е ск и>: гт отр ео нтел ей
Следующий год
Рисунок 1. Блок-схема выполнения предприятием задач по поставке
ракет-носителей
Исходя из блок-схемы на Рисунке 1, общий порядок решения задачи может быть представлен в виде следующего алгоритма (Рисунок 2).
Результатом функционирования дан-
ного алгоритма будет являться множество временных рядов, которые могут быть описаны при помощи Формулы (1):
^i.jjc
1
/РН \ , ij^i''
/НИОКР1
i.jjc J
Программа, производства ражетаносителей для государственных нужд
КА Средство выведения Год
2011 2012 2013
КА 1 Варианты РН Кол-во Кол-во Кол-во
КАК Варианты РН Кол-во Кол-во Кол-во
Уточненная программа производства ракетаноснтелей дтя государственных нужд
КА Средство выведения Год
2011 2012 2013
КА 1 РН 1 Кол-во Кол-во Кол-во
КАИ РНМ Кол-во Кол-во Кол-во
р. г
Прографи! производства. ракегалосителей для коммерческих нужд исходя из технико-экономического состояния системы
Предприятие 1
-Л
Ное и; состояни; систры
Предприятие 2
У
Рисунок 2. Блок-схема алгоритма перебора вариантов
где
г е [1,2]— номер предприятия; 7 е [2011,2030] - год; с е [1,К] - обозначает варианты загрузки предприятий со стороны коммерческих потребителей;
{Т i,j, с} - суммарная трудоемкость изготовления РН; П/РН 1
объем финансирования программы пусков со стороны государства; т/НИОКР
- объем финансов, выделяемых на НИОКР.
В условиях отсутствия ограничений
(ти,Л < ис0),у; е
данный алгоритм будет также порождать варианты, не укладывающиеся в выбранные в постановке задачи ограничения по финансированию и максимальной технической трудоемкости. Для устранения данного недостатка формализуем данные ограничения, опираясь на параметры российских программ7 и имеющиеся данные о возможностях предприятий - Формула (2), где параметры 12 млрд. руб. и 1 млрд. руб. отражают приблизительные возможности государства по загрузке конструкторских бюро предприятий-изготовителей.
и 6 [1,2]
£■2 ^ЗОЗО ^п/РН
у/ е [2011,2030],с е [1,;
иНИОКР
] > 1 млрд.
При этом в соответствии с прогнозом8 необходимо отметить, что неучет в данной постановке задачи инфляции может быть объяснен тем обстоятельством, что на плановый период прогнозируется увеличение курса доллара на величину, равную инфляции.
Таким образом, для практического решения поставленной задачи необходимо осуществить обработку исходных данных из открытых источников при помощи соответствующей регрессионной модели. Результатами её функциониро-
вания будет агрегированная модель возможного варианта потребностей государственного заказчика в запусках.
Исходя из потребностей, а также представленной выше номенклатуры двигательных установок (процесс разработки в исследовании не рассматривается), произведем баллистическое проектирование ракетных блоков и изделий на их основе.
Одним из возможных вариантов распределения блоков по предприятиям будет являться следующий (Таблицы 1 и 2).
Наименование РН Уже создана Блоки Стоимость пуска, млн руб. Количество пусков Производитель Трудоёмкость Масса на НОО, кг
РН 1 нет РБ -1, РБ -1, РБ-1, РБ -1,РБ-2 0 1 не известна 18200
РН 2 нет РБ -1, РБ -1, РБ-1, РБ -1, РБ-2, РБ-3 0 1 не известна 24000
РН 3 нет РБ-2, РБ-3 - 0 1 не известна 3500
РН 4 нет РБ-9, РБ-9 - 0 2 не известна 3150
РН 5 нет РБ-4, РБ-4, РБ-4, РБ-5 - 0 2 не известна 23000
РН 6 нет РБ-4, РБ-4, РБ-4,РБ-4, РБ-4, РБ-5 0 2 не известна 22000
РН 7 нет РБ -1, РБ -1, РБ-1,РБ -1, РБ -1, РБ -1, РБ-11 0 1 не известна 36000
РН 8 нет РБ -1, РБ -1, РБ-1, РБ -1, РБ -1, РБ -1, РБ-12 0 1 не известна 50000
РН 9 нет РБ -1, РБ -1, РБ-2, РБ -3 - 0 1 не известна 14500
РН 10 нет РБ -4, РБ -10 - 0 2 не известна 4000
РН 11 нет РБ -5, РБ -10 - 0 2 не известна 8000
РН 12 нет РБ -13,РБ-13, РБ-13, РБ -5 - 0 2 не известна 23000
РН 13 нет РБ -13, РБ-10 - 0 2 не известна 4000
РН 14 нет РБ -5, РБ-10 - 0 2 не известна 8000
РН 15 нет РБ -13,РБ-13, РБ-13, РБ-13, РБ-13, РБ -5 - 0 2 не известна 22000
РН 16 да 1600 35 2 не известна 8000
РН 17 да 1800 42 1 не известна 22300
РН 18 да 1800 32 3 не известна 14000
РН 19 да 600 10 1 не известна 1400
РН 20 да 600 10 1 не известна 1400
РН 21 да 400 430 1 не известна 1400
Таблица 1. Ракеты - носители
Наименование Сухая масса блока, кг Масса топлива, кг Тип КРТ Количество пусков Двигатель
РБ-1 8460 127500 Керосин 0 1хРД-191
РБ-2 9840 127600 Керосин 0 1хРД-191
РБ-3 3200 23400 Керосин 0 1хРД-0124
РБ-4 17066 194600 Керосин 0 1хРД-180
РБ-5 7200 45170 Водород 0 1хРД-0146
РБ-6 3890 39640 Керосин 0 1хРД- 107А
РБ-7 6595 92970 Керосин 0 1хРД-108А
РБ-8 3000 22900 Керосин 0 1хРД- 0110, 1хРД- 0124
РБ-9 9300 118700 Керосин 0 1хНК - 33А, 1хРД- 0110
РБ-10 2700 23300 Керосин 0 1хРД-0124
РБ-11 33400 234000 Керосин 0 1хРД-191
РБ-12 33400 234000 Водород 0 1хРД- 120
РБ-13 17066 194600 Керосин 0 1хРД- 163
Таблица 2. Ракетные блоки
Примем эти данные за основу решения оптимизационной задачи. Так как разработанная модель производства является динамической, зависящей от предыдущих годовых этапов, это позволяет осуществить её решение при помощи методов динамического программирования. Выбор именно данного научно-методического аппаратаобуслов-лен возможностью разделения программы запусков на элементарные операции подготовки и осуществления запусков,
аналитические модели которых были рассмотрены ранее в работах1-6.
При этом для непосредственной реализации алгоритма проведем оценку количества вариантов. Исходя из комбинаторики, сложность алгоритма может быть оценена:
N = К Выпр
-1 т вар -*• ^вар ±~' •>
(3)
где
Мпр - число мероприятий по осущест-
влению запусков (524 для программы запусков в целях государственных нужд);
В - среднее количество изделий, с помощью которого возможно выполнить мероприятие (принято равным 2);
Квар - количество экспериментов, которые необходимо провести для учета вероятностной природы появления потребностей в запусках у коммерческих потребителей (принято равным ~ 100).
Исходя из соотношения Формулы (3) количество вариантов равно 100*2524. Очевидно, что в этих условиях решение задачи поиска глобального минимума при помощи численных методов оптимизации не представляется возможным без существенного сокращения количества перебираемых вариантов. С этой целью рассмотрим множество вариантов осуществления программы запусков. В общем случае их осуществление может быть представлено в виде Дерева принятия решений (Рисунок 3).
Рисунок 3. Дерекопринятия решений
Исходя из такого представления, для ограничений Дерева принятия решений примем (введем) функцию стоимости пуска РН в зависимости от массы полезной нагрузки на НОО. В общем случае данная функция будет иметь ступенчатый вид (объясняется дискретностью характеристик изделий), соответствующий номенклатуре отечественных ракет-носителей (Рисунок 4).
Рисунок 4. Стоимость пуска отечественных изделий в зависимости от массы полезной нагрузкинанизкую опорнуюорбиту
Учитывая, что стоимость средств выведения устанавливается в начале календарного года, оценка потенциала системы средств выведений может быть рассчитана:
1
Р =
СN.
W■
(4)
где
N - количество пусков полезных нагрузок массы ¿-тонн;
С ^ - стоимость запуска ракеты-носителя для полезной нагрузки массой ¿-тонн;
Ммакс - максимально требуемая энергоэффективность системы средств выведения;
Ж -весовой коэффициент.
Для его обоснования рассмотрим тренд, присущий требованиям к энергоэффективности средств выведения государственного заказчика. Коммерческий сектор был рассмотрен ранее. При этом в ходе проведения анализа осуществим преобразование требований по выводу коммер еских нагрузок на геостационар-
ную орбиту (ГСО) к НОО, что позволит с учетом схемы выведения полезной нагрузки национальными средствами оценить изменение направления требований с единых позиций. Результаты данного анализа приведены на Рисунке 5.
Учитывая, что стоимость средств выведения устанавливается в начале календарного года, оценка потенциала системы средств выведений может быть
рассчитана:
р=. 1
М м
г=\
СЖ
wi
(5)
где
N - количество пусков полезных нагрузок массы ьтонн; С - стоимость запуска ракеты-носителя для полезной нагрузки массой ¿-тонн;
Ммакс - максимально требуемая энергоэффективность системы средств выведения;
Ж -весовой коэффициент.
Весовой коэффициент может быть рассчитан с помощью монотонно неубывающей функции вида:
Рисунок 5. Требования к отечественным средствам выведения со стороны
государственного заказчика
= 0,125Кг , (6)
где
0,125 - полученный ранее коэффициент, отражающий направления тренда по увеличению требований к энергетике ракет-носителей;
К - коэффициент пересчета массы полезной нагрузки с ГСО на НОО, равный 5.
Таким образом, выбор РН может быть на основе оценки Формулы (6) как выбор наиболее эффективного варианта. Необходимо отметить, что использование данной функции позволяет регулировать рассмотрение вариантов развития системы посредством задания допустимого диапазона значений показателя потенциала системы. Сложность решения задачи может быть оценена при помощи соотношения Формулы (7) и является значительно меньшей, чем по Формуле (3):
^ = КваДпрК = 104800 (7)
Разработка подобного механизма позволяет перейти от теоретической части исследования к практической апробации разработанных алгоритмов и подходов. При этом в качестве оценки эффективности будет выступать разница между возможностями используемых ракет-носителей и массой выведенной полезной нагрузки на низкую опорную орбиту в соответствии с теорией конкурентного цикла продукции10,11,12.
Литература
1. Кохно П.А., Вейко А.В. Синтез программных мероприятий рынка ракетно-космической продукции // Научный вестник ОПК России.-2016.- №2. - С. 3-17.
2. Вейко А.В. Экономические инструменты оптимизации программных мероприятий по развитию ракет-носителей // Научный вестник ОПК России.- 2016.- №2. - С. 18-29.
3. Кохно П.А., Вейко А.В. Управление конкурентоспособностью космических транспортных систем // Общество и экономика.- 2016.- №4. - С. 64-85.
4. Кохно П.А., Вейко А.В. Стоимостная оптимизация рынка космических услуг // Финансовый бизнес.- 2016.- №3.
5. Кохно П.А., Вейко А.В. Экономический механизм развития ракетно-космической отрасли // Общество и экономика.- 2016.- №9.
6. Кохно П.А., Артемьев А.А. Экономика опережающей промышленности: монография. Глава 5. Управление ракетно-космическим производством. - Тверь: ООО «Центр Научных и образовательных технологий», 2016.- С. 209-269.
7. Состояние и механизмы развития ракетно-космической промышленности России: аналитический доклад / В.П. Бауэр, Дж.В. Ковков, А.М. Московский, В.К. Сенчагов. - М.: ИЭ РАН, 2012. - C. 4-20.
8. Прогноз долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://base.consultant.ru/cons/cgi/ online.cgi?req=doc;base=LAW;n=144190.
9. Ракеты-носители. Проекты и реальность: справочное пособие в 2-х кн. Кн. 1: Ракеты-носители России и Украины/ В.Н. Блинов, Н.Н. Иванов, Ю.Н. Сеченов, В.В. Шалай. - Омск: Изд-во ОмГТУ2011. - 380 с.
10. Кохно П.А., Родина Е.А. Менеджмент успешности: монография. - М.: ИТД «Перспектива», 2016. - 308 с.
11. Кохно П.А. Конкурентный цикл вооружения // Военная мысль.- 2016.- №6. - С. 57-67.
12. Кохно П.А. Инновационное предприятие и оценка бренда // Интеллектуальная собственность. Промышленная собственность. -2016.- № 7.
