CC BY
18
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА КОНКУРЕНТОСПОСОБНОЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ НА ОСНОВЕ ПРОВЕДЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И.В. Клеев, канд. экон. наук, доцент,
А.Е. Сыздыков, ассистент Московский авиационный институт, г. Москва
В статье описаны основные методы определения экономической эффективности трубных аэродинамических экспериментов. Показана роль экспериментальных исследований в процессе создания авиационной техники
Авиационная промышленность России пережил за последние два десятилетия существенную трансформацию экономических условий своего функционирования. Важнейшим фактором конкурентоспособности создания новых летательных аппаратов (ЛА) стали не только их летно-технические характеристики, но и величина затрат на их разработку и производство, во многом определяющая соотношение цены и качества создаваемой авиационной техники (АТ).
В Российской Федерации такое снижение было еще более заметным, что связано с существенными макроэкономическими преобразованиями экономики страны и резким снижение государственного заказа (как оборонного, так и гражданского) в 90-е годы прошлого столетия. Несмотря на появившиеся в последние годы признаки оживления аэрокосмической отрасли России, весьма сомнительно восстановление её объемов до показателей советского времени.
Это в высшей степени актуализирует задачу повышения экономической эффективности и конкурентоспособности процесса создания новых типов АТ в нашей стране.
Более того, если в гражданском авиастроении возможно частичное использование результатов иностранных научных исследований, то применение в процессе создания АТ военного назначения исключительно отечественных современных наукоемких разработок представляет собой необходимое условие обеспечения обороноспособности России.
При разработке АТ нового поколения можно выделить два основных вида эксперимента: наземный и летный.
Летный эксперимент представляет из себя исследования на летающих лабораториях и испытания (заводские, государственные, эксплуатационные) уже готовой продукции.
Наземный эксперимент можно разделить на трубный, проходящий в аэродинамической трубе (АДТ) и ориентированный преимущественно на изучение аэродинамических характеристик исследуемого устройства, и на стендовый, предназначенный для изучения прочностных свойств создаваемого аппарата (или его отдельных элементов).
Таким образом, экспериментальные исследования и испытания являются наиболее важной частью проектных работ, а после изготовления опытных образцов ЛА - их естественным продолжением.
В задачу трубного аэродинамического эксперимента и испытаний ЛА на начальных этапах проектирования входят выбор оптимальных вариантов конструкции, наиболее полная проверка потенциальных возможностей проекта и устранение его слабых мест. Экспериментальная отработка на ранних стадиях проектирования имеет весьма важное значение, поскольку она позволяют уточнить все основные характеристики конструкции и оптимизировать ее облик, а также проверить достоверность теоретических расчетов, что особенно важно на более ранних стадиях проектирования ЛА, когда велика доля неопределенной стоимости будущей АТ.
Также нельзя не сказать, о том, что круг проблем, решаемых с помощью экспериментальных исследований и испытаний, по мере развития АТ быстро расширяется. Если в начальный период развития авиации оборудование и методы экспериментальных исследований были относительно простыми, то с ростом летно-технических характеристик АТ возникла необходимость проведения все более сложных экспериментальных исследований.
Для современного аэродинамического эксперимента в АДТ характерен системный подход к изучению поставленной задачи, предполагающий рассмотрение в комплексе всех технических, методических средств и организационных факторов, расчета и анализа результатов.
Опыт исследовательской работы показал, что в процессе разработки новых типов АТ целесообразно смещать программы аэродинамических исследований на начальные стадии проектирования объектов и расширять объемы и спектры решаемых при этом задач.
Как правило, испытаниям в АДТ предшествует априорный анализ имеющейся информации по изучаемой проблеме, проводятся численные исследования аэродинамических характеристик изучаемого ЛА на ЭВМ.
На начальных этапах проектирования АТ нового поколения обычно исследуются модели уменьшенных размеров и элементы будущего ЛА, на которые приходится наибольшее число конструкторских и технических нововведений. С помощью этих экспериментов проводятся поисковые исследования и параметрические испытания, позволяющие оценить влияние различных факторов на аэродинамические характеристики будущего ЛА и сформулировать концепции
решения проектных задач. На этом этапе широко используются качественные методы исследований, которые отличаются оперативностью, экономичны и достаточно информативны.
Следующий этап испытаний - эксперимент на крупномасштабных моделях, в ходе которого отрабатываются аэродинамические компоновки, оцениваются и оптимизируются ранее принятые решения.
Заключительным этапом разработки АТ нового поколения, связанным с экспериментом в АДТ, является натурный эксперимент. Под этим видом моделирования понимается исследование аэродинамических характеристик составных частей натурных ЛА вплоть до небольших летных образцов.
Проектирование современного ЛА является многоэтапным и итеративным процессом. Он направлен на достижение единой цели, заключающейся в последовательном улучшении и доводке характеристик до установленных в Техническом задании на проектировании рассматриваемого ЛА. На каждом этапе разработки ЛА проводятся взаимосвязанные экспериментальные исследования, на которые приходится существенная доля цикла проектирования не только по времени, но и по стоимости. По этой причине успешное решение задачи сокращения сроков разработки и стоимости проектируемых ЛА в значительной степени зависит от того, насколько оптимальным являются объем, содержание и последовательность экспериментальных исследований. Соответственно, актуальность приобретает вопрос о разработке методов определения экономической эффективность проводимых трубных аэродинамических экспериментов.
Методы определения эффективности трубных аэродинамических экспериментов при разработке авиационной техники можно разделить на четыре основных типа:
1. Эффективность у Инвестора (или «у потребителя»), которая оценивает эффективность вложения материальных средств в проведение экспериментальных исследований. Данный вид эффективности определяется как отдача от усовершенствований АТ, отнесенная к капитальным затратам на экспериментальные исследований, результатом которых являются рассматриваемые усовершенствования.
За последние десятилетия экономической наукой предпринимались многочисленные попытки создать интегральный показатель эффективности экспериментальных исследований для Инвестора, оплачивающего проведение указанных исследований.
Однако часто на практике применяют следующую формулу для определения экономического эффекта мероприятий по интенсификации НИР:
Э = АС -ЕНК,
где АС - экономия за рассматриваемый период на текущих издержках, получаемая в результате внедрения мероприятия;
ЕН - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (ориентировочно,
ЕН = 0,15).
К - капитальные вложения, необходимые для реализации мероприятия.
Однако в более широком смысле для определения экономической эффективности трубных экспериментальных исследований необходимо выбрать вариант решения той же задачи существующими или ранее известными способами (то есть без проведения указанных исследований).
Тогда разность затрат между альтернативным
Сб (базовым) и предлагаемым вариантом СП решения задачи и определит возможную экономию средств:
АС = Сб - Сп
Очевидно, что при таком подходе к оценке экономии от использования результатов авиационных исследований экономический эффект представляет собой предотвращенные затраты.
Типичными результатами аэродинамических исследований являются:
- увеличение аэродинамического качества ЛА;
- увеличение максимальной величины коэффициента подъемной силы ЛА;
- улучшение характеристик устойчивости и управляемости;
- повышение эффективности органов управления;
- уменьшение аэродинамического нагревания элементов ЛА;
- улучшение флаттерных и штопорных характеристик;
- снижение сопротивления силовой установки;
- уменьшение потерь тяги силовой установки;
- уменьшение уровня шума от ЛА на поверхности земли (особенно вблизи аэродрома);
- уменьшение интенсивности звукового удара (для сверхзвуковых ЛА).
Альтернативными вариантами решения тех же задач, что и при внедрении новых результатов исследований, могут быть:
- увеличение взлетной массы ЛА;
- снижение коммерческой нагрузки ЛА;
- увеличение парка ЛА, обеспечивающих решение аналогичного объема задач;
- увеличение площади крыла (следовательно, и массы) ЛА;
- изменение размеров силовых установок и их местоположения;
- изменение размеров оперения ЛА;
- изменение размеров воздухозаборных устройств.
После выбора подходящего альтернативного варианта необходимо проследить, чтобы при сравнении экономического эффекта результата научного иссле-
дования и альтернативного варианта решения той же задачи были выполнены условия сопоставимости вариантов, то есть взлетно-посадочные характеристики, условия базирования, воздействие на окружающую среду и другие летно-технические характеристики нового и альтернативного вариантов должны быть одинаковыми.
Предположим, что в результате проведенных экспериментальных исследований (например, по снижению лобового сопротивления) уменьшится расход топлива самолетом, что приведет к увеличению дальности и продолжительности полета. В качестве альтернативного варианта нужно принять самолет, в котором не внедрен полученный результат исследований, но уменьшена коммерческая нагрузка, причем ровна настолько, чтобы дальности полета в обоих случаях были равны.
Тогда экономический эффект от внедрения результата экспериментальных исследований будет равен
АС = а X V X Там X АМк н. X 8 X N ,
где а - себестоимость перевозок, руб./т*км.;
V - рейсовая скорость полета, км/ч;
Т - амортизационный срок службы самолета,
час.;
АМ
- уменьшение коммерческой нагрузки,
т.;
8 - коэффициент загрузки самолета;
N - численный парк самолетов.
Иными словами, экономический эффект представляет собой снижение затрат за весь период эксплуатации всего парка АТ, обеспечивающих решение данных задач.
Рассмотрим теперь более сложный случай. Пусть в результате аэродинамических исследований может быть увеличен коэффициент подъемной силы ЛА.
Тогда оценка экономического эффекта нужно проводить по следующей формуле:
АС = (С“ АМ“ + СТ X АМТ М¥)X^
где Скн - удельная стоимость конструкции ЛА, руб./т.;
АМкн - увеличение массы конструкции ЛА, т.;
СТ - удельная стоимость топлива, руб./т.;
АМТ - увеличение расхода топлива в одном рейсе, т.;
Ь - дальность полета ЛА, км.
Аналогичным образом экономический эффект может оцениваться и в ряде других случаев.
2. Эффективность совершенствования экспериментальной базы, определяемая как отношение выго-
ды от использования более совершенных средств проведения исследований (экспериментальной базы) к капитальным затратам на рассматриваемые усовершенствования.
В процессе эксплуатации АДТ организации -Исполнителю работ по проведению трубных аэродинамических экспериментов при разработке авиационной техники нового поколения необходимо постоянно совершенствовать свою экспериментальную базу (АДТ, оборудование, информационновычислительный комплекс и т.д.) для поддержания конкурентоспособности и снижения себестоимости своей продукции.
Эффект от проведения работ по совершенствованию экспериментальной базы будет заключаться в увеличении числа получаемых экспериментальных точек, находящихся в доверительном интервале (определяется Методикой эксперимента) и необходимых для построения требуемых заказчиком кривых - характеристик исследуемой модели. Появление последнего условия связано с тем, что увеличение получаемых в процессе эксперимента «хороших» экспериментальных точек, не оплачиваемых заказчиком, не приведет к возникновению эффекта от совершенствования экспериментальной базы. Эффект от совершенствования экспериментальной базы также будет заключаться в изменении себестоимости получения «хороших» экспериментальных точек. Таким образом, эффективность проведения подобных затрат можно определять по следующей формуле:
mxC-(m+Аm)(C+АC)=-Ат(С+АC)-mxДС
= З = З ,
где т - количество экспериментальных точек, необходимых для построения требуемых Заказчиком кривых за рассматриваемый период до проведения работ по совершенствования экспериментальной базы;
C - стоимость получения одной экспериментальной точки до проведения работ по совершенствованию экспериментальной базы за рассматриваемый период;
Ат - изменение в результате проведения работ по совершенствованию экспериментальной базы количества получаемых экспериментальных точек за рассматриваемый период;
АC - изменение стоимости (в результате совершенствования экспериментальной Базы) получения одной экспериментальной точки за рассматриваемый период;
З - затраты (себестоимость) проведения работ по совершенствованию экспериментальной базы.
3. Эффективность проведения трубных аэродинамических экспериментов при разработке боевой авиационной техники нового поколения Исполнителем. Данная величина представляет собой отношение
стоимости договора, по которому проводятся экспериментальные исследования, за вычетом прибыли и налога на прибыль к затратам на проведение указанного исследования.
В данном случае рассматривается эффективность работ по проведению трубных аэродинамических экспериментов при разработке авиационной техники нового поколения организацией-исполнителем. Расчет указанной величины в данном случае основан на иных по сравнению с предыдущими вариантами принципах.
Также следует отметить, что данный раздел рассматривает т.н. «нормативное» формирование цены на работу Исполнителя, что чаще всего встречается при выполнении государственного заказа.
Эффективность работ по проведению трубных аэродинамических экспериментов при разработке боевой авиационной техники нового поколения исполнителем достигнет 100%, когда затраты на проведение указанных работ будут равны цене, которую заплатил за них заказчик (то есть цене продажи указанных работ) за вычетом прибыли и налога на прибыль. Таким образом, эффективность у исполнителя будет равна:
Э =
Ц - НП - Пн З
Е =тпс
Еадт З З ,
где п2 - суммарное число экспериментальных точек, находящихся в доверительном интервале («хороших» точек), полученных за рассматриваемый период;
пс - средне число получаемых «хороших» точек
за один пуск в рассматриваемом периоде.
Также весьма важным является вопрос о ценообразовании на проведение аэродинамических исследований.
При нормальной загрузки аэродинамической лаборатории, а также при предположении что единица времени работы лаборатории при проведении любого эксперимента стоит одинаково, стоимость проведения аэродинамического эксперимента может приближенно вычисляться по следующей формуле:
и
ком;
где Ц - цена, оплаченная заказчиком;
НП - налог на прибыль исполнителя;
Пн - нормативная прибыль исполнителя (чаще всего определяется заказчиком);
З - затраты (себестоимость) проведения работ исполнителем.
Затраты на эксплуатацию АДТ, в свою очередь, можно разделить на два вида: постоянные Зс и переменные Зу.
Постоянные затраты состоят из заработной платы, коммунальных платежей и накладных расходов. Переменные затраты пропорциональны объему получаемой информации (количеству экспериментальных точек) и, прежде всего, пропорциональны затратам на энергетическое обеспечение объекта и стоимости используемого оборудования. Тогда затраты на работы АДТ за рассматриваемый период будут равны:
З = Зс + Зу=ш X Су + Сс,
где ш - количество часов работы трубы за рассматриваемый период;
Су - средняя величина переменных затрат на один час работы трубы;
Сс - величина постоянных затрат АДТ за рассматриваемый период.
За показатель эффективности эксплуатации АДТ за рассматриваемый период примем следующий показатель:
Ц = СпТ^ + Пн + НП
Тоб
где Ц - цена эксперимента, оплаченная Заказчи-
СП - стоимость содержания лаборатории за рассматриваемый период (переменные и постоянные затраты);
tз - время работы лаборатории, затраченное на проведение рассматриваемого эксперимента;
Тоб - общее время работы лаборатории за рассматриваемый период;
Пн - нормативная прибыль аэродинамической лаборатории;
НП - налог на прибыль.
В случае, если загрузка лаборатории низка, то есть при Ц ^ Тоб , данное ценообразование неприемлемо, так как Заказчику придется оплачивать кроме своего заказа еще и содержание лаборатории за длительный срок простоя. В этом случае о конкурентоспособности аэродинамической лаборатории не может идти речь и ценообразование может основываться на следующей формуле:
Ц = СпТн + П, + НП,
об
где Т^б - общее время работы лаборатории за рассматриваемый период при предположении о её полной загрузке заказами.
4. Эффективность проведения трубных аэродинамических экспериментов при разработке боевой авиационной техники нового поколения подразделением, непосредственно выполняющим работы по снятию экспериментальных данных. Определятся как
отношение «хороших» экспериментальных точек (то есть лежащих в пределах доверительного интервала) к общему числу экспериментальных точек и характеризует квалификацию инженерного персонала, обслуживающего АДТ и измерительное оборудование, и технический уровень аппаратуры и АДТ.
Настоящая эффективность вводится для сопоставления качества проведения одного и того же трубного эксперимента между различными сменами (группами, коллективами) на одной экспериментальной установке.
Иными словами, данный показатель отражает уровень квалификации коллектива, непосредственно выполняющего работы по проведению трубного аэродинамического эксперимента, и служит для определения и сравнения данного показателя.
В этом случае единственным критерием уровня эффективности является доля «хороших» экспериментальных точек (то есть лежащих внутри доверительного интервала, определяемого Методикой проведения аэродинамического эксперимента) в общем количестве полученных точек.
Таким образом, эффективность подразделения будет равна:
V
Э = ^ х 100%,
хоб
где хх - число полученных экспериментальных точек, лежащих внутри доверительного интервала;
хоб - общее количество полученных экспериментальных точек.
3. Калачанов В.Д., Турищева М.А. Организация производства наукоёмкой продукции. Москва, Издательство «Росавиакосмос», 2004.
4. Клеев И.В. К вопросу повышения эффективности трубного аэродинамического эксперимента // Авиакосмическая техника и технология - 2008 - №3.
Э 8-495-211-10-50
Ключевые слова: аэродинамический эксперимент, производственные процессы, эффективность аэрофизического эксперимента.
Выводы:
1. Для создания современной авиационной техники необходимо постоянно повышать эффективность проведения аэродинамических экспериментов на всех стадиях её создания.
2. Предложены методы определения экономической эффективности проведения трубных аэродинамических экспериментов для всех организаций, принимающих в них участие.
3. Разработанные методы позволяют производить оценку эффективности как уже проведенных трубных аэродинамических экспериментов, так и планируемых в ближайшем будущем, что позволит экономически оптимизировать программы разработки авиационной техники нового поколения.
Литература
1. Бешелев С.Д. Интенсификация научных исследований - М.: Машиностроение, 1983.
2. Калачанов В.Д., Кобко Л.И. Экономическая эффективность внедрения информационных технологий. - М.: МАИ, 2006.
