Особенности инновационных процессов по критическим технологиям наукоемких производств Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 629.78.01:001

В. В. Двирный, Г. В. Двирный, Р. П. Туркенич,

М. С. Пакман

ОАО «Информационные спутниковые системы» им. акад. М. Ф. Решетнева»,

г. Железногорск, Красноярский край, Россия

В. В. Голованова

ФГУП «Конструкторское бюро «Арсенал» им. М. В. Фрунзе»,

г. Санкт-Петербург, Россия

особенности инновационных процессов по критическим технологиям наукоемких производств

Рассмотрены возможности использования приоритетных космических технологий для развития инновационных процессов при производстве космических аппаратов и их агрегатов.

Ключевые слова: инновации, космические информационные системы,

ключевые технологии, агрегаты.

V. V. Dvirny, G. V. Dvirny, R. P. Turkenich, M. S. Pakman

JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems»,

Zheleznogorsk, Russia

V. V. Golovanova

The Arsenal Design Bureau named after M. V Frunze, St. Petersburg, Russia

features of innovational processes for of science intensive manufactures of critical technologies

The possibility of using the priority of space technology for the development of innovative processes in the manufacture of space vehicles and their components.

Key words: innovation, space information systems, key technology, aggregates.

Технологическая оснащенность государства всегда выступала одной из важнейших задач. Обладание передовыми технологиями является важнейшим фактором развития национальной экономики и обеспечения национальной безопасности любой страны.

Преимущество страны в технологической сфере обеспечивает ей приоритетные позиции на мировых рынках и одновременно увеличивает её оборонный потенциал.

В нашей стране вплоть до настоящего времени в абсолютных цифрах выделяются

© Двирный В. В., Двирный Г. В., Туркенич Р. П., Пакман М. С., Голованова В. В., 2013

значительно меньшие бюджетные средства на развитие технологической сферы и, несмотря на некоторые реализуемые программы технологической направленности, состояние технологической базы продолжает ухудшаться. Накопленный ранее технологический потенциал истощается. Это в полной мере касается и отрасли ракетно-космической техники.

Сравнительный анализ технического уровня развития базовых и критических технологий в России по отношению к уровню развития подобных технологий в США и других странах показывает, что по многим отечественным технологиям в настоящее время наблюдается отставание от мирового уровня,

■ ■ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПАУКО_

Я ГРАДА

а по отдельным направлениям оно достигло критического предела. Качественное информационное обеспечение может показать степень отставания.

Основная причина такого положения заключается в том, что большинство промыш-ленно-технологических программ были ориентированы на создание конкретных видов конечной продукции, базирующихся на уже имеющихся технологических достижениях. В развитие же базовых технологий средств 3° вкладывалось недостаточно, что заметно ограничивало технологическую независимость отечественной промышленности от внешних рынков и возможности создания новой конкурентоспособной продукции на базе инновационных процессов.

Опыт стран Запада подтверждает, что наличие передовых наукоемких технологий является важнейшим фактором обеспечения обороноспособности, национальной безопасности и динамичного развития экономики страны.

Для успешного решения задачи подъема отечественной промышленности, в том числе и РКТ как одного из главных факторов устойчивого роста экономики страны, необходима современная, динамично развивающаяся технологическая база, обеспечивающая создание и производство конкурентоспособной наукоемкой продукции, - основа инновационного развития.

В настоящее время уровень ряда отечественных космических технологий пока ещё не уступает аналогичным зарубежным технологиям. Необходимо обеспечить их широкое применение, а также использовать технологические достижения других развитых стран, используя информационные ресурсы и опираясь на международное сотрудничество, создавать современные отечественные технологии, которые гарантируют требуемый уровень обороноспособности и обеспечат конкурентоспособность российских товаров на внутреннем и международном рынках. Кроме того, совершенно необходимо предложить собственные новые передовые базовые технологии, и только это позволит занять свою технологическую нишу среди развитых стран мира.

Базисом приоритетных направлений развития национальной технологической базы должны стать научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, опирающиеся на результаты фундаментальных

исследований и разработок передовой отечественной науки.

Приоритетные направления развития науки, технологий и техники задают общий вектор научно-технического развития страны и представляют собой те области реального сектора экономики России, в которых применение новых технологий и техники может принести наибольший совокупный эффект. В рамках каждого приоритетного направления выделяются критические технологии, концентрирующие области технологических разработок, которые носят прорывной характер, могут быть использованы в разных отраслях экономики и обладают наибольшим инновационным потенциалом.

Технический уровень перспективной ракетно-космической техники определяется ключевыми элементами, а также критическими и базовыми технологиями их создания и практического применения. Так, технический уровень космических информационных средств определяется ключевыми элементами трактов, получения, обработки и передачи данных, принципами использования бортовой аппаратуры и базовых конструкций (платформ) с обслуживающими системами и их агрегатами.

Исследования, проводимые в отрасли в предыдущие годы, а также зарубежная практика показали, что в настоящее время наметилась устойчивая тенденция улучшения габаритно-массовых характеристик и энергопотребления как бортовых систем с агрегатами, так и перспективных космических аппаратов (КА) в целом, при одновременном обеспечении ими требований эффективности за счет создания приборов на новой элементной базе, совершенствования методов их комплексной обработки навигационной информации, получаемой от различных датчиков, разработки эффективных программно-алгоритмических методов их управления.

Увеличение сроков активного существования (САС) КА его систем и агрегатов является также одним из основных направлений повышения экономической эффективности при исследовании и использовании космического пространства в хозяйственных, научных и оборонных целях.

В настоящее время основными элементами, сдерживающими увеличение гарантированного ресурса и САС КА, являются БЦВМ (бортовая цифровая вычислительная маши-

Особенности инновационных процессов по критическим технологиям наукоемких производств

на), гироскопические и оптико-электронные датчики углового положения, инерционные исполнительные органы. Это подтверждается также широкомасштабными исследованиями, проводимыми в США.

Очень важно сформулировать предложения по приоритетным направлениям развития технологий, методов их реализации и ключевым элементам в части космических средств связи, управления и ретрансляции, навигационного и геодезического обеспечения.

Задачи информационного обеспечения, решение которых обеспечивает достижение поставленных целей, следующие:

- комплексный анализ состояния работ по отечественным и зарубежным космическим средствам связи, управления и ретрансляции, навигационного и геодезического обеспечения с целью определения технологических проблем изготовления ракетно-космической техники и методов их реализации;

- формирование основных направлений стратегии развития науки и техники, критических технологий, реализуемых в ракетно-космической промышленности, и определение ключевых элементов, сдерживающих реализацию критических технологий в промышленности;

- разработка предложений в перечень приоритетных направлений, критических технологий и ключевых элементов создания перспективных образцов средств связи, управления и ретрансляции, навигационного и геодезического обеспечения в интересах разработки и создания современных образцов ракетно-космической техники различного назначения [1].

От правильного управления инновациями предприятия, знания особенностей технологий зависит коммерческий успех.

В мире существует около 50 основных инновационных технологий, из них 10 % владеет ОАО «Информационные спутниковые системы» им. акад. М. Ф. Решетнева», где разрабатываются и производятся спутники связи, навигации и геодезии.

Каждый спутник имеет около двух тысяч деталей и агрегатов, широко применяются силовые конструкции из сетчатых композиционных материалов. Управление инновациями начинается с управления страной.

На государственном уровне уже заговорили о целесообразности и необходимости

инновационного развития промышленного комплекса страны. Изучив опыт зарубежных стран, в августе 2010 года правительственная комиссия по высоким технологиям и инновациям, приняла решение о формировании и развитии в России технологических платформ. ОАО «Информационные спутниковые системы» им. акад. М.Ф. Решетнева» разработало и представило на рассмотрение в Министерство экономического развития РФ свою технологическую платформу.

Создание космической техники - науко- 31 емкий и долгосрочный процесс, связанный с высокими рисками и огромными финансовыми затратами; учитывая высокую стоимость космических информационных систем, до настоящего времени основными инвесторами, влияющими на развитие и определяющими перспективный облик космических программ, были государственные структуры. В качестве инструмента для изменения ситуации было предложено разработать технологические платформы. Будут повышены показатели доступности и пользовательских свойств создаваемой космической техники, расширен спектр услуг и снижена их стоимость за счет более интенсивного использования этих услуг государством, бизнесом и населением. Также с её помощью будут определены те направления производства и инноваций, в которые бизнес-структурам и предприятиям стоит вкладывать финансовые и трудовые ресурсы.

Таким образом, данная работа, посвященная управлению развитием инноваций на базе технологических особенностей и перспектив технологий ключевых агрегатов КА, является актуальной.

Основные агрегаты входят в состав системы терморегулирования (СТР). Наибольшие технологические трудности связаны с созданием электронасосных агрегатов (ЭНА), которые являются своеобразным сердцем СТР и за время своей работы, например в составе телекоммуникационного спутника «SESAT», проработавшего более 10 лет непрерывно, совершили около 3-109 оборотов. Задача стоит о доведении ресурса до 15 лет непрерывной работы. Имеется изобретение - герметичный электронасосный агрегат, преимущественно систем терморегулирования космических аппаратов.

Предложенная конструкция электронасосного агрегата (рис. 1) предполагает осевое усилие от рабочего колеса, действующее на дополнительный ротор насосного агрега-

ИССЛЕДОВАНИЯ

КО—

II ИССЛЕ]

ПАУ

Ж г

ГРАДА

Рис. 1. Электронасосный агрегат

та и направленное в сторону «от двигателя». Осевое усилие может быть создано осевым сдвигом магнитов, образующих синхронную магнитную муфту, или компенсировано до нужной величины.

Используемые до настоящего времени электродвигатели с заполнением полости ротора хладагентом имеют ряд существенных недостатков, в частности низкий КПД, определяемый вышеуказанными дополнительными потерями, а также эксплуатационные трудности, возникающие при замене электродвигателя в системе охлаждения КА при наземной отработке и особенно в космосе, в том числе в обитаемых КА.

Использование в качестве привода бесконтактного электродвигателя постоянного тока с «сухим» ротором позволяет обеспечить:

- регулирование частоты вращения в широких пределах;

- КПД на уровне 80 %;

- необходимую гарантийную наработку.

Электронный блок управления двигателем может быть выполнен как во встроенном исполнении, так и раздельно от электропривода.

В настоящее время предложенный ЭНА проходит стадию испытаний. Изобретение защищено патентом РФ 2396464 от 10.08.2010 г.

Рис. 2. Обобщенная система ИО процесса создания КА

Особенности инновационных процессов по критическим технологиям наукоемких производств

Управление развитием данной инновацией может принести коммерческий успех в будущем также и пилотируемых КА, поскольку ЭНА на ресурс 15 лет в мире ни у кого нет, кроме ОАО «Информационные спутниковые системы» им. акад. М.Ф. Решетнева».

Таким образом, приведен пример уникальной технологии, не имеющей аналогов в мире. Другой пример аналогичной технологии - производство в ОАО «Информационные спутниковые системы» им. акад. М.Ф. Решет-нева» сотопанелей КА со встроенными гидротрактами.

Огромную роль для выявления инноваций, пригодных для введения в хозяйственный оборот, играет информационное обеспечение (ИО) [2].

Система ИО процесса создания КА, сложившаяся на предприятии, обобщённо представлена в разработанной структурно-функциональной модели как обратная связь организационной системы управления (ОСУ) процесса создания космических аппаратов связи (рис. 2) [3].

В соответствии с основной функцией ИО - поставки необходимой информации, прежде всего научно-технической (НТИ), в аппарат управления (АУ), и основной функцией аппарата управления (АУ) - управление регулируемыми координатами процесса создания КАС с учетом заданных параметров, ограничений и располагаемыми ресурсами сформирована целевая функция управления (1).

FpK ) = contr

Л. d )

{r

(d) r(d) rv ''2 '••• ''m

(P d ), P2d Pd )}

Отображаемый моделью вариант ИО системы управления процесса создания КА более 30 лет удовлетворял потребности специалистов космический отрасли. Однако в 80-х годах прошлого века стало ощущаться несовершенство этого варианта. Основным признаком его явилось снижение ценности поступающей информации

С позиций теории управления причина сложившейся ситуации заключалась в ощущаемом разрыве цепи «информация - управление», а с позиций теории технической совместимости (ТТС) - в потере достаточной информационно-функциональной совместимости аппарата управления (АУ) и информационной службы (ИСП). В итоге они оказались по сути дела в автономных режимах работы, то есть организационная система управления (ОСУ) из замкнутой превратилась в разомкнутую, в принципе не способную обеспечить требуемое качество разработки и изготовления КАС.

Логико-математическая трактовка ситуации с позиции теории технической совместимости выполнена с помощью граф-модели (рис. 3) путём преобразования в её элементы соответствующих составных частей модели рис. 2: ПС КА^Е(; СК^Е2; АУ^Е3; ИСП^Е4; ГСНТИ^Е5; МИФ^Е6 и связей между ними.

^-(МИФ)

£|-(ПСКАС,

£;-(ГСНТИ)

(1)

Лс1)

где I - время, затраченное на создание изделия; № - время создания изделия, заданное заказчиком; |//£/)г^'|- множество Ми1} видов и объём фактических ресурсозатрат на создание изделия; {г(( 1), г2( 1),..., т'т1)} - множество ДО видов и объём заданных ресурсозатрат; {р{й),р(2а),...,рП)} - множество Р(а) и уровень получаемых выходных параметров (ВП) создаваемого изделия; |р1(1 ), р21),..., рП)} - множество Р() и уровень ВП изделия, задан-

( (т) (т) (т)\

ных заказчиком; {р( ,р2 ,...,р\ - множество Р(т) и уровень ВП изделий - аналогов из Мирового информационного фонда (МИФ).

Eri СК)

£И АУ)

Е4-(ИСП)

Рис. 3. Граф-модель ИО процесса создания КА

Эта граф-модель определяет систему ур авне ний

E( = A3( хE3; E4 = A34 xE3 + A54 хE5; "1 Ë2= xe(4 E5 = A^ XE4+ A5 xE6; J (2)

E3 = A23 X E2 + A 43 X E4; E6 = A56 X E5 + A16 XE(.

33

ИССЛЕДОВАНИЯ

КО—

II ИССЛЕ]

ПАУ

Ж г

ГРАДА

и матрицу совместимости:

34

Е1 Е2 Ез Е4 Е5 Еб

Е1 1 1 1 0 0 1

Е2 1 1 1 0 0 0

Ез 1 1 1 -1 0 0

Е4 0 0 -1 1 1 0

Е5 0 0 0 1 1 1

Еб 1 0 0 0 1 1

моделью (рис. 4), согласующий элемент Е7 . На роль такого элемента определено подразделение активных экспертов - специалистов высокой квалификации, в совершенстве знающих вопросы ИО, проектирования, производства и состояние дел в мировой науке и технике по своему профилю.

Еб

Е5

Эта граф-модель представляет собой ориентированный граф G (Е, Ц), вершинами которого являются элементы организационной системы управления ОСУ, а дугами - связи по входам и выходам этих элементов. Факт потери информационно-функциональной совместимости элементов Е3(АУ) и Е4 (ИСП -информационная служба предприятия) визуально показан штриховым изображением дуг и43 и из4, а на матрице - значением «-1» соответствующих её элементов.

Для восстановления информационно-функциональной совместимости элементов Е3 и Е4 между ними введён, как показано граф-

и45 \

Ез

Рис. 4. Граф-модель с согласующим элементом Е7 активных экспертов

На основании граф-модели (рис. 4) и изложенной интерпретации задач ЭЗ построена структурно-функциональная модель ИО управления ПС КАС (рис. 5).

Основное отличие этой модели состоит в появлении ещё одного контура управления (КУ-3), по которому осуществляется самопод-

Предприятие-создатель новой техники

Рис. 5. Структурно-функциональная модель ИО процесса создания КА с экспертным звеном

Особенности инновационных процессов по критическим технологиям наукоемких производств

стройка процесса управления к изменяющимся условиям выполнения проектно-конструк-торских и (или) технологических работ, с целью поддержания требуемой велич и ны координаты Р(а) (1). Такую самоподстройку выполняет ЭЗ по результатам анализа сведений и При этом информация составляет незначительную часть сведений и формируется, например, для дифференцированного обслуживания АУ.

Влияние предложенного методологического подхода на качество НТИ можно установить по выражению ценности так называемой актуальной информации, (основополагающей информации для принятия решения), введенному Ю. Д. Айзенбергом. Пусть выбор решения АУ зависит от сообщения (информации) Jk о каком-то эксперименте X (выполняемом, например, какой-либо фирмой-конкурентом), возможными исходами (результатами) которого могут быть случайные события х1, х2, ..., хп, имеющие вероятности своего появления Р^), Р (х2), ..., Р (хп) соответственно. Условная вероятность Р(х1/Дк), - вероятность того, что согласно полученному сообщению Дк исходом эксперимента явилось событие х;. Обозначим через у}- решение АУ, принимаемое при отсутствии сообщения Дк, то есть информации Д., (рис. 3), ввиду отсутствия ЭЗ в системе ИО, а через ук - решение АУ, принимаемое при поступлении сообщения Дк, то есть информации Де (рис. 6), благодаря наличию ЭЗ в системе ИО. Тогда ценность актуальной информации определяется выражением

ЦрС = £ X(р., уг )Р(р)-£ X(сг, Ук)Р(р / Л). (4)

1=1

1=1

Величина X (хт, уп) характеризует потери от решения уп, принимаемого АУ в случае, когда результат опыта X есть хт. Формула (4) показывает, что величина Цас повышается при наличии ЭЗ. Математически этот факт объясняется тем, что потери Х(хг., у) остаются постоянными, а потери Х(хг., ук) уменьшаются по мере роста опытности эксперта, который при этом допускает всё меньшее количество неточностей и ошибок. Это также означает, что ценность НТИ, предоставляемой с участием одного и того же эксперта, имеет постоянную тенденцию к повышению. Осреднение формулы (4) по всем возможным I сообщениям, вероятности получения которых - Р(Д1), Р(Д2), ..., Р(Дг), даёт априорное значение ценности информации:

Цр=£X(р,у)Р(р)-£ £X(р.,Ук) X

г=1 к=1 г=1

хР(р / Зк)Р(^), (5)

где Р(Дк) - вероятность получения сообщения Дк от ЭЗ.

Из формулы (5) видно, что априорная ценность актуальной информации зависит не только от её соответствия решаемой задаче, но и от алгоритма её использования. Максимально ценной представляется информация, которая достаточна для разработки алгоритма, обеспечивает разработку алгоритма в кратчайшие сроки, его высокую надежность. Здесь тоже следует отдать предпочтение предложенному экспертному подходу. Изложенными обстоятельствами объясняется и факт повышения степени адаптации и предвидения устаревания первоначальных решений, что также обеспечивается улучшением информационно-функциональной совместимости организационной системы управления за счёт введения ЭЗ в её информационную связь. Этот подход подвергся до-осмыслению в период так называемой перестройки, породившей проблему адаптации системы ИО к экстремальным условиям. Такую адаптацию можно успешнее выполнять на основе изложенного подхода. Но для этого необходимо расширить функции ЭЗ и обеспечить ему больший оперативный простор, предоставив выход непосредственно к МИФ (установлением, например, международных контактов) и ко всем этапам процесса создания КА.

Библиографические ссылки

1. Айзенберг Ю. Д. О мере ценности информации // Научно-техническая информация. Сер. 2. №2 8. 1979.

2. Носенков А. А., Туркенич Р. П. Задачи совершенствования информационного обеспечения отечественного приборомашиностроения на современном этапе // Журнал «Приборостроение», г. Санкт-Петербург. 2008. № 8.

3. Тестоедов Н. А., Бартенев В. А., Туркенич Р. П., Двирный В. В. Защита объектов интеллектуальной собственности // НТК «Передовые космические технологии на благо человечества» (15-17 апреля 2009 г., Днепропетровск) : тез. докл. / ГП «Конструкторское бюро «Южное», Нац. космическое агентство [и др.]. Днепропетровск, 2009. С. 70-72.

Статья поступила в редакцию 11.04.2013 г.

35