CC BY
85
УДК 623.001 В.Ю. Гамов
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ СТРУКТУР ФОРМИРОВАНИЙ ЗАПУСКА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Рассмотрены вопросы построения организационно-технических структур запуска космических аппаратов, в том числе организационно-штатной структуры. Обоснована структура воинского формирования, в которой оптимально сочетаются количественные и качественные показатели штатных должностей. Выданы рекомендации по совершенствованию организационноштатных структур формирования войск запуска космических аппаратов. Ключевые слова: космические средства, обоснование оптимальных структур воинских формирований, совершенствование процесса обоснования и прогнозирования оптимальных организационно-штатных структур.
Одним из ведущих направлений обеспечения боеготовности и боеспособности Вооружённых Сил Российской Федерации является применение космических средств (КСр) для решения задач связи, стратегической разведки, раннего предупреждения о ракетном нападении, метеорологического и навигационного обеспечения действий всех видов и родов войск. Эффективность целевого применения КСр во многом зависит от функционирования формирований войск запуска космических аппаратов (ФВЗ КА) и его основной составляющей - организационноштатной структуры (ОШС).
В настоящее время Правительством РФ перед Министерством обороны поставлена задача создания мобильных и наиболее эффективных структур Вооруженных Сил РФ. Выдвинуты требования к обоснованию воинских формирований с точки зрения оптимального сочетания личного состава с одной стороны и вооружения, военной техники с другой стороны для эффективного ее использования по прямому штатному предназначению.
Кроме того, поставлена задача по постепенному переходу к комплектованию на профессиональной основе. Наиболее целесообразным является такое комплектование, в первую очередь штатных должностей, связанных с эксплуатацией сложных образцов вооружения и военной техники (ВВТ), требующих от личного состава высокой квалификации и профессионализма.
Поэтому приоритетным направлением военного строительства является обоснование оптимальных структур воинских формирований и, в частности, ФВЗ КА.
Оптимальная структура воинского формирования - это такая структура, в которой оптимально сочетаются количественные и качественные показатели штатных должностей, для размещения на них личного состава, и количественные и качественные показатели ВВТ.
В Космических войсках к воинским формированиям относятся ФВЗ КА. Под ФВЗ КА понимаются части запуска КА, осуществляющие процесс подготовки и запуска (І II ІЗ) КА, согласно задачам предназначения.
Структура и состав этих формирований образуют организационно-штатную структуру.
В настоящее время ФВЗ КА строятся, исходя из требований приказов и директив вышестоящих штабов, на основе ранее установленных норм содержания личного состава на ВВТ, которые зачастую не соответствуют реальной потребности в личном составе.
Существенное уменьшение финансирования ВС РФ, резкое уменьшение времени на преобразование, сокращение и на создание новых ВВТ, динамичное перевооружение ФВЗ КА, привело к необходимости качественного улучшения традиционных и разработки новых методик обоснования оптимальных ОШС ФВЗ КА.
Организационно-штатная структура ФВЗ КА должна обеспечивать возможность выполнения всего комплекса стоящих перед ними задач. Основными из этих задач являются: поддержание ракетно-космического вооружения в готовности к применению, подготовка и запуск ракеты космического назначения (РКН). При этом подготовка составных элементов РКН, а также - РКН в целом к запуску являются основными задачами ФВЗ КА. Непосредственному процессу выполнения основных задач предшествует этап подготовки ФВЗ КА. Основной задачей данного этапа является создание нештатного формирования - боевого расчета (БР) из числа штатных специалистов и подготовка последнего к выполнению работ на ракетно-космической технике. Возможность успешного завершения подготовительного этапа в максимальной степени зависит от количественных и качественных характеристик ОШС.
Одним из возможных направлений в данном вопросе является разработка соответствующих теоретических основ, направленных
на создание оптимальных ОШС, обладающих гибкостью, то есть способных реагировать на возмущающие воздействия ресурсопоглощающих факторов.
Под гибкостью ОШС ФВЗ КА уровня части запуска (ЧЗ) в данном случае понимается наличие юридической и законодательной основ, обеспечивающих возможность командному звену принимать решения по условному закрытию или открытию штатных должностей (ШД) с целью запрещения или разрешения их комплектования личным составом. При этом закрытие необходимо проводить только тех ШД, личный состав, стоящий на которых, исходя из интенсивности ППЗ, перестает задействоваться в боевых расчетах. Под гибкостью ОШС ФВЗ КА уровня соединения понимается наличие в ЧЗ таких штатов, которые обеспечивают поддержание космических средств в готовности, а боевые расчеты подготовки РН и КА на технических комплексах и РКН на стартовых комплексах формируются в соединении за счет специалистов его подчиненных ЧЗ.
В кандидатской диссертации мною были обоснованы оптимальные ОШС ФВЗ КА на основе теоретико-множествен-ного моделирования и Парето оптимизации. В результате моделирования оптимальных ОШС ФВЗ КА получены их альтернативные варианты. Выбор единственного варианта проводился лицом принимающим решение по доминирующему предпочтению.
В ходе дальнейших исследований с 2002 по 2006 год при использовании данной методики совместно с теоретическими основами оптимальной стратегии управления запасами (ОСУЗ) ШД и прогнозирования функционирования таких ФВЗ КА были получены результаты, которые выявили ряд недостатков:
в процессе обоснования не учтен показатель качества подготовленности личного состава, занимающего ШД;
вероятность достижения цели, равная 0,95, выбрана фиксированной;
не рассмотрены возможности соединения при использовании ОСУЗ;
не прогнозировалось поведение моделей ФВЗ КА оптимальных ОШС.
Всесторонний учет недостатков и ресурсопоглощающих факторов потребовал построения трехуровневой модели функционирования ФВЗ КА для проведения оптимизации и прогнозирования
оптимальной ОШС (в дальнейшем - трехуровневая модель оптимальной ОШС).
Поэтому была предложена весьма актуальная военно-научная задача разработки теоретических основ обоснования и прогнозирования оптимальных ОШС формирований войск запуска КА, гибких и адаптированных к условиям резкого изменения влияния внешних и внутренних факторов, на основе оптимального сочетания их количественных и качественных характеристик.
При решении этой задачи был проведен ряд исследований и получены следующие результаты.
Обоснована необходимость гибкости ОШС.
Проведен исторический анализ основных подходов при совершенствовании ОШС и ее оптимизации и анализ выделения бюджетных средств на нужды ФВЗ КА. Проведенный анализ статистических данных за период с 1970 года по 2004 год задействования штатных должностей ФВЗ КА, позволил найти скрытые резервы ШД и финансирования. Проведен анализ изменения спроса на ШД при поступлении новых более совершенных образцов ВВТ за период с 1990 по 2006 год. По результатам КШТ и КШУ проведен анализ влияния различных условий обстановки на количество ШД. Проведен анализ возможных воздействий противника по позиционному району (ПР) ФВЗ КА.
Для нахождения скрытых резервов ОШС проведен анализ задействования личного состава в БР согласно технологических графиков ППЗ КА. В существующие методики разработки ОШС ФВЗ КА внесено изменение в расчете численности задействованного личного состава в БР. Вместо определения численности задействованного личного состава в БР согласно нормам содержания личного состава на видах ВВТ предложено проводить расчет численности по технологическим графикам ППЗ КА.
Результаты качественного анализа замены расчета численности с норм содержания на технологические графики ППЗ КА выявили возможность получения дополнительных финансовых средств за счет оптимизации существующих ОШС.
Обоснованы показатели качества оптимальных организационно-штатных структур. Проведено аналитическое представление трехуровневой модели, состоящей из:
математической модели первого уровня - модели оптимальной ОШС;
математической модели второго уровня - модели с ОСУЗ; математической модели третьего уровня - модели прогнозирования оптимальных ОШС.
Поведена вербальная постановка задачи исследований.
В связи с тем, что существует множество вариантов |^(°")}
построения ОШС с использованием различного сочетания ШД и каждый из них характеризуется своими результатами по возможности выделения ШД в БР и по экономическим показателям, возникает необходимость определения оптимальной ОШС. Оптимальность ОШС понимается в смысле минимального количества ШД и такого их сочетания из числа возможных, при котором обеспечивается решение задачи выполнения работ ППЗ КА с требуемым качеством. Показатель качества включает в себя понятия результативности (Рподг) и ресурсоемкости (С).
Под результативностью функционирования ОШС ФВЗ КА понимается ее способность выделять требуемое количество ШД (Мгреб) в БР в процессе подготовки формирований к выполнению задач подготовки и запуска КА. С точки зрения совершенствования ОШС необходимо стремиться к увеличению данного показателя,
т е. Кодг ^ таХ .
Ресурсоемкость ОШС характеризуется расходом операционных ресурсов всех видов (материальных, финансовых, энергетических и т.п.), потребных для содержания специалистов, стоящих на ШД и получения целевого эффекта. Предъявлено требование к ее
минимизации: ^ т1п .
Исходя из этого, общая постановка задачи сформулирована следующим образом: целью функционирования ОШС является выделение специалистов, стоящих на ШД в БР Мгреб, затребованных в
J БР по N1 в каждом, ] = 1, J . Заданы технологические графики работ ППЗ КА с требуемым количеством специалистов и временем выполнения операций Х(2) ={N] треб, ^ ) и параметры ШД
з) = {тШД, wm, пШд), где тщц - специальность ШД, wшд-воинское звание ШД, пШд - наименование ШД.
При предпочтениях: минимизации затрат на содержание ОШС и максимизации вероятности успешной подготовки ОШС к моменту начала боевых работ.
Постановка задачи в таком виде потребовала ряда ограничений:
1. По максимально возможному количеству ШД в ОШС в связи с финансированием ФВЗ КА:
МЛ < МЛ (Стреб ); Кв < нв (Стреб ) .
2. По минимально возможному количеству ШД в ОШС в связи с выделением необходимого количества ШД или обеспечением выполнения требований технологического графика:
Мл > Мл {Рдц6 ); М > Мв (рдтцеб).
3. По времени выделения, которое не должно превышать допустимого.
Сформулированная выше задача является задачей выбора с векторным показателем качества. В результате анализа существующих подходов к решению данной задачи, был выбран метод, заключающийся в построении множества оптимальных по Парето вариантов ОШС, то есть в формировании предлагаемых решений. Выбор предпочтительного варианта осуществляется лицом, принимающим решение, из области оптимальных по Парето вариантов, что является постановкой задачи первого уровня.
В связи с наличием основного и дополнительного резервов ШД в ОШС задача первого уровня уточнена при постановке задачи второго уровня.
Постановка задачи моделирования второго уровня проведена на основе ОСУЗ. Проведен отбор необходимых стратегий для всестороннего учета ресурсопоглощающих факторов.
Постановка задачи моделирования третьего уровня проведена на основе прогнозирования состояний ФВЗ КА оптимальной ОШС при их функционировании.
При решении поставленной трехуровневой задачи были получены следующие результаты.
Построение модели первого уровня - модели оптимальной ОШС ФВЗ КА проведено на основе:
методики расчета минимально-необходимого ресурса и минимально-достаточного ресурса ШД;
методики оптимальных по Парето вариантов сочетания количества ШД и финансовых затрат на ФВЗ КА.
Исходное множество {с} ШД в ОШС, состоящее из L типов ШД по специализациям с характеристиками, описывается вектором:
^4)=(у(в)’ уБР ,5 т»5 т*)> (1)
где 1 = 1, L - количество специалистов в ОШС, і = 1,5 1 - количество ШД в ОШС.
У(б) = {Ка , К1В, Р1А, Р1В, С1^ - вектор характеристик ОШС,
где Ы1А - количество специалистов высокой квалификации, имеющих высшее и среднетехническое образование, Ы'В - количество специалистов низкой квалификации, имеющих среднее и неполное
среднее образование, Ра - вероятность присутствия специалистов ЫА , Рв - вероятность присутствия специалистов КВ, С - финансовые затраты на содержание специалистов к К и вычисляется по формуле С = СА + СВ , уБР = ІКТб, Креб, ТТГ^1 - вектор характеристик БР,
где N'Т - требуемое количество ШД N А в БР, ЫТ6 - тре-
1 т-ТГ
буемое количество ШД ЫВ в БР, Т - время выполнения технологического графика или время задействования специалистов.
Определена оптимальная ОШС ФВЗ КА в виде множества векторов:
а ' = Г<3) }> (2)
¥{3) = (<51,51, , і=и, і=175;;“, (3)
где 51 - тип ШД (специализация ШД по ВУС), АІ - подразделение, в котором размещаются ШД, 5гтт - минимально необходимое ко-
личество ШД 1-го типа, обеспечивавшее выполнение операций ТГ по векторному показателю качества
8(2) (а * ) = {Спр (а* } Рподг (а *)) , (4)
* А
а еЛМ-)},
при предпочтениях:
Спр (а * ) ^ т1п; [Рподг (а * )] ^
где Л{г(а)} =|У(а)е (^(^))е 4С^ ' область опти-
мальных по Парето вариантов ОШС; Л^^)} - множество всех допустимых решений; 4 (с) - множество оптимальных по Парето оценок; Спр (а ) - средние суммарные затраты на содержание специалистов, стоящих на ШД; Рподг (а ) - вероятность подготовки
ОШС к НПЗ по выделению специалистов в БР.
Выявлены закономерности затребования ШД в БР из различных уровней ФВЗ КА. При разработке методики расчета минимальнонеобходимого и минимально-достаточного ресурса ШД на основе минимаксной оптимизации решена задача расчета количественных и качественных показателей ОШС, используемых для БР. При этом обнаружена необходимость ограничения по минимуму показателей ОШС.
Проведено обоснование и расчет:
показателя результативности или вероятности достижения цели, как способности ОШС выделить требуемое количество специалистов при ограничениях по стоимости;
вероятностей отрыва специалистов от ППЗ КА; показателя затрат на содержание специалистов.
Установлено ограничение для стоимостных показателей. Фактор финансирования учтен при выборе оптимальных ОШС по принципу проведения сравнительного анализа различных вариантов структуры по векторному показателю качества методом прямого перебора и построения множеств оптимальных по Парето вариантов ОШС. Решена двухкритериальная задача по стоимости и ве-
роятности при требовании к снижению стоимости ОШС и повышению вероятности достижения цели.
На практике функционирования ФВЗ КА имеются примеры различного рода спроса на ШД. К таким примерам относятся случаи с незапланированным спросом на ШД: нештатные ситуации; устранение неисправностей; нарушения технологических графиков из-за поставки исправного оборудования; выделение ШД для НФ в УП и период ВВ. Причем удовлетворение дополнительных запросов на ШД может быть восполнено внутренними запасами ФВЗ КА. В этих случаях рассмотрена ОСУЗ при вероятностном спросе и мгновенных поставках.
Данные рассуждения верны для случая, когда вероятностный спрос на интервале времени компенсируется за счет собственных запасов. При реальном функционировании ФВЗ КА имеют место и другие ситуации, когда используются совмещенные или сборные БР из различных ЧЗ. Это требуется тогда, когда собственных запасов специалистов отдельной ЧЗ не хватает. Имеет место задержка поставок на определенную величину. Поэтому проведено построение модели ФВЗ КА с оптимальной стратегией управления запасами ШД при нестационарном детерминированном спросе и при вероятностном спросе и мгновенных поставках.
В итоге получены модели оптимальных ФВЗ КА с ОСУЗ. Разработан механизм принятия решения о выборе модели ФВЗ КА и о продлении функционирования ФВЗ КА существующей ОШС. Проведено прогнозирование таких моментов в функционировании ФВЗ КА.
Проведенный анализ функционирования ФВЗ КА показал, что проблема прогнозирования изменений структуры и состава формирований может быть решена только при комплексном рассмотрении необходимости изменения свойств ОШС. При использовании системного анализа необходимым условием должно быть применение принципа многомодельности. Этот принцип основан на использовании в одной общей модели функционирования ФВЗ КА, где применены модели с различными видами действий. С одной стороны - это модель обоснования ФВЗ КА оптимальной ОШС (модель «А»), а с другой - модель оптимальной стратегии управления запасами (модель «Б»). Фактически модель «А» ответственна за изменения параметров ОШС с точки зрения оптимального сочетания ШД, личного состава и ВВТ. А модель «Б» - за изменения
состояния системы снабжения БР необходимыми ШД. Тогда с помощью общей модели имеется возможность прогнозирования интервалов функционирования ФВЗ КА при возмущающих воздействиях и принятия решения по изменению ОШС.
Анализ проблемы прогнозирования показателей ОШС показал ее сложность и наличие в ней взаимозависимых задач, связанных с выбором модели ФВЗ КА оптимальной ОШС из множества альтернативных вариантов и определением зон нечувствительности с использованием моделей ОСУЗ при возмущающих воздействиях. При разработке методических основ прогнозирования изменения состояний ОСУЗ за основу взято прогнозирование с использованием методов нечеткого регрессионного анализа (НРА), включающее систему базовых определений, классификацию основных типов моделей НРА, характеристику основных этапов построения моделей ФВЗ КА.
Разработаны методические основы прогнозирования изменения состояний ОШС и ОСУЗ, как системы восстановления ресурсов ШД на основе нечеткого регрессионного анализа (НРА-Ш). Получены нечеткие оценки коэффициентов регрессии, на основе которых рассчитаны два типа прогноза: прямой и обратный. Установлено, что методика прогноза позволяет прогнозировать состояние и параметры ОШС и ОСУЗ при возмущающих воздействиях. Обоснована оптимальная ОШС соединения с подчиненными ЧЗ. Рассчитаны МДР и МНР ШД. Определен оптимальный вариант сочетания ШД с учетом их специализаций и категорий. Обоснованы предложения по автоматизации процесса обоснования и прогнозирования оптимальных организационно-штатных структур формирований войск запуска космических аппаратов.
Выданы рекомендации по совершенствованию процесса обоснования и прогнозирования оптимальных организационноштатных структур формирований войск запуска космических аппаратов.
Таким образом, в ходе проведенных исследований решена научно-практическая задача, посвященная разработке теоретических основ обоснования и прогнозирования оптимальных ОШС формирований войск запуска КА, гибких и адаптированных к условиям резкого изменения влияния внешних и внутренних факторов, на основе оптимального сочетания их количественных и качественных характеристик.
1. Дмитриев А. К., Мальцев П.А. Основы теории построения и контроля сложных систем. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. - 191 с.
2. Калинин В.Н. Теория систем и оптимального управления. - М.: Нау-ка,1987, часть 2. - 167 с.
3. Миронов А.Н. Индивидуальное прогнозирование безотказности системы с учетом степени неадекватности модели изменения определяющих параметров// Сб.мат. ЦДНТС под ред. Немудрука Л.Н. и Федорова А.И. (с., инв № 295301).-Л: ВИКИ, 1989.-с. 102-105.
4. Орлов А.И. Задачи оптимизации и нечеткие переменные. - М.: Знание, 1980. - 53 с.
5. Петухов Г.Б. Основы теории массового обслуживания. - МО СССР, 1974. - 248 с.
6. Подинговский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. - М.: Наука, 1982. - 256 с.
7. РыжиковЮ.II. Управление запасами. -М.: НаукаД969. - 343 с. шгЛ
V.Y. Gamov
THEORY OF OPTIMAL STRUCTURE PROGNOSTICATION OF SPACECRAFTS LAUNCH ORGANIZATION
There are problems of formation organization and technical structures of spacecrafts launch in article, including staff structure.
Military formation structure that combines quantitative and qualitative posts showing is founded. Organization structures of spacecrafts launch military formation perfecting recommendations are given.
Key words: aerospace facilities, justification of the optimal structures of the military formations, improving the justification and forecasting of the optimal organizational and establishment structures.
— Коротко об авторе ---------------------------------------------
Гамов В.Ю. - кандидат военных наук, начальник научноисследовательского отдела управления космодрома «Плесецк». Полковник В.Ю. Гамов является членом-корреспондентом Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского.
