Рассматривая возможные подходы к осуществлению модернизации сложных технических комплексов, к каким в полной мере можно отнести составные части ракетно-космических комплексов (СЧ РКК), можно выделить два крайних подхода:

– «интенсивная» модернизация, т.е., проведение «глобальной» модернизации СЧ РК после истечения срока окончания достаточно длительного периода эксплуатации, в течение которой сколько-нибудь существенные воздействия на состав оборудования и технические характеристики средств не оказываются;

– «экстенсивная» модернизация, связанная с отказом от «глобальной» плановой модернизации, и переход к модернизации СЧ РКК, обычно в случае крайней необходимости.

Преимуществом интенсивной модернизации является возможность внесения кардинальных корректив в принципы формирования СЧ РКК, возможность оптимизации распределения функций и задач между составными частями РКК, унификация приборной, аппаратурной и элементной базы СЧ РКК и т.п. Однако, такие «революционные» и масштабные преобразования требуют привлечения большого количества материальных, финансовых и трудовых ресурсов, не могут быть выполнены оперативно и требуют, как правило, выведения РКК из штатной эксплуатации на длительные сроки.

Ограниченность финансирования оборонных программ в переходный период развития Вооруженных Сил Российской Федерации, с одной стороны, и интенсивная загрузка отечественных РКК выполнением задач по развертыванию и восполнению состава орбитальных группировок, с другой, вынудили в течение десяти последних лет прибегать к экстенсивной модернизации СЧ РКК. Это позволило не прерывать применения РКК по целевому назначению, уложиться в скромные выделяемые средства, однако вынужденно свелось к ряду мероприятий несистемного характера, не устраняющих, в общем случае, действия факторов, вызывающих потребность в модернизации СЧ РКК.

Выходом из сложившейся ситуации, как видится, может быть промежуточный вариант, когда на основании объективного анализа фактического технического состояния СЧ РКК, их способности решать поставленные задачи и уровня соответствия тактико-технических характеристик современным требованиям принимается решение о целесообразности модернизации не всего комплекса целиком, а только наиболее нуждающейся в этом части средств.

Для составных частей ракетно-космических комплексов (СЧ РКК) можно выделить, по крайней мере, четыре основных фактора, формирующих потребность в модернизации [2, 4–10]. Во-первых, это расширение спектра целей и задач СЧ РКК, выходящее за рамки возможностей существующих средств. Во-вторых, повышение требований к техническим характеристикам СЧ РКК. В третьих, деградация системы восстановления ресурса, вызывающая неустранимые отказы. И, наконец, возрастание эксплуатационных затрат из-за прогрессирующего старения элементной базы и увеличения интенсивности отказов. Совместное действие этих факторов приводит к исчерпанию остаточного ресурса СЧ РКК по критериям морального и физического старения. Учтем данные факторы при построении модели определения потребности в модернизации СЧ РКК и формировании состава средств, подлежащих модернизации.

Синтез обобщенного показателя потребности СЧ РКК в модернизации в условиях неопределенности

Для количественной оценки потребности в модернизации декомпозируем обобщенное свойство «потребность в модернизации СЧ РКК» на четыре частных свойства:

– неприспособленность к выполнению всего спектра целевых задач;

– неприспособленность к выполнению требований к техническим характеристикам СЧ РКК;

– ограниченность возможностей по восстановлению работоспособности небазовых элементов (небазовые элементы – элементы, работоспособность которых при возникновении отказов может быть восстановлена без проведения капитального ремонта);

– неэкономичность эксплуатации (возросшие выше нормы эксплуатационные затраты).

Для каждого из перечисленных свойств введем соответствующие количественные показатели. Смысл или сущность данных показателей заключается в следующем. Каждый показатель характеризует потребность в модернизации по своему направлению: по целевым задачам, по техническим характеристикам, по неустранимым отказам и по эксплуатационным затратам, а определяется как израсходованная доля первоначального запаса наработки СЧ РКК по рассматриваемому фактору: RЦ.З. – показатель потребности в модернизации по целевым задачам, RТ.Х. – показатель потребности в модернизации по техническим характеристикам СЧ РКК, RН.О. – показатель потребности в модернизации по неустранимым отказам (израсходованной долей первоначального запаса наработки СЧ РКК до перехода в предельное состояние по критерию неустранимого отказа небазовых элементов), RЭ.З. – показатель потребности в модернизации по эксплуатационным затратам (израсходованной долей первоначального запаса наработки СЧ РКК до перехода в предельное состояние по критерию возрастания эксплуатационных затрат).

Количественные значения частных показателей потребности в модернизации будем определять как израсходованную долю первоначального запаса ресурса СЧ РКК по рассматриваемому фактору.

Пусть известно значение τ фактической наработки СЧ РКК на момент определения потребности в модернизации. Тогда, например, значение показателя RЦ.З. может быть вычислено как частное от деления значения текущей наработки τ на ее сумму с оценкой остаточного ресурса по рассматриваемому фактору:

(1)

Аналогичным образом получаем выражения для показателя потребности в модернизации по техническим характеристикам:

, (2)

показателя потребности в модернизации по неустранимым отказам:

, (3)

и показателя потребности в модернизации по эксплуатационным затратам:

(4)

Анализ фактической неопределенности имеющейся информации для расчета величины остаточного ресурса в знаменателе выражения (1) показывает целесообразность использования нечетких экспертных оценок [3]. Подобное справедливо и для остальных частных показателей.

Введем в рассмотрение нечеткие оценки остаточного ресурса СЧ РКК по целевым задачам

, (5)

техническим характеристикам

, (6)

и эксплуатационным затратам

, (7)

задаваемые в виде нечетких множеств с функциями принадлежности соответственно

, ,

и

.

Подставив выражения (5), (6) и (7) соответственно в (1), (2) и (4), получим нечеткие оценки показателей потребности в модернизации:

, (8)

, (9)

. (10)

Обобщенный показатель потребности в модернизации СЧ РКК определяется как взвешенная сумма значений частных показателей потребности в модернизации:

(11)

Оценка обобщенного показателя потребности в модернизации СЧ РКК рассчитывается на основе применения принципа обобщения Л.Заде [1] и выражается в виде нечеткого числа, заданного на единичном интервале.

Особенности формирования состава подлежащих модернизации СЧ РКК

Определим граничное значение обобщенного показателя потребности в модернизации СЧ РКК. При этом на значения остаточного ресурса по каждому из составляющих потребность в модернизации свойств наложим ограничения в виде неравенств, смысл которых заключается в том, что запас остаточного ресурса не должен быть меньше продолжительности модернизации по рассматриваемому показателю.

(12)

Итоговое значение ограничения для обобщенного показателя формируется в виде взвешенной суммы ограничений на частные показатели (правая часть выражения (12), в котором αЦ.З., αТ.Х., αН.О., αЭ.З. – весовые коэффициенты, сумма которых равна единице.

Принятие решения о целесообразности модернизации СЧ РКК осуществляется на основе критерия (13), согласно которому СЧ РКК с номером i подлежит модернизации, если

, (13)

где  – момент начала модернизации i-го СЧ РКК.

Проверка выполнения условия (13) может быть осуществлена пошагово. Для этого представим пороговую величину как нечёткое множество с вырожденной функцией принадлежности в виде единичной дельта-функции (см. рисунок):

, (14)

где

Условие (13) при некотором τ выполняется, если справедливо равенство

, (15)

при этом необходимо выполнить операцию нахождения максимального из двух нечётких множеств. С этой целью введем операции максимума и минимума для пары нечётких множеств:

, (16)

где

,

, (17)

где

.

Пусть , либо , тогда отношение порядка определяется следующим образом:

.

Если включает , т.е. , то . В других случаях и  считаются эквивалентными:

.

Если потребность в модернизации средства zi отобразить булевой переменной

,

тогда итоговое множество модернизируемых составных частей РКК определится как

. (18)

Выводы

Описанный в статье подход к формированию состава модернизируемых составных частей РКК отличается тем, что в структуру обобщенного показателя потребности СЧ РКК в модернизации введены составляющие, отражающие не только физическое старение оборудования, но и степень его морального старения (отставания от требований по составу целевых задач и уровню технических характеристик). Применяемый для получения оценок остаточного ресурса аппарат теории нечетких множеств в максимальной степени учитывает реальную степень неопределенности информации о процессах морального и физического старения СЧ РКК.