Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОСТИ В МОДЕРНИЗАЦИИ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Казаков Р.Р. 1 Басотин Е.В. 1 Миронов А.Н. 1 Сизяков Н.П. 2 Шестопалова О.Л. 3
1 ФГКВОУ ВО «Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского»
2 АО «Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.И. Берга»
3 Филиал «Восход» ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»
В статье рассматриваются вопросы определения наличия потребности в модернизации составных частей ракетно-космических комплексов и формирования состава средств, подлежащих модернизации. Подход к решению задачи отличается тем, что в структуру обобщенного показателя потребности объекта 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). Предложено использовать для определения потребности в модернизации объекта математический аппарат теории нечетких множеств, который позволяет привлечь дополнительную информацию в виде нечетких суждений экспертов по рассматриваемой проблеме. Оценка обобщенного показателя потребности в модернизации объекта рассчитывается на основе применения принципа обобщения Л. Заде. Потребность в модернизации объекта оценивается в виде нечеткого числа, заданного на единичном интервале.
ракетно-космический комплекс
модернизация
нечеткие множества
остаточный ресурс
1. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближённых решений: Пер. с англ. – М.: Мир, 1976. – 166 с.
2. Казаков Р.Р. Анализ путей решения проблемы управления жизненным циклом наземного оборудования ракетно-космических комплексов / Р.Р. Казаков, Е.В. Басотин, А.Н. Миронов, Р.Р. Казаков, О.Л. Шестопалова // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 6–2. – С. 282–287.
3. Шестопалова О.Л. Основы построения систем сбора и обработки информации о техническом состоянии космических средств / О.Л. Шестопалова // Московский государственный технический университет (МАИ), филиал «Восход». – Набережные Челны: Издательство Камской государственной инженерно-экономической академии, 2007. – 92 с.
4. Шестопалова О.Л. Прогнозирование соответствия характеристик космических средств предъявляемым требованиям на основе использования нечеткой регрессионной модели / Н.П. Сизяков, О.Л. Шестопалова // Информация и космос. – 2010. – № 1. – С. 133–135.
5. Шестопалова О.Л. Прогнозирование срока службы информационной системы с учетом морального старения элементной базы технических средств / О.Л. Шестопалова, А.В. Муравьев // Транспортное дело России. – 2014. – № 6. – С. 186–189.
6. Шестопалова О.Л. Определение потребности в модернизации средств технического обеспечения распределенной системы сбора и обработки информации / А.Н. Дорохов, А.Н. Миронов, О.Л. Шестопалова // Информация и космос. – 2014. – № 1. – С. 9–12.
7. Шестопалова О.Л. Модель для расчета показателей качества функционирования системы технического обслуживания и ремонта сети связи / В.Л. Витюк, В.Л. Гузенко, Е.А. Миронов, Д.А. Севастьянов, О.Л. Шестопалова // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 5–3. – С. 493–498.
8. Шестопалова О.Л. Модель расчёта затрат на эксплуатацию системы сбора и обработки информации c учетом инфляционных процессов / О.Л. Шестопалова // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 3; URL: http://www.science-education.ru/117-13607.
9. Шестопалова О.Л. Пути и методы управления развитием системы информационного обеспечения эксплуатации космических средств / Д.А. Севастьянов, О.Л. Шестопалова // Информация и космос. – 2013. – № 3. – С. 73–76.
10. Шестопалова О.Л. Прогнозирование моральной долговечности распределенных информационных систем с учетом прогрессирующих ограничений на возможности восстановления ресурса элементной базы / О.Л. Шестопалова // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6; URL: http://www.science-education.ru/113-11078.

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:

kaz01.wmf (1)

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

kaz02.wmf, (2)

показателя потребности в модернизации по неустранимым отказам:

kaz03.wmf, (3)

и показателя потребности в модернизации по эксплуатационным затратам:

kaz04.wmf (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

kaz05.wmf, (5)

техническим характеристикам

kaz06.wmf, (6)

и эксплуатационным затратам

kaz07.wmf, (7)

задаваемые в виде нечетких множеств с функциями принадлежности соответственно

kaz08.wmf, kaz09.wmf,

и

kaz10.wmf.

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

kaz11.wmf, (8)

kaz12.wmf, (9)

kaz13.wmf. (10)

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

kaz14.wmf (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.

kaz15.wmf (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

kaz16.wmf, (13)

где kaz17.wmf – момент начала модернизации i-го СЧ РКК.

kazak1.wmf

Сравнение нечеткой оценки обобщенного показателя потребности в модернизации с пороговым значением

Проверка выполнения условия (13) может быть осуществлена пошагово. Для этого представим пороговую величину kaz18.wmf как нечёткое множество с вырожденной функцией принадлежности в виде единичной дельта-функции (см. рисунок):

kaz19.wmf, (14)

где

kaz20.wmf

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

kaz21.wmf, (15)

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

kaz22.wmf, (16)

где

kaz23.wmf,

kaz24.wmf, (17)

где

kaz25.wmf.

Пусть kaz26.wmf, либо kaz27.wmf, тогда отношение порядка определяется следующим образом:

kaz28.wmf.

Если kaz29.wmf включает kaz30.wmf, т.е. kaz31.wmf, то kaz32.wmf. В других случаях kaz33.wmf и kaz34.wmf считаются эквивалентными:

kaz35.wmf.

Если потребность в модернизации средства zi отобразить булевой переменной

kaz36.wmf,

тогда итоговое множество модернизируемых составных частей РКК определится как

kaz37.wmf. (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.


Библиографическая ссылка

Казаков Р.Р., Басотин Е.В., Миронов А.Н., Сизяков Н.П., Шестопалова О.Л. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОСТИ В МОДЕРНИЗАЦИИ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 12-3. – С. 486-490;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36514 (дата обращения: 17.08.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074