Читать книгу Технический риск (элементы анализа по этапам жизненного цикла ЛА) - В. Б. Живетин - Страница 4

Прибыль и убытки в авиации, как и везде в технике, экономике, взаимосвязаны, взаимозависимы. Это антиподы, не существующие друг без друга. Таков основной закон среды жизнедеятельности. Как указано в работе [6]: риск – это ситуативная характеристика, представляющая собой величину потерь и частоту их появления, которая связана функционально с прибылью, полученной при этом.

В необходимости учета риска при разработке проекта (создания ЛА и его систем или организации эксплуатационного предприятия) заинтересованы следующие его участники: заказчик, инвестор, исполнитель, страховая компания. При анализе риска любого из участников проекта используются положения, предложенные американским экспертом Б.Берлимером:

– потери от рисков независимы друг от друга;

– потеря по одному направлению «портфеля рисков» не обязательно увеличивает вероятность потери по другому (за исключением форс-мажорных обстоятельств);

– возможный максимальный ущерб не должен превышать финансовые и другие возможности участника проекта.

При анализе характеристик риска выделим два взаимно дополняющих друг друга вида: количественный и качественный. Качественный анализ может быть сравнительно простым, его главная задача определить факторы, влияющие на риск, этапы и работы, при выполнении которых риск возникает. Количественный анализ сводится к численному расчету размеров отдельных компонент риска и риска проекта в целом. Этой проблеме посвящена данная работа.

Все факторы, так или иначе влияющие на рост величины риска в проекте, можно условно разделить на две группы: объективные и субъективные.

К объективным относятся факторы, независящие непосредственно от самой фирмы или авиационного комплекса: это инфляция (старение техники), анархия, политические и экономические кризисы, экология, таможенные пошлины, наличие режима наибольшего благоприятствования.

К субъективным относятся факторы, характеризующие непосредственно данную фирму, данный проект, данный авиационный комплекс; производственный потенциал, техническое оснащение, уровень предметной и технологической специализации, организация труда, уровень производительности.

При разработке нового ЛА или доработке старой модификации (путем установки нового бортового оборудования) возникают как взаимный интерес инвестора и конструкторского бюро, так и противоречия. Задача заказчика состоит в том, чтобы при минимальных затратах создать такой ЛА, который по основным показателям превысил бы известные ЛА. Задача конструкторского бюро в том, чтобы найти возможность удовлетворить требования заказчика. Как правило, не удается полностью достичь того, что хочет заказчик на те средства, которые он выделил. При этом эксплуатационники, а также пользователи услуг, страховые компании, организации типа IKAO требуют ЛА с заданной надежностью.

В качестве основного показателя, предъявляемого к ЛА, являются экономические показатели. Все остальные порождены этим показателем, за исключением показателя, который связан с человеческими жертвами. Так, например, такой показатель, как «регулярность» обеспечивает заданную величину отложенных полетов, учитывая их высокую стоимость. Показатель «безопасность» связан с расходами на поломку или восстановление техники, а также со страховыми выплатами. При этом по-существу из одного показателя экономичности был введен векторный показатель: экономичность, безопасность, регулярность. В последнее время к этим показателям добавился расход топлива.

Экономичность включает в себя чрезвычайно важную проблему авиастроения – оптимальное распределение стоимости производства конструкции ЛА и бортового оборудования, что обеспечивает получение максимальной прибыли при минимальных потерях.

При этом прибыль связана только с этапом эксплуатации, а потери с этапами разработки, производства, эксплуатации. Прибыль также существенно зависит от качества исполнения несущих аэродинамических поверхностей, в том числе от их свойств и возможностей, и от погрешностей δХ функционирования бортового оборудования. Чем выше возможность и меньше δХ, тем дороже самолет, тем большие издержки несет инвестор, которые могут не окупиться.

Введем общее расчетное (максимальное) количество полетов N, которые может совершить самолет за время Т. Пусть из-за погодных условий он не сможет совершить (при его низком показателе регулярности) n₁ полетов. Из-за аварийных ситуаций он не завершит n₂ полетов (в том числе поломок), а из-за недостоверной информации как бортового оборудования, так и средств управления воздушным движением – n₃ полетов. Таким образом, полеты n₀ = N – (n₁ + n₂ + n₃) = N – n₄ завершены благополучно и могут принести прибыль, а полеты n₄ = n₁ + n₂ + n₃ принесут убытки. Каждая из составляющих вектора = {n₀, n₁, n₂, n₄} несет в себе определенную информацию с позиции функционирования бортового оборудования:

n₀ – выполнение поставленной цели;

n₁ – невыполнение поставленной цели, при правильном функционировании систем контроля и управления бортовым оборудованием;

n₂ – возникновение аварийных ситуаций, включая катастрофы, обусловленные превышением критических значений параметров состояния ЛА из-за погрешностей δx функционирования систем контроля бортового оборудования;

n₃ – недостижение поставленной цели, в том числе отказ ее достижения из-за ложной информации систем контроля и средств управления воздушным движением.

Таким образом, убытки, а, следовательно, технический риск, обуславливают те же события, которые связаны с {n₂, n₃, n₄}, из них {n₃, n₄} обусловлены погрешностями δx получения и обработки информации.

Качество системы управления и изготовления ЛА будем характеризовать ошибками выдерживания траектории Δx и, в частности дисперсией D(Δx) = σ²₁(Δx).

Если в качестве цели ставиться полет на дальность L, то в этом случае потери будем характеризовать частотой n₂ – невыполнение полетов (в том числе по погодным условиям); безопасность характеризовать частотой n₃; экономичность будем оценивать совокупностью {n₂, n₃, n₄}, характеризующих потери в процессе эксплуатации; а с помощью n₁ – прибыль, связанную с благополучным выполнением поставленной цели.

Для современной авиации характерны наперед заданные ограничения на компоненты потерь, связанные с безопасностью полетов, т. е. по-существу задана плата за риск эксплуатации и связанная с ним прибыль. Так, на посадке суммарный риск не должен превышать Р = 10^–9. При этом предполагается, что современная авиация с современным оборудованием гарантированно имеет потери (убытки). Если абстрагироваться от реальности, то можно добиться от бортового оборудования такого функционирования, при котором нет катастроф, но стоимость такого самолета будет так высока, что доходы за счет n₁ могут не покрыть эти расходы.

В общем случае количественные характеристики риска представляют векторные величины, а задача построения и прогноза их чрезвычайно сложна [6]. Таким образом, приступая к проектированию самолета, мы должны учитывать:

– затраты на создание и эксплуатацию;

– прибыль при эксплуатации;

– потери в процессе создания и эксплуатации.

В качестве примера рассмотрим техническую постановку задачи создания новых образцов авиационной техники.

Одной из основных задач, стоящих перед проектировщиками и разработчиками таких сложных и дорогостоящих технических систем, как авиационный комплекс, включающий: самолет и его бортовое оборудование; системы управления воздушным движением; аэродромные средства, является задача выбора и обоснования технических требований к комплексу, в которых отражалось бы целевое назначение его и которые соответствовали бы научно-техническому потенциалу разработчиков. При проектировании авиационного комплекса выбор технических требований к нему должен производиться исходя из целей и задач, стоящих перед проектировщиком самолета, в том числе и его бортовым оборудованием. Такие цели формулируются, как правило, на качественном уровне и позволяют судить лишь об общем направлении работ по созданию авиационного комплекса и его совершенствованию. Для обеспечения необходимой ясности и однозначности формулировок целей последние лучше задать в терминах характеристик авиационного комплекса. Для этого генеральную цель – выполнение самолетом полетного задания – приходится разбивать на совокупность более частных, зато более простых и конкретных подцелей, то есть проводить квантификацию целей. Такими подцелями являются обеспечение регулярности полета, его безопасности и экономичности.

Осуществив квантификацию, получают многоуровневое иерархическое дерево целей, на нижнем уровне которого оказывается полный набор измеримых целей. Для обеспечения полноты в набор целей нижнего уровня приходится включать цели, характеризующие различные стороны процесса функционирования системы. Дерево целей позволяет иметь полный перечень задач для подсистем любого уровня иерархии. При этом проектировщик формулирует технические задания для подсистем, в которых учитываются цели и задачи более высокого уровня.

Процесс квантификации целей завершен, когда получен набор количественно измеримых подцелей, связанных с показателями эффективности функционирования подсистем и системы, т. е. авиационного комплекса в целом. На практике обычно используется следующий, чисто эмпирический подход к построению показателей эффективности и оценке качества систем.

Из множества технических показателей систем авиационного комплекса лицо, принимающее решение, выделяет тот или те, которые, по его мнению, в наибольшей степени характеризуют соответствие системы заданному целевому назначению. Поскольку авиационный комплекс служит для обеспечения регулярности (R), безопасности (Б) и экономичности (Э) полета самолета, последние являются показателем эффективности авиационного комплекса. Отсюда следует, что задача проектирования авиационного комплекса заключается в том, чтобы создать такой авиационный комплекс, который обеспечивал бы самолету значения показателей регулярности, безопасности и экономичности его полета не хуже существующих, и при этом обеспечивал бы прибыль.

Таким образом, целью нового авиационного комплекса или совершенствования старого является, как следует из вышеизложенного, повышение регулярности, безопасности и экономичности полетов самолета. Как правило, реализация этой цели поддается экономической оценке, в результате чего могут быть получены зависимости

J₁ = J₁(ΔR, ΔБ, ΔЭ, Т), J₂ = J₂(ΔR, ΔБ, ΔЭ, Т),

где J₁ – прибыль за время эксплуатации самолета, оснащенного таким авиационным комплексом; ΔR, ΔБ, ΔЭ – соответственно приращения показателей регулярности, безопасности и экономичности полета нового самолета по отношению к аналогичным показателям старого варианта самолета; J₂ – затраты на создание авиационного комплекса; Т – время эксплуатации. Очевидно, что эффект от внедрения

ΔJ = J₁ – J₂. (11)

Рассмотрим вектор А параметров, полностью характеризующих авиационный комплекс. Тогда R = R(A); Б = Б(А); Э = Э(А), задача заключается в отыскании такого А = А*, при котором показатель (1.1) достигает максимальной величины на множестве значений ΔJ, на границах которого значения ΔJ достигают порога, характеризующего целесообразность создания авиационного комплекса. Таким образом, задача состоит в отыскании А = А*, удовлетворяющего условию

А* = min{J₁(R(А), Б(А), Э(А)) – J₂(R(А), Б(А), Э(А))}. (1.2)

В результате процесс проектирования авиационного комплекса сводится к построению алгоритма, с помощью которого устанавливается связь между свойствами вектора А* параметров авиационного комплекса и значениями R, Б, Э, а также метода нахождения А*, удовлетворяющего условию (1.2).

Предположим, что показатели регулярности, безопасности и экономичности полета представляют собой вероятности возникновения некоторых событий (например, особых ситуаций, опасных ситуаций, ложных срабатываний [6]). Предположим также, что алгоритм (метод) расчета эффекта J₁ в зависимости от значений, указанных показателей известен. В качестве примера такого алгоритма рассмотрим алгоритм, устанавливающий зависимость между эффектом J₁ и значениями показателя безопасности полета, под которым будем понимать вероятность или частоту особых ситуаций.

Пусть для всего парка самолетов заданного класса известно общее количество особых ситуаций, имевших место за заданный период времени. Это позволит определить экономические потери П*, обусловленные такими ситуациями. С другой стороны, предположим, что в результате проектирования будет создан такой авиационный комплекс, который обеспечит уменьшение особых ситуаций за тот же период времени, в результате чего потери от них составят величину П**. Тогда экономический эффект P₁ от эксплуатации самолета-носителя, имеющего такой авиационный комплекс выразится следующим образом:

Р₁ = П* – П**.

С учетом введенных предположений определение вектора А*, характеризующего авиационный комплекса и удовлетворяющего выражению (1.2), сведется к задаче определения затрат J₂ на создание комплекса, обеспечивающего самолету значения показателей R, Б, Э полета не хуже заданных (требуемых).

Решение данной задачи может быть сведено к последовательному решению следующих двух задач: задачи синтеза структуры авиационного комплекса, обеспечивающего значения указанным показателям не хуже требуемых, и задачи определения затрат на создание авиационного комплекса, имеющего такую структуру.

Рис. 1.2

В простейшем случае процесс создания нового ЛА или совершенствования старого связан с инвестором (рис. 1.2). Как правило, инвестор, стремясь получить максимальный доход, заказывает КБ проектирование нового самолета с характеристиками R, Б, Э. Назовем их условно характеристиками идеального самолета. В силу ограниченных возможностей КБ создает вариант самолета с характеристиками (R₁, Б₁, Э₁); назовем его проектный вариант ЛА. На последней стадии создания, на стадии производства все изменяется, и мы получаем ЛА с характеристиками (R₂, Б₂, Э₂). Назовем такой самолет реальным или фактическим. В результате идеальный доход (D_н), на который рассчитывал инвестор не получился и стал равен некоторому фактическому значению D_ф. В случае, если расхождение ΔD = D_н – D_ф велико, в КБ проводятся исследования, направленные на поиск наилучшего соответствия между ΔD и стоимостью оборудования, необходимого для его уменьшения (рис. 1.3).

Представленная на рис. 1.3 структурная модель поиска наилучшего решения включает финансовые вложения (финансовые потоки) и порожденные ими технические совершенства, которые обеспечивают регулирование (изменение) дохода D(t) и прибыль D_п(t) в нужную для заказчика сторону. При этом новая техника внедряется, если происходит увеличение n₀/n, т. е. частоты выполненных полетов, при уменьшении n₁/n, n₂/n, n₃/n.

Анализируя все сказанное относительно потерь и прибыли, сопутствующим процессу эксплуатации самолета, в том числе анализируя процессы доработки, эксплуатации и создания самолета, можно сделать вывод, что в самом простейшем случае самолет есть экономическая подсистема с переменными параметрами, подверженная старению, износу, поломке, изменению точностных и надежностных характеристик.

Рис. 1.3

При этом на такую экономическую систему воздействуют внешние и внутренние возмущающие факторы, изменяющие, как правило, в сторону уменьшения, величину дохода от эксплуатации самолета (рис. 1.4). В такой системе, созданной по воле человека и непосредственно его трудом, циркулируют деньги и техника, взаимно преобразовываясь в нужном для человека направлении. Участие человека сводится к выбору параметров системы, например, нелинейной обратной связи, выбора типа и параметров новой техники, а также места и времени применения ЛА.

Рис. 1.4

Так, нелинейная обратная связь (рис. 1.5) имеет зону нечувствительности ε, в которой ΔD = 0, т. е. отчисления ΔD на создание новой техники с целью компенсации потерь, равны нулю. Рассматриваемая экономическая подсистема имеет внешнюю обратную, направленную на расширение бизнеса. В общем случае каждый ЛА при анализе эксплуатационных потерь можно рассматривать как подсистему (объект, элемент) некоторой экономической системы, представляющей собой эксплуатационное подразделение. Это означает, что все основные положения экономических систем могут быть использованы при анализе процессов создания и эксплуатации ЛА.

Рис. 1.5

В зависимости от типа самолета в качестве таких экономических систем выступают эксплуатационные подразделения следующих уровней:

– частное лицо (1–2-х местные самолеты);

– спортивное общество (спортивная авиация);

– фирма (самолеты деловых связей);

– региональные авиаслужбы (самолеты местных авиалиний);

– авиаслужбы страны (самолеты внутренних авиалиний);

– международные авиакомпании (самолеты международных авиалиний).

Каждое из этих эксплуатационных подразделений, в той или иной мере оказывает влияние на создание соответствующей (эксплуатируемой им) техники, а также средств обеспечения ее функционирования (рис. 1.6). Заказчики или инвесторы техники имеют разные итоговые цели ее создания, разные условия функционирования и потому формируют различные требования и назначения. При этом для каждого ЛА характерны свои потери как по величине, так и по виду своего проявления, что обуславливает необходимость анализа потоков технического риска (потерь).

Рис. 1.6