Читать книгу Методы и средства обеспечения безопасности полета - В. Б. Живетин - Страница 4

Предметом дальнейшего изучения является система, под которой будем понимать совокупность объектов любой природы, находящихся в определенных отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство.

К классу таких систем относятся объекты машиностроения: самолеты, вертолеты, железнодорожные и автомобильные объекты, объекты речного и морского транспорта. В дальнейшем мы будем рассматривать только авиационные объекты, все остальные системы являются частным случаем.

Самолет, как и всякая система, может быть рассмотрен как элемент системы более высокого порядка – макроавиационной системы, которая в свою очередь является подсистемой экономической системы и т. д.

Самолет относится к классу систем, в которых осуществляются процессы передачи информации, управления и формирования энергетического потенциала [2, 3]. К особенностям таких систем отнесем следующие:

– в процессе функционирования систем решается множество задач, некоторые из них в силу объективных или субъективных причин оказываются противоречивыми по отношению к основной цели;

– функционирование всегда протекает при той или иной неопределенности условий, включая внешнюю среду, внутренние свойства самой системы;

– на процесс функционирования системы, как правило, большое влияние оказывает человек;

– в процессе функционирования происходят процессы старения, деградации, изнашивания, разрушения или развития (по воле человека) подсистем.

Для достижения заданной цели, например осуществления перевозки пассажиров, в системе используется соответствующий алгоритм функционирования, реализованный в виде некоторой материальной структуры, содержащей средства целепологания (полет по заданному маршруту), средства контроля, обработки информации, управления, реализации необходимых действий.

В общем случае, когда рассматривается модель создания (в том числе проектирования) и эксплуатации самолета, система, синтезированная на структурно-функциональном уровне, представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1

На рис. 1.1. приведены условные обозначения: R_i – ресурсы i-й системы ; δ_i – погрешности, созданные i-й системой в процессе реализации своих функциональных возможностей.

Структура системы реализации жизненного цикла нового самолета включает следующие этапы: целеполагание, целедостижение, целереализацию, оценку достигнутого. Каждый этап жизненного цикла реализуется посредством комплекса работ, выполняемых профессионалами различного уровня с использованием научных знаний и технических средств.

Разработанная и реализованная структура системы осуществления жизненного цикла нового самолета может не в полной мере обеспечивать достижение всех поставленных целей. При этом для создателя и руководителя важно знать степень недостижения цели, зависящую от свойств и качеств подсистем и системы в целом.

Свойство системы характеризуется объективной особенностью, которая проявляется при ее создании и эксплуатации. Качество системы характеризуется совокупностью свойств, обусловливающих ее пригодность выполнять заданную ей цель.

Показатели качества системы, составленные из абсолютных или относительных показателей ее свойств, будем подразделять на функциональные и экономические. Функциональные показатели характеризуют способность системы выполнять возложенные на нее функции для достижения поставленных целей. Экономические показатели характеризуют, с одной стороны, затраты, необходимые для придания системе требуемых качеств, а с другой – экономический эффект при ее функционировании.

Желаемые (потребные) и возможные качества будем задавать условиями, которым должны удовлетворять значения показателей этих качеств. Эти условия называются критериями оценки качества системы.

В процессе анализа системы важно определить соответствия возможных, фактических и необходимых свойств системы. Создание любого нового или модернизация старого начинает с этапа целеполагания подсистема (1) (рис. 1.1). Здесь закладываются основные функциональные и экономические показатели объекта, который будет создан. Подсистема (1) наполнена специалистами [19], которые в процессе целеполагания осуществляют (рис. 1.2):

1) формулировку цели путем синтеза средств;

2) эскизный проект, включающий анализ идеи, необходимые средства, ресурсы;

3) оценку необходимых ресурсов: научных, технических, экономических;

4) оценку возможностей, корректировку цели, доработку эскизного проекта, переоценку необходимых ресурсов.

Рис. 1.2

Следующим этапом жизненного цикла самолета, его «рождения», является этап целедостижения. Этот этап реализуется в рамках подсистемы (2), синтезированная структура которой представлена на рис. 1.3. В процессе реализации этого этапа в рамках подсистемы осуществляется анализ возможности реализации цели, включающий:

1) формирование ресурсов и обоснование выходных данных;

2) проведение научно-исследовательских работ – выбор конструктивных параметров;

3) проведение опытно-конструкторских работ, включая натурные испытания опытного образца объекта;

4) проведение летных испытаний объекта – оценка возможностей.

На рис. 1.2 приведены следующие обозначения: R_1j = R_1j(ΔR_1j, δ_1j) – ресурсы подсистемы, принадлежащие R₁ (целеполагания рис. 1.1); ΔR_1j – потери ресурсов, реализуемые в подсистеме j , обусловленные погрешностями δ_1j соответственно.

Обозначения на рис. 1.3 аналогичны приведенным на рис. 1.2, т. е. R_2j = R_2j (ΔR_2j, δ_2j).

Рис. 1.3

Этап целереализации в жизненном цикле самолета является замыкающим и вместе с тем самым ответственным. Синтезированная структура этой подсистемы (3) представлена на рис. 1.4. На этом этапе система должна окупить все расходы, произведенные при ее создании.

На этом этапе осуществляются:

1) цель эксплуатации: где, когда, с какой целью объект будет эксплуатироваться;

2) организация эксплуатации, обеспечение безопасности, экономичности, регулярности функционирования объекта;

3) эксплуатация;

4) оценка итогов работы, текущий капитальный ремонт, оценка возможностей.

На рис. 1.4. приведены следующие обозначения: R⁽²⁾₁ – ресурсы (финансовые), полученные из банка в кредит; R_3j = R_3j(ΔR_3j, δ_3j), где  – номера подсистем, осуществляющих целереализацию (рис. 1.1); R₃₄ – ресурсы получены с рынка 3 от потребителя.

Рис. 1.4

Замыкание жизненного цикла: происходит деструктуризация, достигается критическая область, что приводит к потерям функциональных возможностей, неспособности выполнять поставленную цель, в том числе по причине падения функциональных свойств.

Структурно-функциональное представление на уровне системы реализации жизненного цикла новой техники и отдельных ее подсистем необходимо при построении моделей различного уровня для математического моделирования процессов:

– анализа риска в начальный момент времени t₀;

– анализа риска в упрежденный момент времени t = t₀+τ;

– управления риском и контроля его величины.

Каждый из этапов жизненного цикла характеризуется ресурсами R_i и потерями ΔR_i, соответствующими данному этапу. Потери ΔR_i на каждом из этапов зависят от величины погрешностей δ_i , допущенных при проведении работ, а также от величины средств R_i , с использованием которых проводились работы [19]. В итоге получаем суммарные потери ресурсов

ΔR = Ψ(R₁, …, R₄, δ₁, …, δ₄, t),

где Ψ – оператор преобразования.

Основным звеном в структуре системы реализации жизненного цикла объекта является подсистема целеполагания, которая в свою очередь представляет систему со структурой, представленной на рис. 1.2. Ее основные задачи – осуществление синтеза, формирование идеи с учетом склонностей инвестора и возможностей создателей. При этом происходит оценка потребных ресурсов R_р = R_р(δ_р, ΔR), где δ_р – ошибка в расчетах потребных ресурсов, порождающая погрешность ΔR(δ_р).

Рассмотрим возможные потери на этапах жизненного цикла самолета [18].

1. На этапе научно-исследовательских работ (НИР) потери инвестора обусловлены невозможностью достичь заданную цель, например обеспечить заданные регулярность, экономичность и безопасность полета самолета. Это приводит к потерям тех финансовых средств, которые были затрачены инвестором на проведение таких работ (рис. 1.4). Обозначим их ΔR⁽¹⁾₂₂.

Другой крайностью является ситуация, в которой результаты научно-исследовательской работы показали возможность достижения поставленной цели, а этап опытно-конструкторских работ их не подтвердил – возникают потери ΔR⁽²⁾₂₂. Между этими крайними случаями находится проект, позволяющий достичь заданную цель, но который был отклонен.

Таким образом, научно-исследовательский риск характеризуется ситуациями, возникающими в процессе проведения работ, которые могут характеризоваться потерями ΔR₂₂ = ΔR⁽¹⁾₂₂ + ΔR⁽²⁾₂₂.

2. На этапе опытно-конструкторских работ (ОКР), например для самолета, включающем проектирование и изготовление опытного образца, проведение аэродинамических, прочностных и летных испытаний, возможны те же ситуации, что и на этапе НИР. Однако потери возрастают за счет более высокой стоимости ОКР. Причиной таких ситуаций являются погрешности δ₂₂, полученные и не обнаруженные на этапе НИР, а также погрешности ОКР δ₂₃.

3. На этапе серийного производства показатели риска увеличиваются по следующим причинам:

– ухудшение показателей объекта за счет влияния несовершенств технологических процессов производства, обусловленных свойствами металла, станков и инструментов, квалификацией специалистов и т. п., в результате получаем погрешность δ₂₄;

– повышение стоимости производства объекта по отношению к заявленной стоимости, что увеличивает численную величину риска, связанную с финансовыми расходами.

Отметим, что изменение характеристик объекта за счет технологических процессов сказывается и учитывается на этапе эксплуатации.

4. Последний этап – эксплуатационный – характеризуется соответствующим риском, связанным, прежде всего, с полной или частичной потерей техники при авариях, катастрофах, а также с фактическими (финансовыми) расходами для обеспечения функционирования объекта, которые превышают расчетные или оптимальные, например, за счет неоптимального или нерасчетного расхода топлива.

Рис. 1.5

Суммарные потери при создании новой техники можно представить в несколько обобщенном виде: экономические и функциональные потери (рис. 1.5). Последние обусловлены функциональным несовершенством новой техники. Указанные на рис. 1.5 потери возникают, прежде всего, в связи с тем, что объект, созданный в результате инвестирования, в общем случае способен быть экономической системой – приносить прибыль, которая зависит от стоимости этого объекта и его функциональных свойств. Суммарные потери обусловливают суммарные риски.

Рассмотрим этапы принятия проекта инвестором.

I. Оценка располагаемых ресурсов R, включающих банковский кредит.

II. Анализ затрат ресурсов на поэтапный проект.

III. Анализ возвратных ресурсов от реализации.

Важное значение на процесс инвестирования оказывает банк. Инвестору необходимо оценить, на что он может рассчитывать.

Если инвестор располагал только ресурсами R⁽¹⁾₁, полученными из банка, то итоговая величина риска обусловлена выполнением неравенства R⁽²⁾₁ > R₃₄, где R⁽²⁾₁ = R⁽¹⁾₁ + ΔR⁽¹⁾₁, ΔR⁽¹⁾₁ – величина процента банковского кредита, подлежащего возврату, R⁽²⁾₁ – ресурсы, подлежащие возврату в банк; R₃₄ – ресурсы, полученные от потребителя [33, 34].

При этом проблема инвестирования и инвестиционного риска включает оценку потерь ресурсов ΔR, затраты на реализацию проекта, успех при эксплуатации объекта. Анализ потерь и рисков включает в себя, как правило, моделирование технико-экономических процессов.

Математические модели для подсистемы целеполагания (1) (что делать) – это особые модели, где принятие решений происходит на индивидуальном уровне человека, на уровне его ноосферы [20]. При этом осуществляется синтез особого рода, в котором соединяются объекты различной природы, из различных областей знаний, различных наук; в итоге формируется идея, например, в виде структуры нового объекта с неизвестными ранее свойствами, т. е. здесь создается «сущность» нового объекта.

Эта идея в дальнейшем в подсистеме аналитических решений (2) получает теоретическо-практический образ, т. е. образ, который может быть реализован в современных условиях в виде реального объекта. Образно говоря, в подсистеме (2) объект получает и наделяется своими «личностными» свойствами, которые воспринимаются человеком. И только в оптимальном сочетании «сущности» и «личности» получаются, например, «Ил», «Ту», «Боинг», т. е. то, что востребовано жизнедеятельностью человека и высоко ценится человечеством.

Модели подсистемы «как делать» включают в себя иерархию от модели отрасли до модели цеха. Этот необыкновенно большой диапазон систем рассматривает процессы производства, включающие описание потоков товаров во времени, финансовых потоков, обеспечивающих или сопровождающих потоки товаров. Как правило, эти модели используются управленческим звеном экономики, которое включает в себя управленцев-пользователей от начальника цеха и выше до уровня отрасли. В этих моделях явно присутствует человеческий фактор, его свойства, ноосфера, с помощью которой при принятии решений реализуется не столько анализ, сколько синтез.

Наиболее понятными для практики являются математические модели производственного процесса, которые включают в себя, например, технологические процессы с расчетами времени изготовления детали, квалификации исполнителя и оплаты его труда. Здесь человеческий фактор учитывается только на этапе учета квалификации и в дальнейшей детализации не нуждается. Основная роль в разработке модели принадлежит аналитику (естественнику), создающему станки, оборудование.

«Контроль» в широком понятии включает две сферы: внутреннюю и внешнюю [2, 6]. Во внутренней сфере контроль связан с качеством и сроками изготовления изделия. Здесь математические модели разработаны достаточно хорошо. Неоднозначность ситуации возникает тогда, когда технологический процесс, например изготовление крыла самолета, необходимо увязывать с бортовым приборным оборудованием с помощью функциональных (целевых) и экономических показателей. При этом решается проблема выбора путем перераспределения точности производства несущих поверхностей и бортового приборного оборудования [18]. Во внешней сфере функции контроля выполняет рынок, который учитывает эксплуатационные свойства самолета.