Краткая характеристика жизненного цикла сложных технических объектов в составе организационно – технических систем

Важнейшим принципом развития и совершенствования современных сложных технических объектов и их эксплуатация является системный конструкторско-технологический подход к их проектированию, производству и эксплуатации. Указанные технические объекты характеризуются как целостностью при выполнении предписанных им функций, так и делимостью на элементы, а также наличием структуры, отражающей связь между элементами, и как следствие этого – сложностью алгоритмов управляющих воздействий.

В силу изложенных выше особенностей современные сложные объекты применяются только в составе системотехнических комплексов, в состав которых в качестве составных или составляющих частей в свою очередь также входят сложные объекты. Для обеспечения указанных системотехнических комплексов требуется многочисленный высококвалифицированный персонал.

Например, систему летательного аппарата, как и всякую сложную систему, можно представить в виде пятиуровневой системы (рис 1.1).

Рассмотренная многоуровневая система (комплекс летательного аппарата) (рис. 1.1), а также специфика её функционирования обуславливает ряд закономерностей и особенностей их жизненного цикла, представленного на рис. 1.8.

В общем случае – жизненный цикл объекта – это промежуток времени от момента возникновения задачи, обуславливающей потребность в данном типе объекта, до снятия его с эксплуатации.

Основными стадиями жизненного цикла, являются: стадия создания и стадия эксплуатации (см. рис. 1.8) [6,8,9,17].

Жизненный цикл объекта начинается с анализа задачи, решения которой должны удовлетворить возникшие потребности страны (общества).

На этом этапе заказчик (заказывающая организация), в роли которого могут выступать министерство, агентство, имеющие в своём составе соответствующие заказывающие органы, разрабатывают концепцию системы (комплекса) ЛА и формирует предъявляемые к ней тактико-технические требования.

Если данных для формирования тактико-технических требований или тактико-технического задания на разработку комплекса ЛА недостаточно для выдачи конкретного задания разработчикам и изготовителям, то следующем этапом является разработка технического задания на разработку технического предложения (аванпроекта).

На этом этапе определяется возможность создания комплекса для решения поставленной задачи и производится сравнение различных вариантов облика создаваемого комплекса или объекта. Разработка технического предложения обычно поручается головным конструкторским бюро и научно-исследовательским институтам, занимающимися проектированием подобных комплексов или объектов. Как правило, аванпроект выполняется параллельно несколькими организациями на конкурсной основе.

В результате согласования технического задания с конкурсными вариантами технического предложения принимается решение о создании комплекса ЛА или объекта, на основании которого разрабатывается и утверждается тактико-техническое задание (ТТЗ), определяется предварительное распределение заказов связанных с проектирование и изготовлением комплекса ЛА (всех его составных частей), а также утверждается тематика опытно-конструкторских работ, проводимых на последующих этапах создания комплекса ЛА.

Как правило, генеральным конструктором комплекса ЛА является генеральный конструктор самого ЛА, а в качестве подрядчиков выступают конструкторы составных частей комплекса ЛА (рис. 1.1). После утверждения ТТЗ наступает этап эскизного проектирования, на котором принимаются окончательные решения об облике ЛА (например: количество ступеней, весогабаритные данные, полезная нагрузка и т.д.).

На этой стадии разрабатывается и утверждается единый план создания ЛА, а также основные программные документы: программа обеспечения надёжности (ПОН), программа обеспечения безопасности (ПОБ), комплексная программа экспериментальной отработки (КПЭО ЛА и других составных частей комплекса ЛА).

На этом этапе головная проектная организация на основе аванпроекта и ТТЗ разрабатывает для смежных (субподрядных) организаций (фирм) технические задания (ТЗ) на составные части комплекса ЛА и основные элементы ЛА.

В соответствии с ТЗ проводят анализ и выбор конструктивных схем и производят необходимые проектные расчёты. Принятые на этом этапе решения обосновывают в ходе моделирования рабочих объектов, узлов и систем как в лабораторных условиях, так и на ПЭВМ. Одновременно подготавливается документация на производство макета ЛА и опытных образцов двигательных установок (ДУ), систем управления (СУ), отсеков (ступеней).

Затем следует техническое проектирование, то есть выполнение в основном расчётных работ. Все документы, разрабатываемые в ходе технического проектирования, должны соответствовать требованиям единой системы конструкторской документации (ЕСКД) нормативно-технических документов (НТД).

После этапов эскизного и технического проектирования следует этап изготовления и испытаний (отработки). На этом этапе по результатам эскизного проектирования происходит изготовление первых опытных образцов составных частей комплекса и проводятся испытания этих образцов.

Испытания являются важнейшим средством проверки правильности принятых решений и соответствия фактических параметров составных частей комплекса ЛА их значением заданным в ТТЗ.

Вся система опытной отработки строится на последовательных испытаниях системы (комплекса) ЛА от низшего до всё более высоких уровней (рис. 1.1).

Так, после успешной отработки комплектующих и составляющих элементов (например, приборов СУ, клапанов двигателей, конструкции отсеков и т.д.) переходят к испытаниям основных элементов (ДУ, СУ, корпусов ступеней и т.д.).

На завершающих этапах в ходе наземной и лётной отработки испытывается целиком ЛА и опытный комплекс ЛА. Наземная отработка включает: наземные автономные испытания (НАИ) основных элементов на специальных стендах; наземные комплексные испытания (НКИ) ЛА и наземные испытания комплекса в целом.

Лётная отработка ЛА, как правило, включает два этапа: лётно-конструкторские испытания (ЛКИ) и зачетные лётные испытания.

Изготовление образцов основных элементов ЛА, предназначенных для испытаний, ведут по документации, разработанной в эскизном проекте. На основании информации, получаемой в ходе испытаний, конструкции ЛА совершенствуют, что находит отражение в рабочих чертежах опытных образцов.

После окончания ЛКИ практически завершается корректировка эскизного проекта. Одновременно отрабатывается эксплуатационная документация, завершается строительство и оснащения сооружений для размещения составных частей комплекса ЛА, а также подготовка специалистов для его эксплуатации.

Следующим этапом являются государственные испытания, по результатам которых совместно с данными полученными в ходе ЛКИ комиссия, проводящая государственные лётные испытания, определяет перечень замечаний, после устранения которых отработанная система (комплекс ЛА) может быть передана для серийного производства.

После государственных испытаний, как правило, в течение срока согласованного заказывающими и проектирующими организациями происходит опытная эксплуатация системы (комплекса ЛА). Недостатки, вскрываемые в этот период, устраняют путём доработок элементов конструкции элементов всех уровней и внесения изменений в документацию на серийное производство и технологию эксплуатации.

После завершения опытной отработки и эксплуатации приступают к серийному производству ЛА, которое обычно организовывается на предприятиях, имеющих большие мощности, чем опытное производство. Для отладки технологического процесса на серийном предприятии назначается выпуск установочной партии ЛА, количество которых тщательно контролируется. После успешных лётных испытаний образцов установочной партии окончательно отрабатывают технологию производства и методы контроля серийной продукции.

Серийно выпускаемую продукцию вводят в эксплуатацию по специальным планам, учитывающим возможность и необходимость расширения создаваемой системы ЛА, а также возможности промышленности по её производству. Выпуск серийных объектов означает переход к следующей стадии жизненного цикла – эксплуатации.

В процессе эксплуатации системы (комплекса) ЛА могут проводится доработка конструкции и технологии эксплуатации и применение системы (комплекса) ЛА, а также плановые и внеплановые работы (технические обслуживания), направленные на поддержание или улучшения характеристик элементов всех уровней. В этих работах наряду со специалистами-эксплуатационниками участвуют представители проектных организаций и предприятий изготовителей.

После достижения объектами или комплексами ЛА предельного состояния происходит снятие их с эксплуатации с последующей утилизацией, стоимость которой по мере увеличения сложности и стоимости объектов значительно возрастает.

Из анализа всех изложенных выше этапов жизненного цикла системы (комплекса) ЛА следует, что эти этапы с точки зрения затрат средств и времени далеко не равноценны. Так, если все расходы, связанные с выполнением программ по созданию и эксплуатации в течении 5…10 лет системы (комплекса) ЛА, принять за сто процентов, то на разработку ТТЗ и эскизное проектирование обычно расходуется не свыше нескольких процентов. Далее расходы возрастают: на наземную и лётную отработку – до 10…35% и на эксплуатацию – 10…20% [8,9]. В ряде случаев для программ, связанных с созданием уникальных систем (комплексов) ЛА расходы на опытную отработку могут составлять до 90% [8,9].

Причём практика показывает, что с увеличением сложности ЛА и системы (комплекса) ЛА неуклонно возрастает доля расходов и средств на их опытную отработку, что заставляет заказчика исполнителя, эксплуатирующие органы подробно анализировать и исследовать процессы опытной отработки, изыскивать возможности оптимального управления этими процессами, что будет изложено в части II настоящего пособия.