Краткая характеристика жизненного цикла сложных технических объектов.

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 следствии 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). К первому уровню относят саму систему в целом, включающую следующие составные части (входящие в состав второго уровня): Один или группу летательных аппаратов (ЛА); ряд комплексов наземного оборудования контрольно-проверочного , стартового и подъёмного, заправочного и газоснабжения; вспомогательных систем (сооружений и технических систем), сооружения и средство управления, необходимые для обслуживания, подготовки, подготовки и проведения пусков ЛА. В состав объекта второго уровня включаются также системы телеметрических и внешне-траекторных измерений, необходимые для управления запусками ЛА и контроля за работой основных бортовых систем ЛА [5-15].

На третьем уровне располагаются основные элементы, представляющие системы и агрегаты составных частей комплекса ЛА.

Основные элементы проектируются и обрабатываются специализированными формулами и предприятиями. Так, ЛА обычно подразделяется на следующие основные элементы: корпус, двигательные установки, системы управления, на этом же уровне располагается также, например, космическая головная часть (полезная нагрузка).

К четвертому уровню относятся составляющие элементы: приборы, узлы, агрегаты, стойки, и т.д., формирующие основные элементы.

Наконец, на пятом уровне находятся комплектующие элементы, то есть мелкие сборки, детали, а также отдельные неделимые, отдельно-разрабатываемые приборы и устройства, неподлежащие декомпозиции с позиции системотехники на отдельные элементы и детали, например: БЦВМ.

Рассмотренная многоуровневая система (Комплекс летательного аппарата), а также специфика её функционирования обуславливает ряд закономерностей и особенностей их жизненного цикла.

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. 12.5).

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 представляемые 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 подготовителям, то и 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 институтом, занимающимся 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.3.1). 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 (ПОП), 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) организация (фирм) технические задания (ТЗ) на составные части комплекса ЛА и основные элементы ЛА.

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

На этом заканчивается собственно проектирование, то есть выполнение в основном расчётных работ. Все документы разрабатываемые в ходе эскизного проектирования должны соответствовать требованиям единой системы конструкторской документации (ЕСКД) нормативно-технических документов (НТД).

После этапа эскизного 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 3.1).

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.

При опытной обработки изготовления 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.

После ЛКИ проводятся зачётные 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 завершения летной отработки, как правило в течении 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 организации 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 установленной 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.

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 на ряду со специалистами-эксплуатационниками участвуют представили проектных организаций и предприятий изготовителей.

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%. В ряде случаев для программ, связанных с созданием уникальных систем (комплексов) ЛА расходы на опытную отработку могут составлять до 90% [1-5].

Причём практика показывает, что с увеличением сложности ЛА и системы (комплекса) ЛА неуклонно возрастает для 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.

Рисунок 12.21 – Изменение надёжности летательного аппарата в процессе его создания , где P0 – начальный уровень надёжности, j – номер испытания, Э – показатель эффективности отработки, относящиеся к каждому из этапов испытаний.