АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ОПЫТНОЙ ОТРАБОТКИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Задачи оптимизации требований к. надежности ЛА и его основных элементов возникают иа этапе разработки ТТЗ и ТЗ, что предопределяет использование при их решении довольно упрощен­ных представлений о процессе создания комплекса.

При проектировании основных элементов ЛА и комплекса в целом становится возможным углубленный анализ процесса разра­ботки изделия и, в частности, наиболее трудоемких и дорогостоя­щих этапов его наземной и летной отработки. Результат такого ана­лиза— создание планов опытной отработки каждого основного эле­мента, изделия и комплекса в целом, обеспечивающих требуемую надежность ЛА к моменту окончания летных испытаний.

В общем виде такая задача была поставлена в § 6.1, поэтому далее остановимся на описании процесса отработки изделия и на возможностях управления им, что позволит полнее сформулиро­вать задачу оптимизации.

Каждый из этапов испытаний (НАИ, ПКИ, ЛИ) можно разде­лить на два периода. В первый период обеспечивают подготовку соответствующих испытаний, заключающуюся в строительстве но­вых или модернизации старых стендов, монтажно-испытательных корпусов, пусковых установок, в разработке и отладке измеритель­ных комплексов, вычислительных центров, в подготовке и обучении соответствующего персонала. Во второй период проводят испыта­ния, анализируют полученные результаты и дорабатывают изделия. Такое деление этапов отработки условно, однако позволяет вскрыть некоторые закономерности процесса.

На каждом этапе общие расходы средств можно представить в виде двух составляющих: базовых затрат, обеспечивающих подго­товку и организацию испытаний, и текущих затрат, связанных не­посредственно с проведением испытаний. В текущие затраты можно включить стоимость разрушаемых в ходе испытаний образцов, затра­ты на амортизацию оборудования, содержание персонала, прове­дение доработок. При этом суммарные расходы на опытную отра­ботку Л А

Си= ^ (Ссі -{- С с i) — f — У, (CK,+CKrj) -j — Cj, — j — Сл, * (6.56)

i = 1 Т)=1

где С’сі, С сі — базовые и текущие расходы на НАИ г-го основного элемента ЛА: СКТі, СКГі — базовые и текущие расходы на НКИ "П-й группы основных элементов: С’л, Сл — базовые и текущие затраты на летные испытания ЛА.

Если в (6.56) включить затраты на разработку ТТЗ, ТЗ и проек­тирование основных элементов, то получим величину, характеризу­ющую стоимость разработки ЛА. Однако, как было показано в гл. IV, затраты до начала наземной отработки изделия составляли не более нескольких процентов от величины Сіла — Кроме того, к моменту, когда решают задачу оптимизации планов опытной отра­ботки, эти суммы практически израсходованы.

В соответствии с принятым делением процесса время, необходи­мое на опытную отработку ЛА, — .

где т’ы, Ты — продолжительности подготовительного периода и собственно НАИ і-го основного элемента: ГКч, Тщ— продолжите­льности подготовительного периода и собственно НКИ т1-й группы основных элементов; Тл, Тя— продолжительности подготовитель­ного периода и собственно летных испытаний ЛА; ас, ак‘, ап — коэф­фициенты, учитывающие одновременность выполнения некоторых работ.

Первый член выражения (6.57) — критический путь сетевого графика работ на этапе НАИ, второй член — критический путь на этапе НКИ. Более строго такое выражение может быть составлено с учетом сетевого планирования всего процесса опытной отработки комплекса.

Перейдем к аналитическому описанию процесса изменения на­дежности ЛА в ходе опытной отработки. На рис. 5.1 был приведен характер изменения надежности, а в § 5.1 дано его качественное объяснение. При оптимизации планов опытной отработки можно полагать, что начальная точка Рсо процесса изменения надежности известна, а также задана конечная точка — требуемая надежность ЛА в условиях летных испытаний. Для описания изменения надеж­ности на каждом из трех рассматриваемых этапов может быть ис­пользована та или иная модель математического ожидания процес­са. Наиболее удачной для прогнозирования роста надежности ЛА »в ходе доработок (см. гл. V) является модель (5.76). При ее ис­пользовании можно для этапа летных испытаний ЛА записать

Рл=Рш.-(Рм-Рл)еГэЛ (6.58)

На этапе НКИ изменение надежности т]-й группы основных эле­ментов PKri можно представить аналогично:

где РКг)со, Ркф, ЭКг, — соответствующие параметры модели роста на­дежности на этапе НКИ.

В ходе НАИ надежность /-го основного элемента РСі определя­ют зависимостью такого же типа:

Pci = Pcl~ — (Ясс — Рeio) е~эс1пы, (6.60)

где Рс/оо, ^сгд, Эс/ —соответствующие параметры модели роста на­дежности на этапе НАИ.

На основании структурной схемы надежности ЛА можно с при­емлемой точностью перейти от показателей безотказности основ­ных элементов и их групп к показателям безотказности всего изде­лия. Так, при последовательном, в смысле надежности, соединении всех элементов ЛА можно, например, считать, что для каждого эта­па справедливы соотношения

UPl==UPii=Pt (6.61)

, г=і -»j=i

где Pi, РР — надежности t-го основного элемента rj-й группы основных элементов и ЛА в одинаковых условиях.

Пока мы рассматривали участки роста функции надежности. Для того чтобы получить аналитические зависимости для всего про­цесса, необходимо описать скачкообразное изменение функции на­дежности при переходе к новому этапу (см. рис. 5.1). Вначале чисто формально введем коэффициент соответствия условий у, характе­ризующий отношение надежностей одного и того же изделия в кон­це предыдущего и в начале последующего этапов отработки, а затем раскроем его физический смысл. Так, для случая перехода от НАИ к НКИ надежность /-го основного элемента изменяется от величины PCi до начальной надежности Ркт этого же элемента в условиях комплексных испытаний. Отсюда коэффициент, характеризующий соответствие условий НАИ и НКИ для /-го основного элемента,

Yc і=Ркю! Рсі — (6.62)

Если функция надежности при переходе к новому этапу умень­шается, то yCf<l. При уСг= 1 условия предыдущего и последующего этапов отработки, с точки зрения надежности изделия, равноценны. Если Усг>1, то условия при НАИ являются более тяжелыми, чем создаваемые на комплексных испытаниях.

Аналогично для три группы основных элементов при переходе от НКИ к летным испытаниям имеем

щ=Рщо/Ркт,, (6.63)

где Рпт’О— начальная надежность трй группы основных элементов в условиях летных испытаний.

В соответствии с соотношениями (6.61) и зависимостями (6.62), (6.63) получим:

РЛ0- П Рщ® П Укг)Рщ,	(6.64)
	Т]=1
ь	Ь
Рщо—-І~~І Ркі 0— П УсіРсі,	(6.65)

где а, b ■—номера первого и последнего основных элементов, вхо­дящих в г|-ю группу основных элементов на этапе НКИ.

Таким образом, выражения (6.58) -=-(6.60), (6.64) и (6.65) пол­ностью описывают функцию изменения надежности ЛА от началь — ‘ ной точки

Рсо—1~[ Рсю
t= о

до текущего значения Рл на этапе летной обработки:

і

Рл = Рл°° — (Pjicc — Рло) е”ЭЛ"л ; Рл0= Y knPkn‘,

Т)~1

Ь

РКТ, = РКг,00 {РК1)оо Ркт, о) Є Кг* к,1; ^кт;о’—Г1 УсіРсі’і

Pci — Pcloo— (PciСо — РС1 о) е Эс«"с/.

В соответствии с зависимостями (6.66) можно полагать, что на­дежность ЛА в условиях летных испытаний является функцией сле­дующих параметров:

РЛ — РЛ(ПСІ, Пщ, Я,„ YCi-, Укт, Эс/, ЭКт,, Эд, Pci,-Q, Pci СО, Рщсо, PjICO ) ■

(6.67)

Заметим, что начальная точка процесса (РСго) здесь принята как известная. Кроме того, можно считать заданными величины пре­дельных надежностей на каждом этапе. Практически все значения Рао обычно близки к нулю, а предельные надежности — к единице. Следовательно, существенной является зависимость надежности ЛА в условиях летных испытаний вида

Рл Рл К/’ ^К1), Пл, УкТ’, Эс£-, Зкк], Эд).

Рассмотрим подробнее связи, опрёделяющие те или иные значе­ния коэффициентов усі и у кг). Нетрудно понять, что уровень модели­рования условий последующего этапа отработки во многом зависит

(6.69)

где Хсі, Уа — параметры или векторы параметров, характеризую­щих сложность и отработанность /-го основного элемента в услови­ях НАИ; Хкп, Ук„—параметры или векторы параметров, характе­ризующих сложность и отработанность rj-й группы основных эле­ментов в условиях НКИ.

В общем случае чем больше базовые затраты на данном этапе, тем более полно должны моделироваться реальные условия работы изделия; чем сложнее и менее отработано испытываемое изделие, тем меньше коэффициент соответствия условий у.

В качестве меры сложности изделия целесообразно принимать его основные определяющие характеристики. Например, для двига­тельных установок такими параметрами являются тяга, удельная тяга, давление в камере. Чаще всего для двигателей можно огра­ничиться одним параметром — тягой. Для систем управления в ка­честве определяющих параметров принимают обеспечиваемые ими характеристики рассеивания, продолжительность подготовки к ра­боте и т. д. Как правило, легко проследить зависимость коэффи­циента соответствия условий у от величины среднего квадратическо­го отклонения точки падения а. Для ЛА в целом мерой сложности обычно может служить стартовая масса.

В качестве меры отработанности изделий можно рассматривать, например, отношение количества унифицированных или стандарт­ных узлов и систем, которые прошли соответствующую опытную от­работку, к общему числу узлов или систем изделия. Такая характе­ристика может быть близка к коэффициенту унификации изделия.

В общем виде зависимости коэффициентов соответствия условий могут быть представлены степенными формулами вида:

(6-70)

(6.71) где Аг, Аъ, а,-, а(-2, а;з, сц, аг2, сц3— соответствующие статистиче­ские коэффициенты.

Зависимости (6.70) и (6.71) могут лишь в среднем при прочих равных условиях описывать изменение надежности изделий с раз­ными характеристиками I и У при переходе от одного этапа отра­ботки к другому. Важно отметить, что на основе логических сооб­ражений установлена связь коэффициентов соответствия условий испытаний с базовыми затратами на их организацию.

Рассмотрим далее функциональные связи коэффициентов ЭСи Экт, и Эл с параметрами испытываемых изделий и затратами на от­
работку. В общем виде эти коэффициенты определяются также ба­зовыми затратами и параметрами X, У. Действительно, чем больше вложено средств в организацию испытаний, тем больше в среднем получаемая в каждом эксперименте информация и выше эффектив­ность отработки. С увеличением сложности изделия и с уменьшени­ем степени его отработанности при прочих равных условиях будет уменьшаться эффективность испытаний. В связи с этим анализи­руемые связи можно представить степенными зависимостями, ана­логичными выражениям (6.70) и (6.71):

Эс| = В;с;И/аКср/а; (6.72)

эк (6.73).

Эл= B’c7x^v? (6.74)

где В], В, В’, рг, рі2, ft-з, рт„ Р^з, Р, Р2, Рз — соответствующие ста­тистические коэффициенты.

На рис. 6.2 и 6.3 в качестве иллюстрации приведены характер­ные зависимости коэффициента эффективности стендовой отработ­ки двигателей Эс1 от их тяги X; и коэффициента эффективности летной отработки изделия Эл от стартовой массы X.

Таким образом, при заданных характеристиках X, Y изделий и известных статистических коэффициентах, входящих в зависимости (6.70)(6.74), в соответствии с выражением (6.68) надежность ЛА в условиях летных испытаний будет являться функцией следую­щих параметров:

РЛ=Рл (псі, Пщ, я л Ссі, Скї], Сл). (6.75)

Зависимость (6.75) показывает, что обеспечиваемую к концу опытной отработки надежность ЛА определяют количествами испы­таний, проведенных на всех этапах отработки, а также базовыми затратами на их организацию. Эти параметры можно рассматри­вать как основу плана опытной отработки. По существу они опре­деляют не только функцию изменения надежности ЛА, но и полные
затраты средств и времени на опытную отработку. Действительно, для каждого этапа число испытаний п непосредственно связано с текущими затратами С":

C"—CGn, (6.76)

где Со" — средние затраты, приходящиеся на одно испытание из­делия.

В принципе с ростом объема производства уменьшается средняя стоимость каждого образца. Поэтому, используя формулы (4.18) или (4.19), можно учесть нелинейную зависимость текущих затрат от объема испытаний. Практически же на опытные образцы изде­лий, выпускаемые в течение одного-двух лет, устанавливают еди­ную цену. Все остальные затраты, связанные с износом оборудова­ния, содержанием персонала и проведением доработок, слабо за­висят от объема испытаний, поэтому нецелесообразно без особой нужды усложнять зависимости типа (6.76) .*•

Таким образом, с учетом выражений (6.56) и (6.76) можно счи­тать, что

6и=6ц(/іс;, Які]) Пл, Ссі, С к,], Сл), (6.77)

т. е. расходы на опытную отработку определяются теми же пара­метрами, что и надежность ЛА.

Время, необходимое на опытную отработку ЛА, складывается из продолжительности подготовки Т и проведения Т" испытаний на соответствующих этапах. Время, необходимое на подготовитель­ные работы, в основном определяется величиной базовых зат­рат, т. е.

Г=7′ (С’), (6.78)

а продолжительность испытаний зависит от их числа, т. е.

Т"=Т"(п). (6.79)

Так, при проведении работ, связанных со строительством и мон­тажом оборудования, однйм из важнейших показателей является объем освоенных средств. Для характерных изделий (двигатель, ЛА и др.) обычно известны возможные темпы проведения испыта­ний определенного типа, зависящие от возможностей изготовления опытных образцов, продолжительности подготовки к очередному испытанию и анализа результатов, а также от времени, необходимо­го на доработку изделия. В общем виде средний интервал времени между двумя последовательными испытаниями

t=a—bX, (6.80)

где а, Ь — коэффициенты, зависящие от вида испытаний (НАИ, НКИ, ЛИ) и типа испытываемого изделия (ДУ, СУ, ЛА).

Таким образом, и продолжительность опытной отработки яв­ляется функцией числа испытаний изделий на соответствующих эта­пах, а также базовых затрат на их организацию, т. е.

7и=7и(ясі, ял> Ccz, С’„ Сл). (6.81)

В результате проведенного анализа установили важнейшие ха­рактеристики процесса опытной отработки, которые определяют надежность ЛА, а также затраты времени и средств на ее обеспе­чение. Эти параметры можно рассматривать как управляющие, так как варьирование ими при составлении плана позволяет оптимизи­ровать процесс опытной отработки ЛА.