Содержание к диссертации
Введение 4
В Л. Техническое совершенство — это научно-техническая прогрессивность 6
8.2. Критериальная оценка ТС - метод измерения качества 7
8.3. Целевое качество и возможность его повышения 14
8.4. Постановка задачи исследования 18
8.5. Содержание работы 19
8.6. Анализ литературы 22
Раздел I. Формирование моделей модификации Математические представления 26
1.1. Математическая модель целевой эффективности ЛА 27
1.2. Связи между целевой эффективностью и параметрами БЛА и цели
1.2.1. Функциональные внутренние и параметрические связи 30
1.2.2. Внешние параметрические связи 37
1.3. Возможные модели модификации и их анализ 41
1.3.1. Причины, приводящие к потерям целевой эффективности 41
1.3.2. Способы повышения целевой эффективности.
Варианты модификации 43
1.4. Выводы 49
Раздел II. Анализ аэродинамических схем ЛА и системы управления на этапе формирования модели модификации 51
2.1. Анализ модели аэродинамического управления ЛА 53
2.2. Анализ влияния параметров и характеристик системы стабилизации на маневренность ЛА 55
2.2.1. Задачи, решаемые бортовой системы стабилизации 56
2.2.2. Структурная схема и характеристики СС поперечного движения
ЛА с обратными связями по ДУС и ДЛУ 57
2.2.3. Выбор основных параметров БСС 59
2.2.4. Исследование ограничений маневренности ЛА в выборе основных параметров БСС 64
2.3. Исследование ограничений маневренности и дальности самонаведения БЛА при изменении условий применения 71
2.3J. Модель целевой эффективности БЛА и её анализ 73
2.3.2. Количественный анализ хмелевой эффективности аэродинамических БЛА 76
2.3.3. Возможные способы обеспечения целевой эффективности 84
Раздел III. Анализ газодинамической схемы управления ЛА
Выбор моделей модификации 86
3.1. Уточненная постановка задачи модификации и метод её решения 87
3.2. Выбор типа ГДУ 90
3.3. Модели МГДУ - их анализ и выбор
3.3.1. Задача анализа и выбора моделей МГДУ 92
3.3.2. Классическая модель МГДУ. 93
3.2.1. Модель МГДУ комбинированного типа 94
3.4. Проектировочный анализ моделей МГДУ 97
3.4.1. Построение СС комбинированного типа , 98
3.4.2. Построение импульсной двигательной установки 104
3.5. Содержание задачи модификации БЛА 110
3.5.1. Оптимизация конструктивно- технических параметров ИДУ по тяге единичного импульсного микродвигателя 110
3.5.2. Оптимизация массы ИДУ 113
3.6. Исследование предлагаемых моделей МГДУ 118
3.6.1. Последовательность исследования 119
3.6.2. Построение алгоритмов исследования 119
3.6.3. Проверка условий существования моделей МГДУ 120
3.6.4. Количественный анализ предлагаемых моделей МГДУ 123
3.7. Выводы из анализа различных способов ГДУ 128
Раздел IV Анализ целевого качества МБЛА и оценка его ТС 130
4.1. Определение модели целевого качества МБЛА 131
4.1.1. Модель целевого качества МБЛА 131
4.1.2. Исследование целевой эффективности МБЛА 132
4.2. Оценка технического совершенства МБЛА 138
4.2.1. Техническое совершенство БЛА 139
4.2.2. Технический уровень 140
4.3. Предложения, дополняющие к документам МБЛА 142
Общие выводы и заключение 144
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1
Введение к работе
Вопрос о создании новой техники в условиях рыночных отношений должен рассматриваться в специфике рыночных законов, которые диктуют каждому производителю свои жесткие требования, заставляют его снижать издержки производства, экономно расходовать финансовые, материальные и трудовые ресурсы, повышать производительность труда. Определяющим рыночным законом является закон конкуренции, который заключается в обеспечении конкурентоспособности выпускаемой продукции на рынках сбыта. Согласно изложенным материалам в работах [11,12,14,49,57], под конкурентоспособностью продукции будем понимать её свойство, которое определяет степень востребования данной продукции потребителем на рассматриваемом рынке сбыта при условии выгодности для производителя совершения на этом рынке акта продажи.
Совершение производителем на рынке сбыта акта продажи возможно принципиально только тогда, когда потребное рабочее время на создание конкурирующей продукции будет ниже общественно необходимого рабочего времени. Как известно, общественно необходимое рабочее время определяется средним по региону рынка сбыта уровнем техники, средним уровнем умелости работника и средней интенсивностью труда.
Соотношение между общественно необходимым рабочим временем и рабочим временем адекватно соотношению между средним техническим уровнем изделий на рынке сбыта и техническим уровнем создаваемых конкурирующих продукций, что, в свою очередь, адекватно соотношению между стоимостью и ценой. Особо отметим, что приведенные выше соображения будут справедливы при выполнении необходимого условия: показатель технического уровня должен адекватно отражать характеристику прогресса науки и техники (научно-техническую прогрессивность), использованную при создании новой техники.
Проблемы создания, производства и продажи технических изделий самым тесным образом связаны с управлением процессами, которые осуществляются на этапах их жизненного цикла, т.е. от проектирования, разработки, производства, эксплуатации до модификации или утилизации. Управление процессами в жизненном цикле технических изделий распадается на два направления: первое представляет собой совокупность задач организации внутрифирменных процессов деятельности, а второе -совокупность задач нахождения облика технических изделий, обладающего наибольшей эффективностью и оптимальным значением технического уровня, который соответствует максимуму конкурентоспособности на рассматриваемых рынках сбыта.
Эффективность, высокий (или оптимальный) технический уровень это есть, не что иное, качества изделий. Практически проблема качества привлекала внимание производителей и потребителей уже давно. Критерий «качество как товар» был принят в США в период «Второй мировой войны» [11,63]. При решении этой проблемы был заложен принцип «качество со стороны потребителя», суть которого — контроль качества продукции осуществляется так, чтобы к потребителю поступало только то, что полностью отвечает требованиям стандартов. Внедрение этого принципа приводило к потерям продукции в процессе её отсеивания на всех этапах -создания, производства и эксплуатации. Недостаток такого управления качеством - значительные потери отсеиваемой продукции. В более позднее время в Японии появился второй принцип - «качество со стороны изготовителя», предполагающий производство без брака. Этот принцип позволяет производить продукцию без непроизводительного труда с минимальным расходом ресурсов.
В последнее время возникла интернациональная потребность в управлении качеством и в развитии свободной торговли, отсюда возникла необходимость международного нормирования процессов производства товаров, гарантий их качества. В результате были разработаны международные стандарты ISO-9000, реализующие три модели управления качеством (ISO-9001, ISO-9002, ISO-9003). Причем все три модели построены по принципу «качество со стороны потребителя».
Как отмечалось, определяющее влияние рынка сбыта на создание и продажу новой техники представляет собой конкурентоспособность продукции. При этом конкурентоспособность продаваемой продукции рассматривается как основная характеристика рынка и включает в себе два основных показателей: качество и цена товара.
ВЛ. Техническое совершенство — Это научно-техническая прогрессивность
На самом начальном этапе проектирования новой техники, в том числе и ЛА, анализируются возможные различные технические предложения, и выбирается генеральное направление проектно-конструкторских разработок. Это генеральное направление определяют два главных фактора: научно-технический прогресс (НТП) и экономика, которые активно влияют на формирование характеристик рынка и рыночных отношений.
НТП как объективный закон развития техники предполагает обязательность нововведений, с помощью которого повышается средний уровень умелости в обществе, снижается стоимость продукции и обеспечивается прибыль производителю. Уровень технического совершенства (ТС) нововведений и их экономическая эффективность (цена на рынке, прибыль) определяют конкурентоспособность новой техники, т. е. степень востребованности рассматриваемой продукции потребителем на рынке сбыта. Чтобы экономить все виды ресурсов, затрачиваемых на разработку новой техники, конкурентоспособность следует определять на самой ранней проектной стадии. Однако такой расчет проводится в условиях неполной информации о проектируемом изделии, поэтому он неизбежно приближенный и может основываться лишь на макроаналитических параметрах НТП и осредненных показателях рынка сбыта.
Макропараметрами НТП являются масса, энергия и информация. Практически любые свойства технических устройств реализуются за счет массы, поскольку масса является материальным носителем этих свойств. Энергия и информация рассматриваются по-философски как парадигмы, характеризующие рубежи технических эпох, различающихся принципиально новыми идеями и способами использования сил природы.
Согласно с этим и в более узком аспекте расширение свойств ЛА, т.е. повышение их качества, считается обусловленным техническим прогрессом, если при этом не увеличивается масса изделия. Отметим, что качество Л А может повышаться и за счет увеличения массы. В этом случае такие составляющие качества нельзя связывать с НТП.
В.2. Критериальная оценка технического совершенства - Метод измерения качества
Оценка качества Л А в наших исследованиях связана с выбором оптимального варианта проекта ЛА (на этапе создания ЛА) и (или) варианта ЛА (на рынке продаж). Центральным звеном в этой задаче является критерий оптимальности, объединяющий рассматриваемые требования (целевое назначение) и параметры Л А. Помимо этого, конечно, следует учитывать ограничительные соотношения между свойствами и параметрами ЛА. Эти соотношения определяются реальными условиями производства и эксплуатации ЛА и физическими закономерностями.
При наличии критерия и всевозможных ограничительных связей между свойствами и параметрами ЛА условие оптимальности целевого назначения Л А может быть сформулировано следующим образом: оптимальными являются технические требования и параметры, которые при соблюдении ограничительных соотношений обеспечивают экстремальное значение критерия. Критерий должен количественно и объективно выражать, насколько хорошо ЛА в данном варианте выполняет свое назначение и должен быть выражен в зависимости от всех изменяемых при проектировании и влияющих на него величин.
В соответствии с современной квалиметрической теорией наиболее общей характеристикой любого изделия является его качество, представляющее, по определению ISO8402, полную совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности. Эти потребности, как известно, отражает техническое задание. Однако если принять во внимание, что для сложного объекта огромное количество переменных величин влияет на выполнение его назначения, и что многие из этих величин находятся во взаимной и довольно сложной зависимости, то задача выбора наилучшего проекта (или ЛА) выглядит невыполнимой. Возникает потребность неформального анализа качества, использование гипотез и приближенных методов, основанных на опыте проектирования.
Ориентируясь на работы [11,13,14], качество ЛА будет определять двумя составляющими, первая из которых представляет целевое качество, а вторая - качество функционирования.
Целевое качество отражает основное целевое предназначение технической системы, ради которого создается рассматриваемый ЛА. Эту составляющую качества обычно называют целевой эффективностью. Она представляет собой зависимость между свойствами (техническими параметрами) ЛА и результатами его функционирования,
С общих позиций целевое предназначение любого ЛА состоит в транспортировке некоторого целевого груза. Естественной оценкой этой функции является производительность ЛА. Но при этом функцию транспортировки и понятие производительности будем понимать более широко, полагая, что доставляемый в нужную зону пространства целевой груз выполняет поставленную задачу с некоторой вероятностью Р, которая отражает «интегральное противодействие» функционированию ЛА. Это значит, что расширительная трактовка функции транспортировки Л А связывается с условиями использования целевого груза, которые зависят как от системы управления ЛА, так и от величины противодействия.
Функциональное качество отражает обеспечивающую (сервисную) сторону выполнения основной целевой функции, т. е. приспособленность ЛА к выполнению целевого предназначения. Очевидно, что одну и ту же целевую задачу можно выполнить с различным уровнем надежности, безопасности, экологического воздействия на окружающую среду и др. Функциональное качество связано со многими параметрами ЛА. Однако наиболее значимым параметром является надежность Л А. В тех случаях, когда желательно учесть несколько параметров функционирования, обычно применяют формальные математические методы и (или) экспертные оценки.
Наличие двух групп показателей качества оставляет открытым вопрос о едином обобщенном показателе качества (даже при известных значениях единичных показателей) и его физическом смысле. И главное, что же в глобальном плане дает оптимальное решение, соответствующее экстремуму выбранного критерия? Критериев может быть много; указанное выше свойство любого критерия — удовлетворять сколь возможно хорошо установленной потребности — не до конца проясняет глобальную задачу,
С философских позиций полного соответствия потребностей и возможностей никогда не будет. Однако, чем выше это соответствие, тем выше востребованность и конкурентоспособность Л А. Следовательно, результатом проектирования должно быть не просто новое изделие, а в определенном смысле более прогрессивное изделие, выгодно отличающееся от аналогов. Этот результат, по современным представлениям, можно получить лишь на основе внедрения достижений научно-технического прогресса (НТП).
НТП, как главный закон развития техники, предполагает обязательность нововведений, постоянное и неуклонное снижение общественно-необходимого времени (т. е. стоимости) на товарную единицу новой техники. История развития техники убеждает в том, что выживают и развиваются, независимо от поддержки или противодействия конструкторских организаций лишь те нововведения, которые повышают средний уровень умелости в обществе, снижают стоимость изделия и обеспечивают прибыль производителю. По оценкам специалистов, за последние 50 лет свыше 90% прибыли в мировой экономике получено за счет внедрения и использования результатов НТП.
В свете изложенного физический смысл критериев оптимальности — уровень использования достижений НТП. Соответственно, задача количественной оценки качества ЛА — это задача оценки научно-технической прогрессивности проектных решений. Рассмотрим эту задачу.
Развитие техники определяется многими факторами. Однако базовой основополагающей составляющей НТП является эффективность использования массы, поскольку практически любые свойства технических устройств реализуются за счет массы, т. е. масса — это материальный ресурс, определяющий характеристики и облик технических средств.
При неизменном уровне НТП улучшение каких-либо свойств изделия может быть достигнуто либо за счет ухудшения других свойств (при nv=const). Если же улучшенные свойства получены без увеличения массы, то можно утверждать, что имеет место использования результатов технического прогресса; новые свойства можно получить лишь на качественно новом уровне использования массы. В соответствии с этим логика создания более прогрессивных изделий не в том, чтобы получать технические средства минимальной массы, а в том, чтобы создавать более качественные изделия, обладающие новыми прогрессивными свойствами, получаемыми без увеличения массы.
Количественной характеристикой научно-технической прогрессивности проектных решений ЛА является его техническое совершенство. Поясним это понятие.
Для количественной оценки W необходима функциональная связь W = f(Wu,W(p). Поскольку основополагающей характеристикой НТП принята эффективность использования массы изделия, то, очевидно, что соизмерение (эквивалентирование) W,t и W«, следует связывать именно с массой изделия. При ограниченных ресурсах (а они всегда ограничены) отмеченное обстоятельство указывает на противоречивость соизмеряемых величин в том смысле, что при постоянстве расходуемых ресурсов (т.е. массы) одно качество, например целевая эффективность, может быть улучшено за счет ухудшения другого, т. е. качества функционирования.
Особо отметим, строгое описание в виде произведения противоречивых величин предполагает равноценность их одинаковых относительных приращений, так как только такие относительные приращения вызывают одинаковое относительное приращение произведения в целом.
Приращения целевой функции и качества функционирования при использовании зависимости (в.4) могут быть не только за счет технического прогресса, но и за счет простого увеличения начальной массы ЛА.
Заметим, что слагаемое (уменьшающее техническое совершенство) отражает тот факт, что некоторые характеристики целевой эффективности и качества функционирования получены не за счет технического прогресса, а за счет увеличения массы ЛА.
В общем случае, как указано выше, относительные приращения противоречивых составляющих качества могут быть неравноценны.
Показатели айв, как следует из соотношения (в.5), отражают интенсивность влияния массы на составляющие качества. При проектировании целесообразно использовать нормативные значения айв, соответствующие наилучшим достигнутым значениям в использовании массы.
Итак, чтобы количественно оценить прогрессивность (техническое совершенство) проектируемой техники по методике критериальной оценки, нужно определить целевое и функциональное качества, связанные с техническими параметрами и целевыми функциями исследуемого объекта, и сравнить их с соответствующими качествами известного базового объекта. В.З. Целевое качество и возможности его повышения
Изучение конкурентоспособности техники на рынке продаж сводится к нахождению способов (или мер) повышения качества и снижения цены продукции, т.е. к обеспечению критерия «эффект - затраты». При этом высокое качество определяет востребованность, а цена - привлекательность товаров для потребителей. Однако следует обратить внимание на то, что обеспечение этого критерия тоже имеет специфику, которая существенно влияет на результативность найденных способов. В общем случае повышение качества и снижение цены достигаются двумя путями: в процессе проектирования новой техники и за счет её модификации.
Способы (меры) повышения качества и снижения стоимости изначально проектируемой техники будут предусмотрены на ранней стадии проекта и внедрены по этапам: с формирования технического задания (ТЗ) до разработки опытного образца. На каждом этапе процесса разработки эти способы (меры) уточняются и корректируются с помощью математического моделирования, оптимизации и проверочных испытаний. Новое качество (новые свойства) и стоимость разработанной техники зависят от субъективных и объективных факторов. К объективным следует отнести факторы новизны, сложности, длительности разработки создания опытных образцов техники, отсутствие опыта и научно-технической базы, невозможности предвидеть в полной мере меняющиеся условия функционирования. Субъективные факторы включают научно-техническую ориентацию промышленности, распределение финансов, кадров, вопросы престижа и др.
При создании модификаций Л А критерий «эффект - затраты» формируется на основе дополнительных требований к определенному существующему образцу и возможности их обеспечения, т.е. на основе возможного проведения предлагаемой модификации. Поэтому способы (или меры) обеспечения этого критерия имеют целью расширение области применения базового образца, сокращение затрат на реализацию исходной эффективности. Модификация ЛА проводится с учетом системотехнических принципов: совместимости, сосредоточения, актуализации и лабильности [31,32,60,68].
Принцип совместимости отражает неоднородную структуру и функциональное назначение системы в целом. Согласно этому принципу с введением в систему разнородных элементов при модификации необходимо обеспечить согласованность выполнения ими определенных функций.
Принцип сосредоточения функций обеспечивает выполнение группой элементов системы отдельных функций всей системы. При модификации ЛА в соответствии с этим принципом проводится доработка устройств, составных частей для наилучшего решения отдельных функций комплекса.
Принцип актуализации функций целого определяет направление процесса модификации с целью совершенствования наиболее важных для сохранения системы функций. Этот принцип указывает на необходимость качественных изменений конструкций, на совершенствование тех элементов, которые выполняют главные, наиболее актуальные задачи при изменяющихся условиях существования.
Принцип лабильности (быстрота реакции, приспособляемость) определяет направление процесса организации системы под действием внешних возмущений. При модификации Л А согласно этому принципу имеет место усложнение подсистем и расширение функций, выполняемых ими. Так как, организация системы тем выше, чем сложнее структура её элементов, образующих подсистем, и подвижность их функций.
Таким образом, возможность создания модификаций ЛА определяется формированием способов (мер) осуществления на основе выше отмеченных принципов и зависит от целенаправленного развития знаний, финансирования, создания определенного материального задела и научно-технической базы, подготовки специалистов. Все это служит источником развития техники, проведения эффективной модификации. Иными словами, можно сказать, что создание модификаций ЛА может быть осуществлено только с позиции научно-технической прогрессивности, представляющей собой главный закон развития техники.
Проблема модификации ЛА возникла вместе с появлением требования продления эффективной эксплуатации при изменении условий использования, что связано с экономией средств и ресурсов, с возможностью расширения сроков эксплуатации, а также с обеспечением требуемой эффективности при изменении условий применения.
В области проектирования все большее значение приобретают вопросы экономического обоснования структуры систем ЛА, состава многоразовых и унифицированных систем, проблема повышения эффективности и продления срока службы существующей техники за счет модификации.
Опыты создания модификаций ракетного носителя «Титан» США [8,31] показывают, что если в первых модификациях (таблица в.1) совершенствовались разгонные блоки (РБ) 3-й ступени, то схема последующих модификаций изменилась: применяли РБ 1-й ступени - два РДТТ, бывшие РБ 1-й и 2-й ступеней стали соответственно РБ 2-Й и 3-й ступеней. Стартовая масса при этом увеличилась с 155 до 862 т., а масса полезной нагрузки последних модификаций составлялась в пределах 12,5 -17,7 т.
Об этом примере модификации можно сказать, что хотя последние варианты модификации имели более высокую производительность, но здесь нет места для подтверждения высокого технического совершенства. Рост производительности РН был связан с ростом стартовой массы (т0), т. е. расширение свойств РН получилось простым увеличением массы.
Нас интересует такая модификация, при которой начальная масса и компоновочно - конструктивные показатели Л А не должны измениться, а его целевая эффективность (целевое качество) по сравнению с исходным вариантом повышается за счет НТП. Таблица B.l - Основные характеристики модификаций «Титан» США.
В диссертации рассматривается задача, которая, в конечном счете, направлена на повышение конкурентоспособности беспилотных ЛА определенного рода на рынке продаж. По своему существу эта задача ориентирует на поиск методов и способов повышения целевого качества и снижения цены рассматриваемой техники путем внедрения результатов НТП и на разработку методики оценки её технического совершенства.
Целевой направленностью постановленной задачи являются изучение возможности создания модификаций БЛА на основе существующего прототипа на рынке продаж (или в эксплуатации), и формирование комплексной оценки технического совершенства модифицированного БЛА с точки зрения использования последних достижений научно-технического прогресса.
Предполагается, что такая модификация и оценка помимо прочего дополняют паспортную и экономическую информацию при покупке -продаже новой техники на современном рынке и потому обеспечивают больший спрос.
С целью определения возможности создания модификаций БЛА с более высоким качеством необходимо: выявление и анализ факторов, определяющих целевое качество изделия, установление взаимосвязи между факторами; формирование системы математических уравнений, равенств и неравенств, которые описывают физические процессы, внутренние и внешние связи между параметрами (характеристиками), имеющие влияние на целевое качество проектируемого изделия.
На основе известных данных исходного базового образца и анализа влияющих факторов и физических процессов формируются альтернативные модели модификации, которые подвергаются оптимизации по методу расчлененного исследования многоуровневого управления разработкой [31,32]. В качестве реальной модификации выбирается модель, которая наиболее полно отвечает критерию оптимизации, соответствует требованиям повышения целевой эффективности; уменьшает затраты и расходы ресурсов на реализацию; не требует изменения облика, начальной массы, и сервисных качеств по сравнению с базовым образцом.
Реализуемая модель модификации предполагает повышение качества (целевой эффективности) путем внутреннего распределения масс между подсистемами и дает возможность совершенствования базового БЛА путем рационального использования массовых ресурсов на основе НТП. Модифицируемый БЛА будет выходить на новый уровень качества. При этом обязательно имеет место повышения технического совершенства изделия.
Методика оценки технического совершенства модифицированного ЛА считается принципиально важной для маркетинговой деятельности рынка продаж. Её предлагается разработать на основе принципов критериальной оценки, изложенных в подпункте В.2.
Задача оценки технического совершенства модифицированного ЛА оказывается бессмысленной в случае отсутствия новых качеств. Модель конкурентоспособности определяется моделью рынка. В работе рассматривается модель, базирующаяся на несовершенной конкуренции, когда частично используются неценовые методы конкуренции, но спрос на новую технику довольно эластичный.
