- •1.Введение
- •Глава 1. Общие сведения о комплексе систем наземного обеспечения
- •1.1. Комплексы ла
- •1.2. Летательный аппарат как объект обслуживания
- •1.3. Классификация систем наземного обеспечения и требования, предъявляемые к ним
- •Глава 2. Основы взаимодействия элементов систем наземного обеспечения на технической и стартовой позициях
- •2.1. Принципиальные схемы технологической подготовки ла к пуску
- •2.2. Назначение и структура технической позиции
- •2.3. Назначение и структура стартовой позиции
- •2.4. Организация процесса функционирования технологического оборудования в период предстартовой подготовки ла
- •2.4.1. Характеристика объекта подготовки
- •2.4.2. Организация работ на технической позиции
- •2.4.3. Организация работ на стартовой позиции
- •2.4.4. Функционирование наземного оборудования при полете рктс
- •Глава 3. Некоторые вопросы проектирования комплекса систем наземного обеспечения
- •3.1. Основные этапы организации проектирования
- •3.2. Последовательность системного проектирования и
- •3.3. Распределение ресурсов при создании и эксплуатации ксно
- •3.3.1. Технико-экономический анализ создания ксно
- •3.3.2. Определение временных характеристик технологического цикла подготовки ла
- •Глава 4. Математическое описание технологического процесса подготовки ла к пуску
- •4.1. Моделирование на эвм процесса подготовки ла с помощью представления технологического процесса абстрактными операциями
- •4.1.1. Задачи, решаемые при моделировании процесса подготовки ла
- •4.1.2. Абстрактные операции технологического процесса подготовки ла
- •4.1.3. Математическая модель операции обработки
- •4.1.4. Математическая модель операции сборки
- •4.1.5. Математическая модель операции управления
- •4.2. Аналитические модели процесса подготовки ла
- •4.2.1. Общая постановка задачи обслуживания
- •4.2.2. Математическая модель процесса функционирования ксно
- •4.2.3. Моделирование процесса функционирования цзс
- •4.2.4. Моделирование процесса функционирования системы заправки, осуществляемой подвижными агрегатами обслуживания
- •4.3. Анализ эффективности ксно
- •4.3.1. Определение степени готовности ксно к применению
- •4.3.2. Вероятность нормального функционирования элементов ксно
- •4.3.3. Оценка вероятности поражения обслуживающего персонала при аварийном подрыве ла
- •Глава 5. Определение проектных параметров комплекса систем наземного обеспечения
- •5.1. Выбор рационального принципа структурного построения ксно и построения генерального плана
- •5.2. Выбор проектных параметров отдельных элементов наземного обеспечения
- •5.2.1. Транспортно-установочный агрегат
- •5.2.2. Башня обслуживания
- •5.2.3. Монтажно-испытательный корпус
- •5.3. Выбор оптимальных сроков службы ксно и его элементов
- •5.3.1. Постановка обобщенной задачи замены ксно
- •5.3.2. Выбор оптимальных сроков службы элемента ксно для частного случая
- •5.3.3. Определение рационального срока службы элемента ксно
- •5.4. Выбор оптимальной надежности ксно и его элементов
- •5.4.1. Общая постановка задачи оптимизации надежности ксно
- •5.4.2. Определение оптимального режима тренировок элементов ксно
- •5.4.3. Определение оптимального времени замены элементов ксно
- •5.4.4. Выбор оптимального распределения надежности отдельных элементов ксно
- •5.4.5. Определение оптимального числа резервных элементов ксно
- •Глава 6. Анализ проблемы управления наземной космической инфраструктурой
- •1.1.Особенности российской космической деятельности
- •Количество пусков ркп, проведенных с космодромов России в интересах запусков коммерческих ка в 1995-2004 годах
- •6.2. Общая характеристика состояния наземной космической инфраструктуры
- •6.2.1. Определение космической инфраструктуры
- •6.2.2. Состав и состояние технической структуры космодромов
- •1.2.Прогноз запусков ка по научным, социально-экономическим и международным космическим программам
- •1.3.Направления совершенствования технической структуры нки
- •6.5. Концепция управления наземной космической инфраструктурой на основе мониторинга ее состояния
- •Эволюция объектов мониторинга в космической отрасли
- •Оглавление
- •1. Введение 3
- •Глава 1. Общие сведения о комплексе систем наземного обеспечения 4
- •Глава 2. Основы взаимодействия элементов систем наземного обеспечения на технической и стартовой позициях 20
- •Глава 3. Некоторые вопросы проектирования комплекса систем наземного обеспечения 54
- •Глава 4. Математическое описание технологического процесса подготовки ла к пуску 83
- •Глава 5. Определение проектных параметров комплекса систем наземного обеспечения 148
- •Глава 6. Анализ проблемы управления наземной космической инфраструктурой 185
4.2.2. Математическая модель процесса функционирования ксно
Для решения поставленной в предыдущем параграфе задачи выбора оптимального состава и структуры КСНО необходимо составить абстрактную модель процесса его функционирования.
Движение ЛА по технологической цепи подготовки к пуску от момента доставки аппарата с завода-изготовителя на ТП до момента старта требует участия всех элементов комплекса наземного обслуживания. При этом обслуживание ЛА тем либо другим агрегатом тесно связано с определенным состоянием обслуживаемого аппарата, т. е. процесс, при котором отдельные элементы комплекса обмениваются ЛА, определяется изменением состояний ЛА. Следовательно, можно установить строгое соответствие между состоянием ЛА и тем элементом комплекса, на котором он находится или которым обслуживается.
В процессе функционирования КСНО изменяется не только состояние ЛА, но и состояние исполнительных элементов комплекса. Так, вероятные состояния стартовой позиции могут быть описаны в виде графа (рис. 4.4).
На рис. 4.4 Хо — состояние стартовой позиции, когда все n ЛА находятся в рабочем положении; Х1 — состояние СП, когда (n-1) ЛА находятся в рабочем положении, а один ЛА — в нерабочем состоянии; Xi — состояние СП, когда (n-i) ЛА находится в рабочем положении, a i аппаратов находится в нерабочем состоянии; Хn — состояние СП, когда ни один ЛА не находится в рабочем положении, СП полностью неработоспособна.
Очевидно, что указанные (n+1) состояния составляют полную группу событий, т. е. , где Pi — вероятность нахождения СП в состоянии Хi.
Следует отметить, что в состоянии Хi , когда (n-1) ЛА находятся в рабочем положении, не все (n-i) аппаратов могут оказаться работоспособными, поскольку некоторые из них могут оказаться в состоянии скрытого отказа. Поэтому для каждого состояния Xi можно выделить подмножество состояний Xij, где j = 0, 1, 2,..., n-i; Хij — состояние СП, когда (n-i) ЛА находятся в рабочем положении, причем (n-i-j) из них в работоспособном состоянии, а j — в состоянии скрытого отказала, {Хi0, Хi1,..., Xij,..., Xi(n-i+1); Xi(n-i)} — возможное число состояний, равное (n-i+1). Выражение для полной группы событий в этом случае запишется следующим образом:
,
где Pij - вероятность того, что СП находится в состоянии Xij.
Для ТП, транспортного оборудования и ремонтной бригады схему функционирования можно представить как обслуживание потока заявок при условии существования некоторого числа каналов обслуживания по каждой службе:
Х0 — данный элемент системы наземного обслуживания (ТП, ТО, РБ) не загружен, ЛА отсутствуют, все каналы свободны;
Х1 — элемент комплекса наземного обслуживания, на котором находится один ЛА, обслуживает этот ЛА один канал, остальные каналы свободны,
Xi — элемент системы обслуживания имеет i заявок на обслуживание, из них n обслуживается, а остальные ждут очереди (n — количество каналов обслуживания).
Моделирование процесса функционирования заправочного оборудования зависит от выбранного способа заправки обслуживаемых ЛА [56].
Если заправка ЛА осуществляется через централизованную заправочную систему (ЦЗС), процесс функционирования такой системы представляет собой последовательное изменение числа заправляемых ЛА, подготавливаемых к заправке, находящихся одновременно под заправкой ЛА и аппаратов, на которых производятся послезаправочные операции. При этом процесс поступления ЛА на заправку зависит как от технологического процесса предстартовой подготовки ЛА, так и условий его эксплуатации, а, следовательно, определяется целым рядом случайных событий и поэтому носит стохастический характер. Обслуживание ЛА через ЦЗС зависит от того, в каком состоянии она находится к моменту поступления изделия на заправку. Состояние заправочной системы к моменту поступления ЛА на заправку определяется возможными состояниями составляющих элементов этой системы, а поэтому процесс обслуживания ЛА через ЦЗС является вероятностным. Анализ особенностей работы ЦЗС показывает, что наиболее адекватной моделью ее работы является многоканальная система массового обслуживания с числом каналов, равным количеству заправочных агрегатов, на вход которой извне поступает некоторый поток заявок. Поступающий поток заявок не входит в рассматриваемую систему массового обслуживания, а, следовательно, состояния источников этих заявок анализу не подвергаются, т. е. в данном случае мы имеем дело с разомкнутой системой массового обслуживания.
Таким образом, задаваясь исходными данными в виде количества ЛА и их типов, обслуживаемых данными заправочными системами; расстояния между хранилищем-накопителем и объектами; интенсивностей подачи заявок на обслуживание и их удовлетворение, находят варианты заправки взаимно удалённых объектов, удовлетворяющие заданному уровню технической эффективности, которые определяются средним допустимым временем на заправку. Однако при решении поставленной задачи не учитывались затраты, связанные с организацией заправки тем или иным способом. Ниже приводятся постановка задачи и схема решения выбора оптимального варианта обслуживания взаимно удаленных объектов, где в качестве показателя совершенства выбрана экономическая эффективность, т. е. стоимость реализации операции заправки, а допустимое время на выполнение заправочных работ является дисциплинирующим условием.
Если обслуживание взаимно удаленных объектов осуществляется подвижными агрегатами, то математическая модель процесса функционирования заправочной системы зависит от соотношения количества подвижных заправочных агрегатов и количества обслуживаемых ЛА. Если количество подвижных агрегатов равно количеству обслуживаемых объектов или больше него, стратегия обслуживания строится по следующей схеме:
а) определяется наилучший вариант среди стационарных агрегатов;
б) производится сравнение наилучшего варианта стационарного с подвижным.
Оценка же обслуживания ЛА меньшим количеством подвижного оборудования приводит к необходимости количественного анализа процесса удовлетворения заявок методом теории массового обслуживания. Заявки в этом случае поступают в различные, вообще говоря, случайные моменты времени, и работа каждого канала носит случайный характер, зависящий от вида и внутренней структуры потока заявок, числа каналов обслуживания и закона распределения времени обслуживания заявки каждым каналом. Обслуживание взаимно удаленных объектов подвижными агрегатами может моделироваться замкнутой системой массового обслуживания, в которой интенсивность потока заявок зависит от состояния этой системы, а сами источники заявок являются элементами той же системы.
Следует отметить, что при выборе целевой функции процесса функционирования системы наземного обслуживания необходимо, чтобы она была достаточно простой, имела прямую связь с целевым назначением комплекса и была чувствительной к изменению проектных параметров этой системы обслуживания.
Как указывалось выше, целью функционирования КСНО является обеспечение заданной вероятности работоспособного состояния ЛА на всех пусковых установках СП в рабочем режиме. Поэтому в качестве целевой функции КСНО логично выбрать коэффициент готовности рабочего канала СП, определенного по всем СП.
Оптимизация параметров СП, основной задачей которой является минимизация как времени нахождения рабочего канала в состоянии открытого отказа, так и времени восстановления рабочего состояния канала, может вестись по параметру , который соответствует вероятности нахождения не менее m рабочих каналов из n в работоспособном состоянии.
Техническая позиция, транспортное оборудование, ремонтная бригада и система заправки представляют собой систему массового обслуживания с неограниченным ожиданием, качество функционирования которых характеризуется показателями:
- вероятностью наличия очереди;
- средним временем пребывания заявки в системе;
- средним временем пребывания в очереди;
- средним временем простоя одного канала;
- вероятностью отказа в немедленном обслуживании;
- средним числом заявок в очереди и др.
Ниже рассмотрим более подробно моделирование процесса функционирования заправочной системы при различных способах подачи компонента к ЛА, расположенным на взаимном удалении друг от друга.