47

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ

АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

__________________________________________________________________________

А.М. ЖЕРЕБИН О.С. КОРОТИН

ЭЛЕМЕНТЫ ВНЕШНЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ УДАРНЫХ

АВИАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ

Учебное пособие

Утверждено

на заседании редсовета

23 апреля 1986 г.

МОСКВА 1987

Жеребин A.M., Коротин О.С. Элементы внешнего проектирования ударных авиационных комплексов: Учебное пособие. - М.: МАИ, 1987. - 56 с., ил.

Рассматриваются некоторые вопросы внешнего проектирования авиационных комплексов с позиций системного подхода. Даются ос­новные понятия теории эффективности и системного анализа, приво­дятся структура и системное описание ударных авиационных комплек­сов. Формируется принципы системного подхода, декомпозиции и коор­динации при внешнем проектировании авиационных комплексов, на ос­нове которых формализуется задачи анализа, синтеза и типажа и приводится технология проведения исследований. Для решения задач анализа и синтеза верхнего иерархического уровня даются матема­тические модели боевых действий однородных и смешанных группиро­вок ударных авиационных комплексов в операциях. Затронутые в по­собии вопросы рассмотрены в основном применительно к ударным авиа­ционным комплексам, но могут быть распространены и на решение за­дач внешнего проектирования других типов боевых авиационных комп­лексов.

Пособие предназначено для студентов и аспирантов специаль­ности «Проектирование авиационных комплексов», а также для препо­давателей и научных работников соответствующего профиля.

Рецензенты: Л.Н. Базенков, В.Н. Щепин

© Московский авиационный институт, 1987г.

Введение

В настоящее время сложилась определенная технология решения сложной в техническом и организационном отношении задачи создания авиационной техники. Укрупнено весь процесс создания авиационного комплекса (АК) можно разделить на следующие этапы:

I этап. НИР научно-исследовательских институтов промышленности и заказчика, направленные на выявление перспективных потребностей с учетом прогноза ситуаций.

II этап. НИР по предварительному формированию облика (в основном функционального) авиационного комплекса (АК), разработка тактико-технических требований (TTT) и проведение анализа ожидаемых затрат по этапам жизненного цикла АК.

III этап. Разработка технических предложений, в которых ОКБ (главный конструктор) совместно с НИИ заявляет о возможности создания в определенные сроки АК с требуемыми тактико-техническими характеристиками. Выработка проекта тактико-технического задания на проектирование заявленного АК.

IV этап. Эскизное проектирование с укрупненной конструктивной проработкой АК.

V этап. Рабочее проектирование, целью которого является детальная конструктивная проработка АК с выпуском чертежей для серийного производства.

VI этап. Создание экспериментальных образцов, проведение летных испытаний, заканчивающихся составлением акта и принятием на вооружение.

VII этап. Подготовка производства и серийный выпуск новой техники.

В этой последовательности этапы, связанные с обоснованием потребных характеристик и ожидаемого облика функционального АК и его подсистем, исходя из анализа будущих операций с участием данного АК и с учетом реальных ресурсных ограничений, принято называть этапами внешнего проектирования. Сюда относятся I -II этапы и в известной мере III - IV этапы.

Этапы создания АК с конкретными конструктивными решениями - этапы конструирования, использующие весьма сложные и различные методы и законы и заканчивающиеся серийным производством (а зачастую продолжавшиеся и дальше), будем называть внутренним проектированием. Это этапы III-IV.

Проведенная граница достаточно условна, так как внешнее проектирование требует конструктивных проработок, а внутреннее проектирование, особенно на ранних стадиях, использует методы внешнего проектирования.

В настоящее время важность этапа внешнего проектирования трудно переоценить. Учитывая, что возможности техники сегодня практически не ограничены в создании набора альтернативных вариантов АК, позволяющих удовлетворять предъявляемые вооруженными силами требования, единственных препятствием на пути их создания становятся ресурсные (в том числе экономические) ограничения. Важнейшей проблемой становится не только "как сделать", а "что сделать". В этом и состоит основная задача внешнего проектирования. Пренебрежение этим этапом или ошибочные решения, принятые здесь, приводят к многомиллионным потерям, что непосредственно отражается на состоянии вооруженных сил и экономики страны.

Так, анализ перспективных разработок в США с 1953 по 1970 гг. показал, что было истрачено 17 млрд. дол. на системы, не принятые на вооружение. Основная причина - недостатки в обосновании ТТТ.

Трудность, а подчас и невозможность исправления в будущем неверных решений, принятых на ранних этапах проектирования, быстрое изменение условий боевого применения АК и длительные сроки его создания свидетельствуют о неотложной необходимости разработки и применения научных методов принятия быстрых и обоснованных решений без физической реализации АК по следующим причинам [1,2]:

1. Экспериментальная проверка результатов исследований, как правило, невозможна. Например, окончательно оценить стратегичес­кие системы можно только на основе применения ядерного оружия, что, естественно, исключается. Что касается создаваемого АК, применение которого планируется в будущих операциях, то вполне вероятно, что он будет снят с вооружения до начала боевых действий, так как к этому моменту будет создан более совершенный АК и таким образом не будет известно, насколько хорош или плох был первый АК.

2. Летные эксперименты в меньшем масштабе достаточно дорогостоящие, не дают необходимого объема информации.

3. Период времени, после которого ответ не представляет никакой практической ценности, как правило, очень мал, что не позволит физически реализовать возможные варианты АК. Кроме того, такая реализация стоит значительно дороже, чем получение необходимой информации с помощью моделирования. Это значит, что лучший результат должен быть представлен к заданному сроку.

4. Имеется большое количество неопределенных факторов, которые можно только оценить, но не измерить или проверить на практике. Более того, если даже можно провести определенные измерения в процессе испытаний, то эти измерения вследствие неучета ряда факторов могут существенно отличаться от результатов, полученных в реальных боевых условиях. (Например, точность стрельбы или бомбометания, полученная при полигонных испытаниях, будет существенно отличаться от точности в боевых условиях вследствие неучета психологии поведения летчика.)

В общем случае различают несколько видов неопределенностей:

- статистическая неопределенность, т.е. неопределенность, обладающая объективной, поддающейся расчету величиной частоты повторения (метеоусловия, рельеф местности, средняя ошибка бомбометания и т.п.);

- неопределенность в отношении технических решений противника в ответ на угрозу применения данного АК и его тактических решений;

- неопределенность в прогнозируемых технических характеристиках проектируемых АК;

- стратегическая неопределенность в отношении момента времени начала конфликта, театра военных действий и временного интервала проведения операций (зима, лето и т.п.).

5. При решении задач внешнего проектирования большое значение имеет фактор времени (например, надо ли создавать АК с определенными характеристиками к заданному сроку или отодвинуть срок создания, пока не будут созданы технические и технологические предпосылки для разработки АК с лучшими характеристиками). Необходимость учета фактора времени дополнительно усложняет проблему принятия решения, которую невозможно разрешить, даже создав реальный АК.

Во всех рассмотренных случаях физическая реализация вариантов АК и их проверка с достаточной степенью подробности либо стоит дороже и занимает больше времени, чем моделирование, либо практически невозможна. Поэтому при решении задач не только внешнего, но и внутреннего проектирования нашли широкое применение методы общей теории систем, системного анализа и исследования операций. Дадим рабочие, не претендующие на полноту определения этих понятий [3]:

Общая теория систем занимается выделением единых, не зависящих от физической природы системы математических форм описания их функционирования.

Системный анализ разрабатывает и обосновывает практическую технологию системных исследований и принятия решений в условиях, когда выбор альтернативы требует анализа сложной информации различной физической природы.

Исследование операций рассматривает процесс построения моде­лей и собственно моделирования для получения рекомендаций применительно к конкретным системам. При этом, как правило, глобальный критерий, описывающий цели, известен (или задан).

Наличие многих особенностей, присущих авиационным комплексам, привело к тому, что в рамках системного анализа и исследования операций оформилась в самостоятельное научное направление и теория эффективности авиационных комплексов (АК), целью которой является оценка эффективности и синтез (выбор рациональных параметров) АК. В настоящее время можно выделить три основные задачи теории эффективности, решаемые в процессе внутреннего и внешнего проектирования АК [3].

Первая из них - задача эффективностного анализа (оценка эффективности) АК. Задача состоит в получении для АК с заданными характеристиками значений показателей его технико-экономической эффективности. Потребность в решении данной задачи возникает прак­тически не только на всех этапах проектирования АК, но также на всех этапах его жизненного цикла.

Вторая задача - задача эффективностного синтеза АК - характерна для внешнего проектирования АК. Задача состоит в получении ра­циональных значений обликовых параметров АК, предназначенного для решения заданной совокупности боевых задач. Так как процесс внеш­него проектирования можно представить состоящим из процессов вы­бора структуры и выбора числовых значений параметров, различают задачу структурного и задачу параметрического синтеза.

Третья задача - эффективностная задача определения рациональ­ного типажа АК, состоящая в определении рационального состава сме­шанного (включавшего несколько типов АК) парка, выполняющего заданный во времени объем боевых задач. При этом эффективность груп­пировки можно повысить не только за счет создания новых АК, но и за счет модернизации АК, стоящих на вооружении. Поэтому задача оп­тимального синтеза АК должна быть включена в более общую задачу "синтез - типаж", решаемую с учетом существующего парка АК. А так как боевые задачи, которые ставятся перед АК, зависят от его функ­циональных свойств, то в более общей постановке одновременно с за­дачей "синтез - типаж" должна решаться задача определения рацио­нальных областей его применения.

Целью настоящего учебного пособия является популярное изло­жение основных подходов и моделей, предназначенных для проведения оценок эффективностей и выбора рациональных параметров и типажа ударных авиационных комплексов. В основу пособия легли курсы лек­ций, читаемых авторами студентам МАИ по специализации "Проектиро­вание и эффективность авиационных комплексов", учебники и учебные пособия [3] – [5].

I. Основные понятия теории эффективности и принципы систем­ного анализа

1. Основные понятия и определения

Дальнейшее изложение посвящено методам исследования авиацион­ного комплекса (АК) как сложной системы, требующей при ее проекти­ровании системного подхода. В связи с этим целесообразно кратко остановиться на используемых определениях и понятиях.

Система есть множество взаимосвязанных элементов, каждый из которых прямо или косвенно связан с каждым другим элементом, а два любых подмножества этого множества не могут быть независимы.

Фиксация системы делит мир на две части: систему и внешнюю среду. Очевидно, внешняя среда (т.е. окружение) тоже есть множе­ство элементов, которые не являются частями системы, но изменения в любом из них могут стать причиной изменения состояния системы. Внешнюю среду, взаимодействующую с системой, целесообразно разде­лить на активно действующую (противодействующего противника) и ин­дифферентные внешние условия (климатические, географические и т.п.), в которых функционирует система.

Система определяется структурой и поведением.

Под структурой системы понимается совокупность устойчивых свя­зей, обеспечивающих ее целостность и тождественность самой себе, т.е. сохранение основных свойств при различных внешних и внутрен­них изменениях. Изменение структуры есть эволюция системы.

Тогда поведение - развернутая во времени последовательность реакции системы на внешние воздействия.

Сложной будем называть такую систему, которая обладает скры­тыми или самостоятельными тенденциями поведения, в частности, це­ленаправленного. Сложные системы стремятся достигнуть определенно­го, предпочтительного для них состояния, которое является их целью.

Предметом нашего рассмотрения являются сложные системы, к ко­торым, несомненно, относится и авиационный комплекс.

Под авиационным комплексом (АК) будем понимать совокупность летательного аппарата, его систем оборудования, специального осна­щения, наземного обеспечения и экипажа, предназначенную для выпол­нения некоторого множества задач.

В свою очередь АК является составной частью авиационной сис­темы оружия, под которой будем понимать совокупность функционально связанных между собой группировки АК, АК обеспечения боевых дейст­вий (заправщики, ретрансляторы и т.п.), подсистемы боевого управ­ления (командные пункты: наземные, воздушные, пункты наведения и т.д.), системы эксплуатации АК и персонал, обеспечивающий боевую работу системы.

Будем исходить из того, что любая сложная система (далее тер­мин "сложная", если это не приводит к недоразумениям, для простоты будем опускать) при своем функционировании преследует определенные цели.

Цель - желаемый результат деятельности, достижимый в пределах некоторого интервала времени.

Задача - желаемый результат деятельности, достижимый за задан­ный интервал времени и характеризующийся конкретным набором пара­метров этого результата.

Таким образом, цель становится задачей после ее количествен­ной конкретизации. Более того, цель - более общая категория, чем задача. Следовательно, цель может достигаться решением ряда задач, и задачи можно упорядочить по отношению к цели.

Например, цель государства в конфликте - нанести противнику неприемлемый ущерб. Эта цель может быть достигнута в случае реше­ния следующих боевых задач:

- за время операции ∆Т поразить не менее 70 % объектов военно-экономического потенциала;

- за время операции поразить не менее 60 % вооруженных сил и т.д.

Совокупность мероприятий, организуемых оперирующей стороной с целью выполнения поставленной задачи, называется операцией. Пред­полагается, что операция обладает свойством повторяемости, которое позволяет сделать операцию предметом исследования. Примером опера­ции могут быть стрельба и бомбометание по цели, воздушный бой, преодоление системы ПВО группой АК, завоевание господства в возду­хе и т.п.

В термин "оперирующая сторона" в зависимости от стадии жизнен­ного цикла АК вкладывается различный смысл: на стадии проектирова­ния - это главный конструктор, в реальных вылетах - летчик и т.п.

Операции всегда протекают с использованием средств, которые будем называть ресурсами, а способ проведения операции - страте­гией. Как правило, способы проведения операции и распределение ре­сурсов достаточно многообразны и неравноценны. Например, самолет может атаковать цель с горизонтального полета или с пикирования, использовать авиабомбы или другое оружие, которое необходимо рас­пределить по цели (в случае если она групповая или площадная), и т.п.

Операции, проводимые АК, оцениваются степенью его приспособ­ленности к выполнению своего функционального назначения (к решению поставленных перед ним задач), которая называется эффективностью АК.

Количественная мера эффективности АК называется критерием или показателем эффективности. Как правило, показатель эффективности не является единственным, так как качество функционирования АК - сложной технической системы, функционирующей в условиях конфликта и неопределенностей, может быть с достаточной полнотой охаракте­ризовано лишь целой системой показателей: наряды, потребные для поражения заданной номенклатуры целей; число пораженных целей; соб­ственные потери групп АК и т.п. Конкретный вид показателя эффектив­ности определяется каждый раз спецификой исследования.