В.Б.Живетин
Технический риск (элементы анализа по этапам жизненного цикла ЛА)
Научный редактор: д.т.н., профессор, академик АН РТ Т.К. Сиразетдинов.
Рецензенты: д.т.н., профессор В.Д.Фурасов, д.т.н., профессор Л.Г.Башкиров
Введение
Примерно пятьсот лет назад естествознание полностью отделилось от философии и стало самостоятельной отраслью человеческой деятельности. С той поры естествознание проникает во все сферы жизнедеятельности общества, обеспечивая высокие темпы экономического развития человека и социальной сферы в целом. Волна технико-технологических изменений, в основе которых лежали научные и научно-практические открытия, следовала одна за другой со все более короткими интервалами. Промежутки времени между научной мыслью и началом ее использования в технике постепенно сокращались. Понадобилось около ста лет, чтобы паровая машина из научной мысли превратилась в реальность и заняла свое достойное место в промышленности. Для электрической энергии этот срок составил менее пятидесяти лет, для двигателя внутреннего сгорания – всего тридцать лет.
В начале двадцатого столетия говорили, что «прикладная наука (техника) – это чистая наука двадцать лет спустя». Сегодня этот интервал намного короче.
Разработка и развитие новых технологий, машин и механизмов обуславливали не только отмену физического труда человека, но и повышение требований к его знаниям, без которых невозможно трудится в новой технико-технологической среде. При этом видоизменялись социальная сфера, общество, человек. В процессе такого развития одни слои населения нищали, теряли возможность трудиться, т. е. продавать свой труд – физическую энергию, а если и трудились, то их труд не имел должной оценки и оплаты. Появились новые люди, дух которых подвергся мутации культуры нового времени. Одного из них назовут бизнесменом, а все что они породили – капитализмом.
Современная индустриально-развитая экономика, в известной мере схожа с наделенными обратными связями техническими объектами, представляющими собой динамическую систему, которая подчинена закону сохранения энергии, так как энергетические процессы суть источники всего происходящего в ней. По этой причине, как и во всех системах, в экономике существуют ограничения для всех процессов. Дело в том, что каждая отрасль, каждый вид деятельности потребляют продукт и услуги других отраслей, секторов экономики и в тоже время поставляют им свои продукты, товары и оказывают услуги.
Труд составляет важный элемент затрат в народном хозяйстве, его роль не претерпела существенных изменений, несмотря на внедрение автоматических поточных линий, технологических процессов. При этом возникло противоречие между тем, что нужно от человека в процессе использования техники и тем, что человек имеет, а именно его знание, навыки, творческое мышление. Эти два антипода, один из которых есть творение рук человеческих, противостоят друг другу.
В процессе внедрения новой техники постоянно наблюдаются не только приобретения, но и потери:
– инвестора, создателей новой техники;
– экологические;
– в социальной среде;
– человеческие жертвы.
Аналитические методы анализа потерь, сопутствующих созданию и эксплуатации технических объектов и технологических процессов, всегда представляли и представляют интерес для инвесторов. Такой анализ производится часто как постфактум или де-факто, на различных этапах исполнения работ: научно-исследовательских, проектных, опытно-конструкторских; производства; эксплуатации.
Существуют попытки проводить такой анализ перед практической реализацией каждого из этапов с целью уменьшения потерь, а, следовательно, риска [1–5, 80, 81]. Эта задача сопряжена с прогнозом потерь (риска), решение которой чрезвычайно важно для человека во всех сферах жизнедеятельности. На этапе создания для оценки риска, как правило, используются математические модели, полученные в процессе научных исследований [6, 7]. Из-за несовершенства таких моделей, а именно из-за их погрешностей, как объекты, так и системы контроля и управления обладают погрешностями при реализации поставленных задач, что обуславливает потери на уровне технического исполнения, которые при этом, видоизменяясь, усиливаются. Потери, возникающие при создании и эксплуатации технических объектов, систем, технологических процессов есть технический риск.
Проблема анализа технического риска, а также управления его величиной, особенно важна в авиации, где экономичность и безопасность полетов всегда актуальны [9÷48].
Работа посвящена рассмотрению технического риска – векторной (многокомпонентной) величины, связанной со всеми этапами жизненного цикла самолета или вертолета, включающими в себя научно-исследовательский этап, в том числе в процессе создания новых систем на уровне изобретений, [49÷70]; проектирование (опытно-конструкторские работы) [71÷75]; производство; эксплуатацию [76÷79].
В монографии разработаны элементы анализа технического риска, который иллюстрируется на примере авиационной техники. В качестве основных рассматриваются потери, связанные с расходом топлива и потери, обусловленные авиационными происшествиями. С целью количественной оценки таких потерь вводятся вероятности. Для расчета указанных вероятностей приводятся математические модели, с помощью которых учитываются потери инвестора, связанные с разработкой, изготовлением, эксплуатацией новой авиационной техники.
При проектировании процесс управления риском исследуется на трех уровнях: ОКБ в целом; функциональные системы, агрегаты, блоки; узлы функциональной системы.
В качестве показателя потерь (риска) рассматриваются все издержки, связанные с перерасходом топлива и потери, обусловленные авариями, поломками, катастрофами авиационной техники. При этом анализируются следующие функциональные системы: оптимизации режимов пилотирования; предупреждения критических режимов, а также технологический комплекс производства ЛА. В систему оптимизации режимов пилотирования включена система контроля массы и центровки ЛА (вертолета) в полете.
Используя введенные в работе показатели технического риска, а также располагая расчетными погрешностями процессов проектирования конструкции ЛА и систем его насыщающих, подготовки производства, а также средств производства и технологий на всех этапах изготовления ЛА на достигнутом уровне научно-технического прогресса, был количественно оценен инвестиционный риск [6], связанный с выполнением технического (полетного) задания. В случае несоответствия полученной оценки требованиям сегодняшнего дня намечены первоочередные задачи в перевооружении технологической базы производства или применения (установки) принципиально новых систем управления ЛА, а также оптимального (с позиций экономики) перераспределения значений инвестиционного риска между средствами производства и бортовым оборудованием.
Такую задачу можно решить при наличии достаточно строгих математических моделей всей совокупности процессов, используемых при создании ЛА от начала его проектирования до достижения цели, например, максимальной (оптимальной) дальности полета. В случае отсутствия для какого-то этапа создания ЛА строгих математических моделей процессов необходимо иметь результаты экспериментальных (стендовых, трубных) исследований для ввода эмпирических соотношений в математические модели.
Для каждой функциональной системы разрабатываются необходимые математические модели, с помощью которых анализируется технический риск. Некоторые из рассмотренных систем были разработаны и внедрены с участием автора работы.
В монографии в большом объеме представлены материалы летных испытаний лопасти несущего винта вертолета Ми-8, связанные с измерением перепада давления в фиксированных точках zi – расстояние по размаху, xj – расстояние от носка профиля сечения лопасти. Представленные материалы получены в процессе апробации в натурных условиях систем измерения тяги несущего винта, осевой и продольной скоростей полета вертолета. Указанные материалы уникальны не только своим объемом, но и широтой охвата режимов, на которых они получены.
Приводится анализ и сравнение эксперимента с теорией. Этот материал использован автором монографии для построения таких систем контроля параметров вертолета, как вес G, тяга несущего винта Т, скорости Vx, Vz.
Проиллюстрируем технический риск, возникающий на этапе научно-исследовательских работ, на примере проекта «Икс Уинг». В 1975 г. управление авиационной техники и аппаратов на воздушной подушке (США) предложило проект скоростного винтокрылого аппарата «Икс Уинг» с останавливающимся несущим винтом и управляемой циркуляцией. Этот аппарат должен взлетать вертикально, как обычный вертолет, и по мере увеличения скорости горизонтального полета число оборотов несущего винта с управляющей циркуляцией должно было постепенно снижаться, а винт при Vx = 1010 км/час останавливаться, образуя Х – крыло с обратной стреловидностью.