Самолет, как и всякая система, может быть рассмотрен как элемент системы более высокого порядка – макроавиационной системы, которая в свою очередь является подсистемой экономической системы и т. д.
Самолет относится к классу систем, в которых осуществляются процессы передачи информации, управления и формирования энергетического потенциала [2, 3]. К особенностям таких систем отнесем следующие:
– в процессе функционирования систем решается множество задач, некоторые из них в силу объективных или субъективных причин оказываются противоречивыми по отношению к основной цели;
– функционирование всегда протекает при той или иной неопределенности условий, включая внешнюю среду, внутренние свойства самой системы;
– на процесс функционирования системы, как правило, большое влияние оказывает человек;
– в процессе функционирования происходят процессы старения, деградации, изнашивания, разрушения или развития (по воле человека) подсистем.
Для достижения заданной цели, например осуществления перевозки пассажиров, в системе используется соответствующий алгоритм функционирования, реализованный в виде некоторой материальной структуры, содержащей средства целепологания (полет по заданному маршруту), средства контроля, обработки информации, управления, реализации необходимых действий.
В общем случае, когда рассматривается модель создания (в том числе проектирования) и эксплуатации самолета, система, синтезированная на структурно-функциональном уровне, представлена на рис. 1.1.
Рис. 1.1
На рис. 1.1. приведены условные обозначения: Ri – ресурсы i-й системы ; δi – погрешности, созданные i-й системой в процессе реализации своих функциональных возможностей.
Структура системы реализации жизненного цикла нового самолета включает следующие этапы: целеполагание, целедостижение, целереализацию, оценку достигнутого. Каждый этап жизненного цикла реализуется посредством комплекса работ, выполняемых профессионалами различного уровня с использованием научных знаний и технических средств.
Разработанная и реализованная структура системы осуществления жизненного цикла нового самолета может не в полной мере обеспечивать достижение всех поставленных целей. При этом для создателя и руководителя важно знать степень недостижения цели, зависящую от свойств и качеств подсистем и системы в целом.
Свойство системы характеризуется объективной особенностью, которая проявляется при ее создании и эксплуатации. Качество системы характеризуется совокупностью свойств, обусловливающих ее пригодность выполнять заданную ей цель.
Показатели качества системы, составленные из абсолютных или относительных показателей ее свойств, будем подразделять на функциональные и экономические. Функциональные показатели характеризуют способность системы выполнять возложенные на нее функции для достижения поставленных целей. Экономические показатели характеризуют, с одной стороны, затраты, необходимые для придания системе требуемых качеств, а с другой – экономический эффект при ее функционировании.
Желаемые (потребные) и возможные качества будем задавать условиями, которым должны удовлетворять значения показателей этих качеств. Эти условия называются критериями оценки качества системы.
В процессе анализа системы важно определить соответствия возможных, фактических и необходимых свойств системы. Создание любого нового или модернизация старого начинает с этапа целеполагания подсистема (1) (рис. 1.1). Здесь закладываются основные функциональные и экономические показатели объекта, который будет создан. Подсистема (1) наполнена специалистами [19], которые в процессе целеполагания осуществляют (рис. 1.2):
1) формулировку цели путем синтеза средств;
2) эскизный проект, включающий анализ идеи, необходимые средства, ресурсы;
3) оценку необходимых ресурсов: научных, технических, экономических;
4) оценку возможностей, корректировку цели, доработку эскизного проекта, переоценку необходимых ресурсов.
Рис. 1.2
Следующим этапом жизненного цикла самолета, его «рождения», является этап целедостижения. Этот этап реализуется в рамках подсистемы (2), синтезированная структура которой представлена на рис. 1.3. В процессе реализации этого этапа в рамках подсистемы осуществляется анализ возможности реализации цели, включающий:
1) формирование ресурсов и обоснование выходных данных;
2) проведение научно-исследовательских работ – выбор конструктивных параметров;
3) проведение опытно-конструкторских работ, включая натурные испытания опытного образца объекта;
4) проведение летных испытаний объекта – оценка возможностей.
На рис. 1.2 приведены следующие обозначения: R1j = R1j(ΔR1j, δ1j) – ресурсы подсистемы, принадлежащие R1 (целеполагания рис. 1.1); ΔR1j – потери ресурсов, реализуемые в подсистеме j , обусловленные погрешностями δ1j соответственно.
Обозначения на рис. 1.3 аналогичны приведенным на рис. 1.2, т. е. R2j = R2j (ΔR2j, δ2j).
Рис. 1.3
Этап целереализации в жизненном цикле самолета является замыкающим и вместе с тем самым ответственным. Синтезированная структура этой подсистемы (3) представлена на рис. 1.4. На этом этапе система должна окупить все расходы, произведенные при ее создании.
На этом этапе осуществляются:
1) цель эксплуатации: где, когда, с какой целью объект будет эксплуатироваться;
2) организация эксплуатации, обеспечение безопасности, экономичности, регулярности функционирования объекта;
3) эксплуатация;
4) оценка итогов работы, текущий капитальный ремонт, оценка возможностей.
На рис. 1.4. приведены следующие обозначения: R(2)1 – ресурсы (финансовые), полученные из банка в кредит; R3j = R3j(ΔR3j, δ3j), где – номера подсистем, осуществляющих целереализацию (рис. 1.1); R34 – ресурсы получены с рынка 3 от потребителя.
Рис. 1.4
Замыкание жизненного цикла: происходит деструктуризация, достигается критическая область, что приводит к потерям функциональных возможностей, неспособности выполнять поставленную цель, в том числе по причине падения функциональных свойств.
Структурно-функциональное представление на уровне системы реализации жизненного цикла новой техники и отдельных ее подсистем необходимо при построении моделей различного уровня для математического моделирования процессов:
– анализа риска в начальный момент времени t0;
– анализа риска в упрежденный момент времени t = t0+τ;
– управления риском и контроля его величины.
Каждый из этапов жизненного цикла характеризуется ресурсами Ri и потерями ΔRi, соответствующими данному этапу. Потери ΔRi на каждом из этапов зависят от величины погрешностей δi , допущенных при проведении работ, а также от величины средств Ri , с использованием которых проводились работы [19]. В итоге получаем суммарные потери ресурсов
ΔR = Ψ(R1, …, R4, δ1, …, δ4, t),
где Ψ – оператор преобразования.
Основным звеном в структуре системы реализации жизненного цикла объекта является подсистема целеполагания, которая в свою очередь представляет систему со структурой, представленной на рис. 1.2. Ее основные задачи – осуществление синтеза, формирование идеи с учетом склонностей инвестора и возможностей создателей. При этом происходит оценка потребных ресурсов Rр = Rр(δр, ΔR), где δр – ошибка в расчетах потребных ресурсов, порождающая погрешность ΔR(δр).
Рассмотрим возможные потери на этапах жизненного цикла самолета [18].
1. На этапе научно-исследовательских работ (НИР) потери инвестора обусловлены невозможностью достичь заданную цель, например обеспечить заданные регулярность, экономичность и безопасность полета самолета. Это приводит к потерям тех финансовых средств, которые были затрачены инвестором на проведение таких работ (рис. 1.4). Обозначим их ΔR(1)22.