Владимир Живетин - Технический риск (элементы анализа по этапам жизненного цикла ЛА)

• Название: Технический риск (элементы анализа по этапам жизненного цикла ЛА)
• Автор: Владимир Живетин
• Жанр: Техническая литература
• Год: 2001
• ISBN: 5-901700-05-8

В данной работе рассмотрены проблемы, связанные с разработкой (количественного) анализа технического риска по этапам жизненного цикла летательного аппарата. Работа может быть полезна студентам, изучающим проблемы инвестирования в машиностроении, а также специалистам, занимающимся инвестированием.

---

Руководство и финансирование программой осуществляло управление перспективных исследований министерства обороны США. Проведенные фирмой «Локхид» с 1977 по 1982 г. работы воодушевили руководство NAСA. В результате был финансирован ряд других работ, в частности для воздушных мишеней; противолодочного винтокрылого аппарата.

Однако в 1988 г. в печати было отмечено недостаточно быстрое продвижение проекта «Икс Уинг», и по этой причине он был исключен из числа серьезных конкурентов в программе LHX. В результате проект был переведен в разряд НИР, и основной целью стало изучение аэродинамических характеристик несущей системы.

Затраченные на данную НИР финансы можно отнести к разряду потерь, если не полностью, то частично, т. е. имеет место риск инвестора, в данном случае управления перспективных исследований министерства обороны США.

Работа полезна инвесторам, конструкторам, а также студентам различных специальностей, изучающим проблемы инвестирования и инвестиционных рисков.

Глава 1. Показатели технического риска

1.1. Человеческий фактор

Во многих динамических системах человек-оператор был и остается основным звеном в системе контроля и управления. В наибольшей степени это касается таких систем, как «самолет – летчик». Задача оператора-летчика состоит в построении цели и выборе средств ее достижения путем преодоления внешних возмущений. При этом роль человека (летчика) состоит в адекватном отображении полетной ситуации с помощью систем отображения информации, формирования концептуальной модели режима полета, которая создается в его сознании путем анализа информационных потоков и знания моделей реакции ЛА на его управляющие воздействия [8].

На процесс управления, формируемый оператором, сказывается так называемый человеческий фактор, включающий в себя психические, умственные, физиологические, биомеханические, антропометрические и другие свойства человека. Под влиянием различных, в том числе человеческих, факторов могут возникать полетные режимы: штатный, особый, аварийный, критический. Штатный режим возникает, когда параметры xi управляемой динамической системы, подлежащие контролю и управлению, находятся в заданной или расчетной области, которую называют допустимой. Множество всех значений x1 из этой области обозначают Ωдоп. Все остальные ситуации характеризуются выходом параметров xl из области Ωдоп и называются особыми, в частности, аварийными или критическими. Возникновение последних приводит к летным происшествиям, в результате которых происходит полное или частичное разрушение ЛА с возможной гибелью пассажиров или членов экипажа.

Отметим, что в словаре Вебстера слово «риск» определяется как «опасность, возможность убытка или ущерба». В этом смысле особые ситуации, возникающие при полете ЛА, сопряжены с риском.

По оценкам специалистов особые ситуации в процессе эксплуатации ЛА на 20 % обусловлены техническими, а на 80 % – человеческими факторами [8]. Эти обстоятельства приводят к мысли о необходимости устранения человеческого фактора из контроля и управления ЛА. Однако устранить этот фактор невозможно, так как все технические системы любого уровня созданы человеком, и человеческий фактор всегда будет присутствовать в любой технической системе либо на уровне программ управления, либо на уровне технико-технологического совершенства.

Создавая автоматы, позволяющие исключить человека из контура контроля и управления ЛА, мы заменяем одни потери на другие, одни ошибки – другими, и величина потерь должна быть оценена по частоте их возникновения путем сравнения с выигрышем, выгодой. Таким образом, возникает оптимальная задача распределения функций контроля и управления между летчиком и автоматом, решение которой обеспечит максимальные выгоды.

Полет ЛА осуществляется, как правило, с помощью двух информационно-аналитических центров: ИАЦ-1 и ИАЦ-2. Информационно-аналитический центр человека (ИАЦ-1) рассмотрен в работе [8], где указаны следующие ему присущие ограничения: по объему оперативной и долговременной памяти; по скорости обработки информации; по точности обработки информации; по наличию зоны нечувствительности.

Под ИАЦ-2 будем понимать совокупность технических систем, подсистем, блоков, элементов, осуществляющих сбор и обработку информации с целью формирования управлений для достижения целей функционирования ЛА. До недавнего времени бортовое оборудование в авиации, как правило, не включало информационно-аналитический центр (ИАЦ-2).

ИАЦ-1 и ИАЦ-2 могут дополнять друг друга, в полете, тем самым, снижая стоимость бортового оборудования, расширяя область применения возможностей ЛА, что повышает выгоду от его использования. Что касается формирования управления, то ИАЦ-1 – система с заданными свойствами, которая обладает указанными выше ограничениями.

Параметры технической системы ИАЦ-2 можно выбирать и, причем оптимальным образом с учетом ограничений на ее возможности. Эту систему, в отличии от ИАЦ-1, мы можем создавать с нуля, в то время как ИАЦ-1 мы вынуждены воспринимать в основном уже созданной. Мы получаем два антипода, дополняющих друг друга. При этом параметры ИАЦ-1 можно изменять в достаточно широком диапазоне путем тренировок и обучения, однако основные физиологические параметры (быстродействие умственной деятельности, объем памяти и т. п.) мы не в состоянии существенно изменить.

Объединяя ИАЦ-1 и ИАЦ-2 в единый комплекс, мы получаем новый ИАЦ, который лишен недостатков ИАЦ-1 и ИАЦ-2, т. е. каждого в отдельности. Проектирование совместного комплекса связано с определенными трудностями, так как требует

– подбора (в процессе обучения по специальным программам) экипажа с наилучшими возможностями с позиции достижения минимального технического риска и со свойственными ему физиологическими свойствами и ограничениями, параметры которых задают некоторую область Ω1;

– проектирования самолета и двигателя как системы, свойства и параметры которых заполняют некоторую область Ω2, заданную инвестором;

– проектирования бортового оборудования под этот комплекс, способного обеспечить надежное (устойчивое, безопасное, оптимальное) состояние и достижение цели полетного задания в области Ω2, т. е. при расширении области Ω1 до Ω2.

При этом возможны различные ситуации, связанные с совместным проектированием комплекса с позиции минимизации потерь при эксплуатации, начиная от измерения параметров самолета и двигателя до разработки специальных для данного класса самолетов комплексов тренажеров, позволяющих осуществлять необходимую подготовку летчиков (доводку его ИАЦ-1 до необходимого состояния). По-существу, здесь рассматривается идея проектирования с максимальным использованием самого дешевого продукта для эксплуатации ЛА – человека.

В работе [8] рассмотрен частный подход к решению задачи выбора параметров комплекса (рис. 1.1) с использованием одного критерия, связанного с энтропией системы. В общем случае необходимо использовать тот критерий, который связан с выполнением цели и назначения данного класса ЛА. Так, например, при проектировании комплекса следует учесть необходимость исключения летчика из контура управления, когда на вход ИАЦ поступают процессы высокой скорости изменения по амплитуде и частоте. С этой целью необходим анализатор входных сигналов xi

– по амплитуде и удаленности его от Ωдоп;

– по скорости изменения xi;

– по количеству сигналов, которые могут достигнуть Ωдоп.

При этом необходимо осуществлять прогноз достижимости критической области [6].

Рис. 1.1

Несмотря на эти ограничения, рассмотренный подход может быть использован в качестве метода или методики в случае, если критерий уточнен, расширен в зависимости от целей и задач проектируемого ЛА, когда необходимо решать многокритериальные задачи.

1.2. Прибыль и убытки в технике

Прибыль и убытки в авиации, как и везде в технике, экономике, взаимосвязаны, взаимозависимы. Это антиподы, не существующие друг без друга. Таков основной закон среды жизнедеятельности. Как указано в работе [6]: риск – это ситуативная характеристика, представляющая собой величину потерь и частоту их появления, которая связана функционально с прибылью, полученной при этом.

В необходимости учета риска при разработке проекта (создания ЛА и его систем или организации эксплуатационного предприятия) заинтересованы следующие его участники: заказчик, инвестор, исполнитель, страховая компания. При анализе риска любого из участников проекта используются положения, предложенные американским экспертом Б.Берлимером:

– потери от рисков независимы друг от друга;

– потеря по одному направлению «портфеля рисков» не обязательно увеличивает вероятность потери по другому (за исключением форс-мажорных обстоятельств);