Деловая слава России


Новости


МЕЖОТРАСЛЕВОЙ АЛЬМАНАХ

Свежий номер альманаха, Архив номеров, Подписка на альманах, Реклама в альманахе, Контакты



РАЗВИТИЕ НАУКИ В РОССИИ



Опрос

Нужно ли стремиться вернуть в Россию учёных, уехавших жить и работать за границу?
Да, не стоит упускать умных и талантливых людей
Скорее да, но вряд ли наше государство сможет обеспечить им заграничный уровень жизни
Скорее нет, лучше обеспечить хорошие условия тем, что ещё не уехали
Нет, лучше вложить средства в воспитание и развитие молодых учёных
Другое








Деловая слава России » Наука » Системный подход в проектировании

Наука: Системный подход в проектировании - 21-12-2013, 17:47

 

 

Игорь Борисович ШЕРЕМЕТ

начальник 3 ЦНИИ Минобороны России, доктор военных наук, член-корреспондент РИА, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники

 

Владимир Андреевич ИЩУК

ведущий научный сотрудник 3 ЦНИИ Минобороны России, кандидат физико-математических наук, действительный член РИА, лауреат Государственной премии РФ им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова

 

СИСТЕМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА БАЗЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ СОЗДАНИИ СЛОЖНЫХ НАУКОЕМКИХ ИЗДЕЛИЙ

 

Современный уровень развития информационных технологий обусловливает возможность реализации, в отличие от традиционных схем создания сложных наукоемких изделий, системного подхода к их разработке на основе идеологии системного проектирования. По существу, системное проектирование представляет собой процесс, направленный на трансформацию с использованием моделирования необходимых потенциальных потребностей и возможностей по поддержанию требуемой работоспособности в решения по формированию (проектированию) сбалансированного сложного наукоемкого изделия (системы).

 

 

Применение моделирования для обеспечения системного проектирования служит для сокращения сроков научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), экономии материальных и финансовых ресурсов, снижает риски, связанные с отсутствием достаточного обоснования решений, принимаемых на различных этапах процесса создания сложных наукоемких систем, что в конечном счете способствует созданию более совершенных и эффективных изделий. Разрабатываемые в настоящее время перспективные наукоемкие изделия столь сложны, что традиционные схемы организации разработки не могут гарантировать создания изделий, удовлетворяющих выставленным тактико-техническим требованиям при минимальном риске перерасхода средств и превышения сроков их выполнения.

 

 

Рассматриваемый подход предполагает предварительную тщательную отработку на компьютерных моделях всех вопросов, связанных с созданием изделий, оценкой эффективности и затрат ресурсов, организацией производства, последующей модернизацией, с прогнозом возможных финансовых затрат и планированием материально-технического обеспечения в рамках всего жизненного цикла разрабатываемого изделия, включая его утилизацию. Компьютерная имитация функционирования изделий (создание виртуальных прототипов) на фоне искусственно воспроизведенной обстановки обеспечивает практически все этапы процесса приобретения изделия, начиная с выработки тактико-технических требований и концепции изделия и заканчивая эксплуатацией и утилизацией сложных изделий.

 

 

После принятия решения по структурно-функциональному облику конфигурации сложного изделия (системы) процесс проверки результатов системного проектирования должен сформировать уверенность в том, что решение по конфигурации системы верно и направлено на обеспечение требуемых возможностей. Соответствующий механизм (программа), который представляет собой механизм завершения контура верификации в процессе системного проектирования, характеризует технический риск в обеспечении соответствующего окончательного результата проектного решения.

 

 

Такой подход дает возможность реализовать процесс «модель — тестирование — модель — производство», что достигается оценкой не физического, а виртуального прототипа в искусственной среде. Применение моделирования должно обеспечить создание условий для получения более точных оценок эффективности новых или модернизируемых изделий в самых разнообразных условиях применения еще до того, как принимается решение об их разработке. Данные, полученные в результате моделирования, используются для уточнения требований к изделиям, запуская, по существу, механизм управления требованиями.

 

 

Непрерывное испытание изделий путем их компьютерного моделирования в ходе НИОКР создаст более выгодные условия для нахождения интересных инженерных решений, а также гарантии того, что конечное изделие в наивысшей степени удовлетворит всем требованиям заказчиков. Перспективные имитационные системы, моделирующие обстановку, позволят создать наборы сценариев для последующих всесторонних испытаний нового изделия. Искусственная обстановка создаст возможности более полных испытаний, в том числе трудно воспроизводимых в реальных полевых условиях. Одновременно ожидается сокращение соответствующих трудозатрат, материальных и финансовых ресурсов.

 

 

Такой подход планирует применять Министерство обороны (МО) США при создании систем оружия, разработка которых требует значительных финансовых затрат, на этапе концептуальных исследований. По мнению Совета МО США по технико-экономической эффективности, новый подход позволит уменьшить на 20–30 % затраты на разработку систем оружия и значительно сократить среднюю длительность цикла его создания (период от начала программы до принятия на вооружение).

 

 

Практическая реализация такого подхода предполагает пересмотр всего традиционного процесса разработки сложных изделий, включая его организационную и юридическую базу. Требуется создание специальной инфраструктуры для объединения всех участников разработки перспективных изделий в единый распределенный организационно-технический комплекс с единым информационным ресурсом. Такая инфраструктура должна обеспечить оперативный доступ к информации, необходимой для выполнения программ создания сложных наукоемких изделий, переведя весь процесс функционирования системы создания на безбумажную технологию.

 

 

В ряду применяемых математических моделей, рассматриваемых выше, различаются главным образом аналитические и имитационные модели процессов, явлений и систем. При этом основные отличия и особенности по предназначению аналитического и имитационного моделирования состоят в следующем: Аналитические агрегированные модели, описывающие изменения исследуемых показателей, используются в основном для «оценок, позволяющих видеть допустимые границы наших действий или возможности исследуемых процессов, тенденции их развития». Под имитационным моделированием системы (процесса, явления) понимается способ ее исследования на основе проведения численных экспериментов с имитационной моделью системы (процесса, явления). Имитационное моделирование является основным методом системного анализа, свободным от каких-либо ограничений на классы решаемых задач. Имитационное моделирование имеет существенные преимущества по сравнению с аналитическим в тех случаях, когда:

 

• моделируемая система (явление) содержит много параллельно функционирующих взаимодействующих компонентов;

• отношения между переменными в модели существенно нелинейны, и поэтому аналитические модели трудно или невозможно построить;

• исследуемая система имеет внешние управления, не подлежащие формализации;

• для понимания поведения системы требуется визуализация динамики происходящих в ней процессов.

 

 

Во многих случаях имитационное моделирование — это единственный способ получить представление о поведении сложной системы и провести ее анализ. В целом успех применения моделирования и имитации в интересах создания сложного наукоемкого изделия (системы) всецело определяется научно-технической политикой и развитостью инфраструктуры моделирования и имитации в соответствующей области создания изделий.

 

 

К настоящему времени в 3 Центральном научно-исследовательском институте Минобороны России накоплен значительный опыт создания и применения систем моделирования и имитации по обеспечению различных этапов жизненного цикла изделий, включая формирование рационального облика и проведение оценочных испытаний сложных наукоемких образцов. Так, например, при сравнительной оценке эффективности вариантов модернизации сложного изделия с использованием имитационного моделирования в различных условиях применения было установлено существенное преимущество одного из вариантов, что явилось обоснованием нецелесообразности проведения соответствующих натурных оценочных испытаний.

 

 

Итогом было существенное сокращение затрат на проведение работ по созданию модернизированного варианта сложного изделия за счет отсутствия необходимости создания дополнительных опытных образцов, а также экономии затрат ресурсов на собственно проведение натурных оценочных испытаний. Опыт создания и применения систем моделирования и имитации по обеспечению различных этапов жизненного цикла изделий сформирован в рамках взаимодействия 3 ЦНИИ Минобороны России с научными организациями в сфере как поисковых, так и прикладных исследований и разработок.

 

 

В рамках проведения поисковых исследований в интересах совершенствования методического обеспечения, применительно к созданию сложной наукоемкой продукции, институт поддерживает тесные связи с рядом организаций Российской академии наук (Институт математики СО РАН, Институт прикладной математики, Вычислительный центр, Институт общей физики и другие), научных центров и лабораторий университетов (МГУ, ТГУ, МГТУ им. Баумана, МФТИ и другие).

 

 

Совместные прикладные работы выполняются с участием широкого спектра организаций. К таковым относятся большинство академий и научно- исследовательских организаций Министерства обороны, конструкторские бюро и научно-исследовательские институты оборонно-промышленного комплекса, крупнейшие предприятия и корпорации оборонно-промышленного и военно-технологического спектров экономики — Государственная корпорация «Ростех», Концерн ПВО «Алмаз-Антей», корпорация «Тактическое ракетное вооружение», «Уралвагонзавод» и другие.

 

В настоящее время является актуальной и реализуемой задача разработки, в интересах информационного обеспечения этапов жизненного цикла создания классов сложных наукоемких изделий, ряда инновационных информационных технологий. В качестве таковых могут быть рассмотрены технологии:

 

 

• формирования искусственно воспроизводимой (виртуальной) среды (обстановки) применения создаваемого изделия;

• обоснования концепций построения семейства перспективных сложных наукоемких изделий (систем);

• обоснования технических требований к характеристикам перспективных образцов сложных наукоемких изделий (систем);

• обоснования сбалансированного структурно-функционального облика конфигурации сложного изделия (системы);

• проведения оценочных испытаний сложных наукоемких изделий (систем) для различных условий их применения;

• технико-экономической оценки создания и применения сложного наукоемкого изделия (системы);

• подготовки персонала по эксплуатации сложных наукоемких изделий (систем) с использованием соответствующих компьютерных тренажеров и другие технологии.

 

В основу рассмотренных инновационных технологий может быть положен разработанный в 3 ЦНИИ Минобороны России Расчетно-моделирующий комплекс (далее — РМК) при участии структурных подразделений Российской академии ракетных и артиллерийских наук и Российской инженерной академии, а также ряда научных и инженерных организаций промышленности. Применение РМК обеспечивает возможность существенного сокращения сроков создания и затрат на разработку и экспериментальную отработку создаваемых сложных наукоемких изделий.

 

 

Создание и использование РМК в практике исследований института является интеллектуально сложным и трудоемким процессом. Соответствующая научная деятельность сосредоточена в рамках сложившейся в институте научной школы по моделированию сложных систем, возглавляемой доктором технических наук профессором И.С. Тереховым. Большие усилия по использованию РМК и дальнейшему его развитию прилагают сотрудники института А.М. Катенев, В.Н. Дорохов, А.Е. Гвоздев, А.Н. Хоцын, В.А. Данилюк, С.И. Самойлов, О.В. Деркаченко, С.И. Стрельников и другие. Современное состояние РМК, его оснащение современным оборудованием и распространение в практике исследований в значительной степени обусловлено научно-организационной поддержкой командования института, а также деятельностью И.В. Зубарева, О.А. Морозова, И.В. Жидкова, Д.В. Рижского, Н.Н. Фролова, А.И. Андреева, К.Н. Сидоркова и других.

 

 


По результатам экспертизы специального математического обеспечения РМК и проведенных системных оценок руководством Генерального штаба Вооруженных сил Российской Федерации РМК рекомендован для обеспечения создания сложных наукоемких изделий (систем) военного и двойного назначения. Аналогичное заключение в отношении РМК сделано и Советом Военно-промышленной комиссии при Правительстве РФ (от 23 августа 2013 года) с рекомендациями наращивания его возможностей. При этом основные решения, реализованные в РМК, одобрены в 2007 году Межведомственной комиссией при Министерстве обороны РФ по присуждению Государственной премии Российской Федерации имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова. Лауреатами премии стали разработчики РМК — сотрудники института И.С. Терехов, В.И. Байдак, В.А. Ищук, А.М. Катенев и Ю.Л. Кудрявцев.

 

 

Анализ развития экономики ведущих государств мира позволяет сделать однозначный вывод, что наиболее затратные риски находятся в большинстве случаев не в области разработки новейших технологий, а в области компьютерных технологий принятия решений по формированию структурно-функционального облика сложных наукоемких изделий (систем) и их эксплуатации. Достаточно эффективное сложное наукоемкое изделие (систему) можно создать и на основе традиционных средств, равно как и неэффективное изделие — на основе новейших перспективных элементов, в которых воплощены последние достижения науки и техники.Вместе с тем основные проблемы обеспечения эффективного использования моделирования и имитации в интересах создания и применения сложных наукоемких изделий (систем) обусловлены:

 

 

• отсутствием нормативных документов, регламентирующих применение компьютерных технологий поддержки этапов полного жизненного цикла создания и применения сложных изделий;

• устареванием технологической (инструментальной) базы разработанных и эксплуатируемых моделей и моделирующих комплексов, обусловливающим необходимость их модернизации, в том числе в рамках соответствующих НИОКР;

• слабой степенью сопряжения моделей методического обеспечения исследований смежных организаций оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации и недостаточной согласованностью соответствующих баз исходных данных моделей и методик;

• отсутствием специальной инфраструктуры для объединения всех участников разработки перспективных изделий в единый распределенный организационно-технический комплекс с единым информационным ресурсом, обеспечивающей оперативный доступ к необходимой информации для выполнения программ создания сложных наукоемких изделий.

 

 

Решение перечисленных задач в конечном счете должно обеспечить построение (модернизацию) и эффективное применение систем моделирования и имитации в интересах реализации технологии системного проектирования при создании перспективных сложных наукоемких изделий (систем), снижении существующих при этом экономических и технических рисков.

 

(Межотраслевой альманах ДСР №43/2013г.)


 

Другие новости по теме:


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.


АКТУАЛЬНО

ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУКИ

» Большой выбор комплектующих для ПК

Календарь событий:

«    Август 2019    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Архив новостей:

Август 2019 (1)
Июль 2019 (1)
Май 2019 (4)
Апрель 2019 (2)
Март 2019 (2)
Февраль 2019 (5)