Разработка методики оценки электрооборудования артиллерийских комплексов по обобщенному показателю

Разработка методики оценки электрооборудования артиллерийских комплексов по обобщенному показателю

Содержание

Реферат

Введение

. Анализ структуры и эксплуатации электрооборудования САО

.1 Анализ структуры электрооборудования САО

.2 Анализ эксплуатации САО

. Разработка обобщенного показателя эффективности для оценки электрооборудования самоходных артиллерийских орудий

.1 Анализ возможности выбора показателя эффективности для оценки электрооборудования САО

.2 Обобщенный показатель эффективности для оценки электрооборудования САО

. Разработка методики оценки электрооборудования артиллерийских комплексов по обобщенному показателю

.1 Алгоритм выбора базы сравнения при оценке СЭС по обобщенному показателю эффективности

3.2 Алгоритм операций определения коэффициентов весомости параметров элементов СЭС

3.3 Алгоритм выбора существенных параметров для оценки СЭС по обобщенному показателю эффективности

Заключение

Список используемой литературы

Список сокращений

Приложения

Введение

Современное состояние развития артиллерии характеризуется ограниченным финансированием разработок и испытаний новых артиллерийских комплексов. В этих условиях для повышения боевой возможности (эффективности) артиллерийских комплексов требуется основные усилия сосредоточить на их модернизации с целью улучшения тактико-технических характеристик. Кроме того, необходимо иметь в виду, что при разработке перспективных артиллерийских комплексов одним из главных требований, предъявляемых к нему становится обеспечение высокой автоматизации операций при подготовке к стрельбе и при ведении стрельбы. Исследования показывают, что учёт возможности автоматизации при создании образца (выбор принципиальной схемы, предполагающей возможность дальнейшего совершенствования) позволит в большей степени рационально использовать средства на автоматизацию артиллерийских комплексов. Для автоматизации любого комплекса в первую очередь необходимо структурировать систему электроснабжения, которая должна отвечать, всем требованиям. Поэтому очевидно, что вопрос оценки элементов системы электроснабжения артиллерийских комплексов на этапе проектирования имеет большую государственную значимость.

Следует отметить, что в зарубежных странах, прежде всего в США, одним из приоритетных направлений военно-технической политики является проведение глубокой автоматизации артиллерийских комплексов, как на этапе разработки, так и в ходе серийного производства, за счёт широкого применения технологий, разработанных в гражданской сфере производства.

Сложность современного оружия, в том числе артиллерийского, сочетается с проблемой ограничения времени на его проектирование и создание.

Действительно, при увеличении сроков проектирования новизна и значимость решений в проекте теряются. Известны случаи когда, еще не будучи осуществленным, проект может морально устареть и потерять смысл. Поэтому быстротечность или, иными словами, динамика процесса проектирования, становится одной из главных его задач и выступает наравне с задачей выбора критерия оптимизации систем.

В состав артиллерийского комплекса входят: САО, ПТРК и РСЗО. Рассмотрению в данной работе подлежит электрооборудование САО, как изделие, имеющее наиболее сложную структуру.

В данной работе рассмотрен анализ элементов, структуры и эксплуатации ЭО САО, рассмотрен процесс получения обобщенного показателя эффективности, разработана методика оценки элементов ЭО, разработан алгоритм анализа составных элементов ЭО САО и определена обобщенная таблица исходных данных, которая позволяет по исходным данным элемента ЭО определить его технический показатель.

1. Анализ структуры и эксплуатации электрооборудование САО

.1 Анализ структуры электрооборудование САО

Под электрооборудованием САО понимается комплекс устройств, которые обеспечивают управление и работу механизмов, освещение и связь, световую и звуковую сигнализацию, электроблокировки.

Электрооборудование САО подразделяется условно на следующие группы:

·   источники электрической энергии;

·   потребители электрической энергии.

В основном структура электрооборудования САО одинакова и зависит в основном от автоматизации процессов подготовки и ведения стрельбы.

Структурная схема электрооборудования САО 2С19, 2С3М представлены на рисунках 1 и 2.

Источники электрической энергии САО предназначены для питания потребителей электрической энергии: электрических двигателей, реле и контакторов, приборов освещения и сигнализации и т.д.

В состав источников электрической энергии САО 2С19 входят:

аккумуляторные батареи 12СТ85;

стартер-генератор СГ-10-1С;

агрегат питания АП-18Д.

Аккумуляторные батареи 12СТ-85Р - 4шт;

Аккумуляторные батареи предназначены для:

запуска двигателя базовой машины с помощью стартера;

для питания потребителей электрической энергии, когда двигатель базовой машины не работает;

для питания потребителей электрической энергии, когда мощность их превышает мощность, отдаваемую генератором.

Стартер-генератор СТ-10-1С предназначен для питания потребителей электрической энергии, а также зарядки аккумуляторных батарей при работающем двигателе базовой машины и является основным источником электрической энергии. Как правило, в электрооборудовании САО применяются генераторы постоянного тока с параллельно включенной обмоткой возбуждения (самовозбуждение). Совместно с генератором работает реле-регулятор, который предназначен:

для автоматического включения генератора на зарядку АКБ, когда U_Г>U_АКБ, и автоматического отключения генератора от бортовой сети базовой машины, когда U_Г<U_АКБ;

для автоматического поддержания постоянства напряжения генератора независимо от частоты вращения якоря генератора.

Якорь генератора приводится во вращение от коленчатого вала двигателя базовой машины.

Агрегат питания АП-18Д предназначен для питания потребителей электрической энергией и является основным источником. Основные технические данные:

Мощность - 14-16 кВт;

Напряжение - 27,5+1,0 В.

Расход топлива: не более 30 кг/ч ;

Применяемое топливо: дизельное, керосин;

Время непрерывной работы: не более 8 ч;

Масса: не более 200 кг.

В состав источников электрической энергии САО 2С3М входят:

аккумуляторные батареи 6СТ-140;

генератор Г-6,5 С с реле регулятором.

Генератор предназначен для питания потребителей электрической энергии, а также зарядки аккумуляторных батарей при работающем двигателе базовой машины и является основным источником электрической энергии. Как правило, в электрооборудовании САО применяются генераторы постоянного тока с параллельно включенной обмоткой возбуждения (самовозбуждения).

Генератор Г-6,5С - шунтовый генератор постоянного тока защищенного исполнения с самовозбуждением и собственной вентиляцией.

Номинальная мощность 6,5 кВт.

Номинальное напряжение 28,5 В.

Анализ элементов электрооборудования артиллерийских комплексов представлен в таблицах №1, 2 и в приложении А таблица А1, где приведены основные параметры и тактико-технические характеристики.

Таблица 1.1 - Параметры генераторов, используемые в образцах вооружения

Таблица 1.2 - Характеристики двигателей постоянного тока, применяемые в САО

.2 Анализ эксплуатации САО

Эксплуатация САО - технически правильное использование и обслуживание САО, организуемое в частях в соответствии с планом боевой подготовки, годовыми нормами эксплуатации и межремонтными сроками.

Технически правильная эксплуатация предусматривает использование по прямому назначению с соблюдением установленных технических норм и правил, обеспечивающих нормальную работу в любых условиях.

Артиллерия обеспечивает выполнение самых разнообразных боевых задач, в том числе:

уничтожение тактических средств ядерного и химического нападения противника, элементов систем его высокоточного оружия, вертолётов на посадочных площадках, средств противовоздушной обороны и ПРО, пунктов управления, радиоэлектронных средств;

уничтожение и подавление (изнурение) живой силы и огневых средств противника в наступлении и в обороне, его противотанковых средств, препятствование манёврам резервов противника в глубине обороны;

борьбу с артиллерией и танками противника, другими бронированными объектами;

разрушение фортификационных сооружений противника, а также дистанционного минирования местности.

Кроме того, артиллерия может выполнять задачи светового обеспечения боевых действий войск (освещение местности, ослепление наблюдательных пунктов, электронно-оптических и огневых средств противника, постановка световых ориентиров, створов), задымления участков местности (постановка дымовых завес, задымление огневых средств противника, его командных и наблюдательных пунктов), целеуказания и доставки в расположение противника агитационного материала.

Анализ показывает, что задачи эти изменяются незначительно, поэтому есть основания предположить, что они являются достаточно стабильными. Воссоздание будущей ситуации применения САО может проводиться посредством построения сценариев их применения. Создание таких сценариев может указать на возможное изменение задач САО.

Учёт с приемлемой степенью точности разнообразия факторов, определяющих количественные исходы операций (боя) в будущем, связан с большими трудностями и необходимостью решения задач большой размерности. Поэтому на этапе модернизации целесообразно проведение укрупнённого анализа на базе типовых условных тактических задач (УТЗ) применения САО. Для этого необходимо сформировать показатели типовых задач, которые бы определялись совокупностью главных характеристик объекта модернизации, характеристик, определяющих в наибольшей степени его назначение. Характеристики в совокупности определяют способность САО к решению задач в конкретных условиях их применения. Для примера рассмотрим типовую УТЗ для САО 2С19. Содержание этапов и расчётные значения наработок изделия 2С19 при выполнении типовой УТЗ показаны в таблице 3.

Таблица 1.3 - Расчётные значения наработок САО 2С19 при выполнении типовой УТЗ

Вероятность выполнения боевого задания P_з определяется как произведение вероятностей выполнения каждого этапа типовой УТЗ:

 (1)

где: - вероятность безотказной работы i-ой составной части (системы) САО, участвующей в выполнении j-го этапа типовой УТЗ (в нашем примере ; ).

Вероятность выполнения j-го этапа типовой УТЗ определяется по формуле:

Р_ij= exp[(- w_ij ´ s_j) ´ exp (- T_дi / Т_вi )] (2)

где: w_ij - параметр потока отказов i-ой составной части, участвующей в выполнении j-го этапа типовой УТЗ;

s_j - наработка изделия или его составной части на j-том этапе УТЗ, когда время на восстановление ограничено;

T_дi - допустимое время восстановления отказа i-ой составной части САО;

Т_вi - среднее время восстановления отказа i-ой составной части самоходного артиллерийского орудия.

В результате неоднократного выполнения УТЗ установлено допустимое время восстановления изделия - 2 часа. При этом среднее время восстановления изделия 2С19 принимается на уровне изделия 2С3М - 2,65 часа. Безотказность узлов, заимствованных с изделий 172 и 219 (серийных танков Т-72А, Т-80Б) оценена за наработку не менее 5000 километров. Характеристики безотказности узлов и систем изделия 2С19 приведены в таблице 4.

Таблица 1.4 - Характеристика безотказности узлов и систем изделия 2С19

Таблица 1.5 - Расчёт вероятности безотказной работы УФГ для этапов УТЗ

Промежуточные данные и результаты расчёта вероятности безотказной работы условных функциональных групп (УФГ) изделия для отдельных этапов выполнения УТЗ приведены в таблице 5.

В нашем примере вероятность выполнения боевого задания (всех этапов типовой УТЗ) P_з = 0,713. Анализируя результаты примера, можно сделать вывод, что при выполнении УТЗ вероятность безотказной работы изделия 2С19 в пределах гарантийного срока эксплуатации составляет 0,713. Надёжность изделия 2С19 ограничивается недостаточной надёжностью ходовой части и агрегата питания АП-18Д. Среднее время восстановления изделия целесообразно уточнить по результатам проведения испытаний.

Самоходные гаубицы 2С19 планируется организационно объединить в огневые батарейные артиллерийские комплексы (ОБАК) «Капустник-С» (САК 1В127) [18], в состав которых будет входить: машина командира батареи 1В158, на базе МТ-ЛБу (сейчас в САК 1В12М входит машина КБ 1В14); машина старшего офицера батареи 1В159, на базе МТ-ЛБу (сейчас в САК 1В12М входит машина СОБ 1В13) и до восьми единиц орудий 2С19. ОБАК будет являться базовым звеном для формирования любых артиллерийских подразделений.

Для рассмотрения значимости СЭС выделим функции выполнение которых в настоящее время производится с привлечением расчёта и какие функции уже автоматизированы (механизированы). Подготовка орудия к стрельбе включает: приведение орудия в боевое положение, придание орудию основного направления, построение параллельного веера, определение наименьших прицелов, определение углов между основной и запасной точками наводки, осмотр материальной части и боеприпасов, выверку прицельных приспособлений, оборудование огневой позиции и т.д. В буксируемой артиллерии наведение осуществляется с использованием прицела для стрельбы с закрытой огневой позиции или прямой наводки и механизмов подъёмного и поворотного. В самоходной артиллерии 2-го поколения процесс наведения механизирован за счёт применения электроприводов вертикального и горизонтального наведения. Прицелы конструктивно объединены в одном корпусе. Характерной особенностью САО 3-го поколения является не только механизация, но и автоматизация в них процессов заряжания и наведения (система управления наведением обеспечивает автоматизированную вертикальную и механизированную горизонтальную наводку при стрельбе с закрытой ОП, автоматизированная подача боекомплекта увеличивает скорострельность). В будущем количество операций выполняемых расчётом уменьшиться, это повлечёт улучшение характеристик орудия в целом.

При ведении боевых действий на Северном Кавказе применялись различные САО. Использование самоходных гаубиц позволило выполнить все поставленные задачи. Из каждого орудия (анализ проводился на 18-ти 152 мм СГ 2С19, из которых на боевом дежурстве постоянно находились 12 гаубиц, а 6 орудий проходили плановые технические обслуживания и ремонт) было произведено от 300 до 1200 выстрелов. Всего произведено из орудий 8000 выстрелов. Стрельба велась снарядами ОФ-45 в основном на полном и уменьшенном переменном (втором) зарядах, в латунных гильзах, как с канавками, так и гладких без пере комплектации зарядов при выполнении определённых боевых задач. Пять выстрелов было произведено на пятом заряде. Около 300 выстрелов произведено на дальнобойном заряде в пластмассовой гильзе. Режим стрельбы задавался в зависимости от поставленных боевых задач, при этом были режимы с максимальной скорострельностью до 10 выстрелов в минуту, с использованием всего боекомплекта из механизированной боеукладки.

Все самоходные гаубицы были сформированы в три батареи. За анализируемый период боевых действий СГ 2С19 показали свои мощные огневые качества по сравнению с аналогами и прицепными орудиями, обеспечив:

высокий темп стрельбы (8-10 выстрелов в минуту). При ведении стрельбы с максимальной скорострельностью повышенной загазованности на местах экипажа в боевом отделении не наблюдалось;

высокую точность поражения целей. При стрельбе по точечным целям, по сообщению корректировщиков отмечалась хорошая кучность и точность стрельбы;

ведение огневых налётов в ночное время и сложных погодных условиях;

минимальное время процесса загрузки боеукладок. Автоматизированная подача боекомплекта в боевое отделение позволяет за минимальное время пополнить недостаток в любых метеоусловиях, с минимальными физическими затратами личного состава;

автоматическое восстановление наводки после выстрела. Сбиваемость прицела по азимуту при стрельбе на одних и тех же углах практически отсутствует. Корректировка по углу возвышения производится автоматически;

высокую степень готовности к стрельбе. Автоматизированная система ввода данных позволяет за минимальное время производить перенос огня. Автоматизированная система заряжания позволяет вести стрельбу сокращённым расчётом.

Однако, в процессе боевых стрельб имели место отдельные отказы и неисправности, которые устранялись силами развёрнутой ремонтной мастерской ПМ-2-70 с использованием одиночного и группового ЗИП, специалистами предприятий и расчётами САО. Из-за нарушения мер безопасности и невыполнения требований инструкций по эксплуатации произошло несколько подрывов СГ 2С19 с гибелью личного состава.

По результатам проработки отказов и неисправностей было принято к рассмотрению 99 замечаний (смотри приложение А), по 45 принято решение мероприятий не проводить, т.к. дефекты не подтвердились или носят эксплуатационный характер. По остальным мероприятиям была признана необходимость проведения доработок после осуществления финансирования их ГРАУ.

В связи с недостаточным финансированием многие из этих мероприятий до сих пор не выполнены. В настоящее время проводятся работы по внедрению следующих мероприятий:

доработка управления механизмами заряжания 6ЭЦ19 по защите от несанкционированных действий расчёта и исключению возможности срезания цепи досылателя конвейера (реализуется системой 6ЭЦ19);

исключение перебивания жгута механизма подачи снарядов;

устранение автоколебаний и повышение эксплуатационной надёжности работы согласователя (введение цилиндра гидроторможения с регулируемым дросселем, изменение соединения согласователя с цапфой, замена поршневого гидробуфера на гидробуфер с резиновой диафрагмой, введение гидромеханического стопора взамен гидрозамка ГА-88);

предупреждение выхода из строя блока БЗР-2 агрегата питания АП-18Д (установка диода Д161-250Х-6УХЛ в шасси изделия для повышения стойкости к току обратной полярности);

исключение попадания топлива на блок БУ-19 при заправке бака агрегата питания.

С целью повышения эффективности использования боевых возможностей СГ 2С19 необходимо проработать следующие вопросы:

а) установка более производительного обогревателя боевого отделения;

б) возможность применения общепринятых ГСМ в бронетехнике;

в) включить в комплект одиночного ЗИП приспособления для крепления гаубицы на железнодорожной платформе в ходе транспортировки;

г) увеличение времени между номерными видами технического обслуживания, сокращение объёма его работ;

д) ввиду относительной сложности СГ 2С19 в связи с оснащением электронными средствами наведения и управления заряжанием, назначать командиров орудий из числа прапорщиков или сержантов (солдат), проходящих военную службу по контракту и прошедших соответствующую подготовку.

Планируется выпуск модернизированных СГ 2С19 с автоматизированной системой управления наведением и огнём (АСУНО), обеспечивающей автономность гаубицы. Разрабатывается гаубица калибром 155 мм.

Таким образом, проведённый анализ условий, задач боевого применения САО в бою и выполняемых им в ходе этого функций, даёт представление о характеристиках (количественных и качественных), которыми должна обладать данная система как объект модернизации. О необходимости модернизации САО говорят отказы и неисправности, которые имеют место в ходе боевой подготовки и выполнения боевых задач на Северном Кавказе.

Выводы:

. Анализ условий боевого применения САО и неисправностей, возникающих в процессе эксплуатации показывает, что основные неисправности связаны с ходовой частью и системой электроснабжения, поэтому рекомендуется провести оценку системы электроснабжения еще на этапе проектирования.

. С выпуском модернизированных СГ 2С19 с автоматизированной системой управления наведением и огнём (АСУНО), обеспечивающей автономность гаубицы возрастает роль СЭС при выполнении задач, поэтому необходимо провести синтез системы электроснабжения с целью улучшения технических характеристик.

2. Разработка обобщенного показателя эффективности для оценки электрооборудования артиллерийских комплексов

.1 Анализ возможности выбора показателя эффективности для оценки электрооборудования САО

Известно, что любое самоходное орудие представляет собой сложную техническую систему, составными компонентами которой является система электроснабжения, потребители электрической энергии, гидравлическая система, система связи и т.п. Структурно электрооборудование САО состоит из системы электроснабжения и потребителей электрической энергии. Поэтому при создании новых, полностью автономных САО, обладающих высокой маневренностью, своевременностью подготовки в любых условиях применения, возникает необходимость повышения требований к названным составным частям, и, в том числе, к СЭС.

СЭС САО предназначена для бесперебойного снабжения всех потребителей электроэнергией с заданными техническими характеристиками. Она совместно с другими системами обеспечивает приведение в действие оборудования, с помощью которого осуществляется управление подготовкой и ведением стрельбы. Следовательно, гидравлическая, пневматическая и другие системы являются, в известной степени, альтернативными вариантами обеспечения различных потребителей энергией, что необходимо учитывать при решении задачи оценки и выбора варианта СЭС.

Значительное разнообразие типов электроэнергетического оборудования открывает широкие возможности направленного поиска лучшего варианта структуры СЭС САО с учетом состава электрооборудования, потребляемой мощности, условий работы и качества электрической энергии.

В простых случаях, когда число конкурирующих вариантов СЭС и число показателей, характеризующих каждый вариант невелико, решение на выбор СЭС может приниматься на основе пассивного эксперимента. В сложных ситуациях, когда число конкурирующих вариантов или их показателей велико, принятие решения на основе только опыта затруднено, а порой и невозможно. Поэтому в основу направленного поиска оптимального варианта СЭС должен быть положен соответствующий критерий, достаточно полно отражающий меру преимущества одного варианта перед другим.

Анализ критериев, приведенных в различных источниках показал, что в большинстве случаев наиболее удобным является способ оценки СЭС по обобщенному показателю эффективности (ОПЭ) представляющему собой линейную функцию от частных технико-экономических показателей качества (массы, габаритов, стоимости, безотказности и др.). По такому обобщенному показателю, при знании численных значений коэффициентов весомости частных показателей, сравнительно просто оценить конкурирующие варианты СЭС и выбрать практически оптимальный вариант СЭС. Под практически оптимальным вариантом понимается СЭС, которая имеет наивысший обобщенный показатель эффективности среди рассматриваемых, даже если ни по одному из частных показателей не достигнуто экстремального значения.

Известны работы, где предполагается оценивать систему и принимать решение на ее внедрение по численному значение показателя эффективности

Е=R∙C^-1 ,

где Е - показатель эффективности;

R - коэффициент от внедрения системы;

С - затраты на разработку, внедрение и эксплуатацию системы.

Теоретически показатель (1.4) учитывает все затраты и выгоды. Однако, что касается СЭС то многие параметры ее элементов (например, время подготовки, запуска и свертывания СЭС, перегрузка источников электрической энергии, емкость аккумуляторных батарей) не могут быть непосредственно измерены и представлены в денежном выражении. Здесь будет целесообразным использовать критерий, который помимо затрат учитывает измеримые технические показатели СЭС

Е=φ(Х₁, Х₂, Х₃,…Х_m C), ■

где Х_i, - измеримые технические показатели, называемые частными показателями или функции средств.

Затраты на создание новой СЭС можно рассматривать как один из частных показателей. Поэтому формулу (3) можно записать в общем виде

Е=φ(Х_i), H

где m - общее количество учитываемых показателей, включая затраты.

В свою очередь все частные показатели СЭС зависят от конструктивных параметров, которые изменяются в процессе проектирования СЭС

Х₁=f(Р₁), Х₂=f(Р₂), Х₃=f(Р₃),…, Х_i=f(Р_i), 

где P_i - конструктивные параметры СЭС и ее элементов.

Если функции φ и f известны, т.е. выражены аналитически, то показатель Е определяется просто, так как параметры P_i известны для каждого варианта СЭС. Именно эти параметры являются управляющими при оптимизации СЭС в процессе ее проектирования.

В различных работах количественная оценка систем, в том числе и СЭС, осуществляется по одному наиболее важному частному показателю (например, по массе), а на остальные накладываются ограничения, чтобы они не выходили за определенные пределы

Е=φ(Х_G, Х_i); Х_Hi,≤Х_i ≤ Х_Bi,

где Х_G - частный показатель массы системы;

Х_Hi , Х_Bi - нижний и верхний пределы i -го частного показателя.

Известно, что в зависимости от вида частного показателя верхний или нижний пределы могут быть не ограничены.

Однако оценка системы только по данному частному показателю при ограничении остальных частных показателей имеет тот недостаток, что решение задачи оптимизации или выбора оптимального варианта системы будет неоднозначным. Можно получить множество вариантов СЭС с близким или одинаковым основным частным показателем качества при существенно различающихся других частных показателях, удовлетворяющих ограничениям. В этом случае нет уверенности, какой из вариантов СЭС ближе к оптимальному. Такое положение дел заставляет искать другие, более объективные методы оценки совершенства СЭС на различных стадиях ее разработки. В некоторых работах показано, что оценка и сравнение многих объектов вооружения производится только по отдельным показателям, без подробного обоснования необходимости и достаточности выбранных показателей. Поэтому для выбора оптимального варианта в работах [5] предложено заменить функцию (5) обобщенной функцией, включающей все основные показатели, характеризующие систему при наличии ограничений на отдельные из них

Е=В₁Х₁+В₂Х₂+В₃Х₃+…+В_mХ_m,

где В_i, - коэффициенты весомости частных показателей.

Линейная форма критерия сложной системы меняется более простой, учитывающей все основные показатели системы.

Очевидно, что функция, определенная согласно (6), может иметь экстремум, соответствующий оптимальной СЭС, но может не иметь его, если показатели Х_i ограничены техническими требованиями. В этом случае практически оптимальное значение Е максимальное (или минимальное) в зависимости от выбора показателей Х_i, достигается на границе допустимых значений показателей.

На практике оптимальный обобщенный показатель эффективности СЭС трудно достигнуть по техническим условиям, так как многие частные показатели СЭС могут быть только дискретными. Например, безотказность функционирования СЭС при замене одних элементов другими изменяется скачкообразно. Поэтому для обеспечения непрерывного изменения потребовалось бы иметь бесконечное множество элементов, пригодных для использования в данной СЭС.

Анализ элементной базы СЭС САО показывает, что можно иметь большое но ограниченное количество элементов (вариантов СЭС) с дискретными значениями всех частных показателей. Следовательно, и обобщенный показатель эффективности, характеризующий СЭС, в целом будет иметь дискретные значения. Причем среди них также может не оказаться варианта, для которого значение Е, определенное согласно (6), является оптимальным. Однако по значению показателя Е можно выбрать СЭС, лучшую из всех конкурирующих вариантов. Такая СЭС будет практически оптимальной, так как при данном развитии науки и техники практически не может быть лучшей системы, имеющей больший показатель Е при наличии наложенных ограничений.

Известно также, что технический уровень СЭС необходимо оценивать, прежде всего, на стадии проектирования ее новых узлов с той целью, чтобы в последующем включать в техническое задание "опережающие" показатели. Этим и обосновывается высокий технический уровень перспективной СЭС САО. Следовательно, практическая сущность обобщенного показателя эффективности СЭС будет выражаться процессом материального воплощения идей и требований технического задания и измеряться степенью соответствия новых образцов этим требованиям. Сравнительный анализ отечественного электроэнергетического оборудования, в том числе и СЭС САО, позволил установить, что изменение параметров и технического уровня элементов СЭС одного и того же назначения и выпускаемых различными предприятиями происходит ступенями.

Например, из статистических данных, приведенных в таблице 6, и графиков (рисунок 4), построенных по данным таблице 6 видно, что каждому моменту времени (1996-2004г.г.) соответствует новый параметр и более высокий технический уровень развития элементов СЭС, выпускаемых различными предприятиями. Причем кривая развития технического уровня огибающая ступени, приближается к экспоненциальной зависимости и характерна для всей элементной базы СЭС. Это видно даже из общих наблюдаемых тенденций в развитии отдельных параметров, характеризующих элементную базу СЭС (ресурс, безотказность, расход топлива, масса, объем и др.). Например, генераторы, выпускаемые заводами в течение 10 лет, претерпевали десятки усовершенствований. Причем, такие параметры как ресурс, масса, габариты, при постоянстве мощности двигателя уменьшались, что способствовало росту численного значения обобщенного показателя, являющегося функцией средств Х(Р_i) затрачиваемых на его достижение Е=f[Х(Р_i)] , где под средствами понимается совокупность параметров (стоимость, масса, объем и др.).

Таблица 2.1 - Изменение параметров и технического уровня генераторов постоянного тока мощностью 6-12 Квт

Отсюда можно заключить, что имеется верхний предел Е_пр, превышение которого невозможно. Если бы такого предела не было, то можно было бы повышать показатель до любого уровня. Следовательно, Е_пр > Е.

До увеличения Е требуется улучшение многих параметров СЭС. Это связано с большими затратами (не обязательно стоимостными) и чем ближе ОПЭ к высшему (предельному) уровню, тем меньше его прирост (см.рисунок 1.2).

Математически данный прирост можно выразить в виде уравнения

dE =(Е_пр- Е) dx . (7)

После интегрирования выражения (7) получим

ln(E- E_пр) - lnC= -Х; (8)

Е=E_пр + С ^. ехр (- Х ),

где С - постоянная интегрирования.

При начальных условиях Х(0), Е=0, С= Е_пр получим

Е=Е_пр[1-exp(-Х)] . (9)

Принимая во внимание, что предельное значение ОПЭ равно единице и учитывая, что Х представляет собой функцию, связанную определенной зависимостью с параметрами, уравнение (9) можно переписать в следующем виде

Е=1-ехр [-x(p_i)] (10)

В уравнении (10) показатель степени Х(p_i) зависит от вкладываемых в СЭC средств (стоимости, массы, объема и др.) и ограничений технико-экономического характера. Определить в данном случае математически зависимость показателей СЭС от вложенных в нее средств и записать в виде уравнений все необходимые ограничения практически невозможно. Трудно также обосновать и однозначный выбор критерия оптимизации, особенно, если СЭС состоит из элементов разной номенклатуры. А это значит, что классический подход к постановке задачи оптимизации здесь не приведет к заметному успеху, так как для его применения нет необходимой информации.

  1995      1997        1999-2001          2002             2004

Годовая продолжительность

Рисунок 2.1 - Изменение ресурса генераторов постоянного тока

Если связь между показателями и параметрами невозможно математически точно записать в виде уравнения и если изменение параметров, вкладываемых в систему, связано общим процессом осуществления определенной программы (например, повышение эффективности применения СЭС), то функцию Х(р_i) целесообразно представить в виде средней взвешенной величины.

Известно, что в существующих методиках для определения численного значения функции Х(р_i) в основном используется четырнадцать видов средних взвешенных величин, среди которых предпочтение отдается арифметической

 (11)

геометрической

 (12)

гармонической

 (13)

где р_i - усредненный i -й параметр, характеризующий частный показатель элемента или СЭС в целом.

Наиболее простой по применению является средневзвешенная арифметическая величина, в которой результат вычисления в равной степени зависит от всех усредняемых параметров. Поэтому необходимо указать на ограничения, при которых ее применение может дать удовлетворительные результаты.

I. Значения коэффициентов весомости единичных показателей должны определяться из соотношения

где a - постоянное число,

В большинстве случаев a=1.

2. Значения единичных показателей оцениваемых элементов и СЭС должны не значительно отличаться от значений своих базовых показателей.

Геометрическая средняя взвешенная величина обладает свойством обращать в нуль произведение р_i, i=, если один из параметров равен нулю.

По существу, простота вычисления средней арифметической и способность средней геометрической превращать в нуль показатель Х (если один из параметров равен нулю) - единственные аргументы в пользу их применения.

Средняя взвешенная гармоническая функции занимает некоторое промежуточное положение между средней арифметической и средней геометрической. Она, как и средняя геометрическая, учитывает разброс параметров вокруг среднего значения, чувствительна к различиям оценок параметров и сравнительно проста в вычислении. Кроме того, средневзвешенная величина не преувеличивает и не преуменьшает достоинств (или недостатков) оцениваемых изделий, а также удовлетворяет такому свойству как транзитивность предпочтения. Например, если P_(i+1), предпочтительнее P_i, P _(i+1) < P_i, то P _(i-1) <P_i < P _(i+1). Изменение какого-либо частного параметра p_i, i= всех сравниваемых изделий на одну и ту же величину не изменит порядка предпочтения. Порядок предпочтения не зависит от обозначения изделия (номера), и при добавлении или исключения каких-либо рассматриваемых изделий упорядочение других не меняется. В работах [79-81] показано, что средневзвешенная гармоническая величина исключает наличие субъективных ошибок при выборе перспективных базовых параметров.

Однако средневзвешенная гармоническая величина выражаемая через абсолютные параметры р_i, не дает еще возможности оценить элемент или СЭС в целом, определить их технический уровень. Поэтому рекомендуется при использовании (11) необходимо брать не абсолютные параметры р_i, а их относительную оценку.

Относительная оценка S представляет собой отношение двух абсолютных параметров - измеряемого р_i и принятого за базовый p_i(баз)

 (14)

Анализ структурных схем СЭС САО показывает, что многие абсолютные параметры имеют противоположное по отношению друг к другу действие. Так, например, уменьшение времени подготовки к запуску источников питания, массы, габаритов системы характеризует улучшение эксплуатационного свойства. В то же время, уменьшение таких параметров, как ресурс, емкость аккумуляторных батарей, КПД снижают эксплуатационные свойства СЭС.

Для того, чтобы все параметры однонаправлено влияли начисленное значение средневзвешенной гармонической, относительную оценку необходимо выразить через сумму двух составляющих

s=z+y; (15)= f (p_i, p_{i (баз)});= f (p_i, p_{i (баз)});

где z - относительная оценка, в которой уменьшение P_i при постоянстве  способствует увеличению численного значения средневзвешенной гармонической;I

y - относительная оценка, в которой увеличение P_i при постоянстве  способствует увеличению численного значения средневзвешенной гармонической .I

Подставив выражения (13) и (14) в (11), получим формулу средневзвешенной гармонической величины, учитывающей относительную оценку элементов СЭС

(17)

Для проверки условия согласованного изменения относительных оценок в соответствии с методикой, изложенной в и табл. 1.1 (приложение1) определены усредненные значения показателя (15) для элементов СЭС по трем различным периодам времени - «прошлому», «современному» и «перспективному». Затем для каждого значения показателя (I.I5) рассчитаны величины

х_j=(х_i-х_u)×(х_1i-х₀^-1),

где х₀, х_i , х_1i - значение показателя (I.I5) для “прошлых”, "современных" и "перспективных” элементов СЭС соответственно.

Показатели, которым соответствуют сильно отклоняющиеся траектории (рис.1.1 , приложение I) целесообразно преобразовывать, используя с этой целью выпуклую функцию, что еще раз подтверждает обоснованность применения обобщенного показателя эффективности (17) как критерия оптимизации структуры СЭС комплексов, когда известны данные об изменении параметров элементов и СЭС в целом.

2.2 Обобщенного показателя эффективности для оценки электрооборудования САО

Подставляя выражение (I6) в уравнение (9) вместо показателя степени Х, получим математическую модель обобщенного показателя эффективности

 (18)

Учитывая, что каждый артиллерийский комплекс имеет свою СЭС, состоящую из нескольких каналов генерирования электрической энергии, а каждый канал состоит из определенного количества элементов (рис.1.2, приложение I), характеризуемых соответствующими параметрами, уравнение (1.16) можно записать в следующем виде

где Е_r - обобщенный показатель эффективности СЭС r -го САО;Н

P_rjil(b_rjil) - l-й параметр (коэффициент весомости), характеризующий i -й элемент j-го канала СЭС, генерирующего электрическую энергию в r-м САО.

Контрольные расчеты по уравнению (18) с использованием данных табл. 1 (приложение В) показали, что показатель Е_r не определяется значением дополнительных параметров сравниваемых СЭС, а зависит от коэффициентов весомости и выбора базовых значений параметров P_{rjil (баз)} (табл.1.2, приложение В). Кроме того, уравнение (I8) дает возможность оценить уровень совершенства конструкции СЭС, по сравнению с существующими образцами.

Например, пользуясь таблицей 7, составленной по методике, разработанной в [5], каждый элемент и СЭС в целом могут быть оценены с помощью (18) по нескольким уровням значимости. Следовательно, физический смысл обобщенного показателя эффективности (I8) заключается в том, что он показывает степень отличия параметров СЭС от их базового значения и характеризует эффективность всей структуры.

Таким образом, полученные результаты показывают, что в случае, когда изменение относительной оценки параметров элементов СЭС связано общим процессом осуществления программы выбора практически оптимального варианта СЭС, можно обоснованно применить обобщенный средний взвешенный показатель эффективности.

При этом выбранная совокупность параметров будет соответствовать условию: чем большеили , тем больше показатель (1.17), тем лучше СЭС. Выполнение этого условия позволяет считать значение показателя (1.17) монотонной функцией при заданных ограничениях.

Предложенный показатель прост в применении, связан с назначением СЭС, может учитывать конструктивные, эксплуатационные и экономические факторы.

При этом самостоятельными и важными задачами являются: выбор базы сравнения параметров, определение перечня учитываемых параметров системы и их весовых коэффициентов, выбор из полученного многообразия наиболее существенных параметров.

Выводы

. Наиболее простым и доступным в употреблении критерием является обобщенный показатель эффективности, который дает возможность оценить уровень совершенства конструкции СЭС по сравнению с существующими образцами.

. Для определения обобщенного показателя важными задачами являются: выбор базы сравнения параметров, определение перечня учитываемых параметров системы и их весовых коэффициентов, выбор из полученного многообразия наиболее существенных параметров.

3. Разработка методики оценки электрооборудования артиллерийских комплексов по обобщенному показателю

электрооборудование артиллерийский орудие

3.1 Алгоритм выбора базы сравнения при оценке СЭС по обобщенному показателю эффективности

При выборе элементов и СЭС в целом неизбежно возникает вопрос, какой элемент или какую СЭС из имеющейся совокупности взять на базу сравнения, можно ли в качестве базы выбрать любой из рассматриваемых параметров или существуют какие-то критерии для выбора.

Известно, что в числе успешно конкурирующих при оптимизации СЭС элементов, представляющих лучшие достижения технического прогресса, как правило, не оказывается абсолютных аналогов по нескольким значениям параметров.

Каждый элемент одного и того же назначения СЭС, но разных комплексов имеет преимущества по одному или нескольким единичным параметрам, наилучшим образом удовлетворяющим требованиям потребителей. Поэтому, выявление лучшего элемента СЭС по преимуществу единичных параметров, принятых в качестве основных для одной СЭС, может оказаться субъективным по отношению к другой СЭС.

Объективности оценки в наибольшей степени способствует оптимизация параметров возможно большего ряда элементов аналогов, характеризующих в ретроспективе на каждый момент лучшие отечественные и зарубежные достижения. При этом параметры элементов СЭС следует рассматривать в совокупности, которая в свою очередь, должна наилучшим образом удовлетворять основному функциональному назначению СЭС.

Очевидно, что правильный выбор базовых параметр в существенно определяет достоверность оценки технического уровня СЭС. Обычно он осуществляется в зависимости от цели оценки.

За базовые параметры элементов СЭС могут быть приняты:

. Параметры перспективных элементов, при этом совокупность базовых параметров перспективных элементов составляется с учетом прогнозируемого технического уровня.

2. Параметры конкретных элементов, выбираемых из всей совокупности лучших аналогов отечественного и зарубежного производства, представляющих технический уровень на данный период.

3. Параметры, определяемые отечественным или зарубежным стандартом.

Параметры перспективных элементов устанавливаются на основе:.

1. Анализа требований потребления.

2. Достижений науки и техники, определяющих возможность выполнения задаваемых параметров.

3. Анализа параметров экспериментальных элементов.

4. Прогноза научно-технического прогресса.

При этих условиях определяющими применение стандарта в качестве базы сравнения являются:

I. Наличие технико-экономического обоснования возможности необходимости получения заданных в стандарте значений параметров, определяющих технический уровень СЭС.

2. Представительность стандарта за рубежом (для зарубежного стандарта), т.е, наличие информации, позволяющей сделать вывод о том, что основная часть нужных элементов (с принятыми параметрами) за рубежом выпускается по принятому стандарту.

При оценке технического уровня элементов СЭС по отношению к совокупности принятых для оценки аналогов за базовые параметры элементов СЭС рекомендуется принять лучшие, характеризующие современные элементы СЭС.   В некоторых работах [5, 6, 8,], для более полного удовлетворения потребностей, за базу сравнения рекомендуется принимать прогрессивные элементы. Однако, нельзя, чтобы анализируемые параметры таких элементов обязательно включали все наивысшие технические достижения. Подобные изделия могут не иметь потребности на практике.  Кроме того, практическая реализация элементов, обладающих наивысшими значениями всех параметров, часто бывает технически неосуществима и принятие такого элемента в качестве базы вызывает стремление разработчика к достижению нереального сочетания параметров. Поэтому, гипотетический элемент СЭС базой сравнения может служить только тогда, когда он соответствует существующим или перспективным комплексам и техническим возможностям практической реализации.  Базовые параметры, а также элементы СЭС определяются, если их количество невелико, по отдельным абсолютным значениям параметров или, если их количество велико, по комплексному показателю, объединяющему в себе совокупность параметров. В этом случае совокупность базовых параметров элементов СЭС может представлять четыре основных технических уровня: высший, средний технико-экономический, оптимальный и перспективный.  Совокупность базовых параметров элементов, представляющих средний и высший уровни качества, предназначается для оценки технического уровня выпускаемых элементов для СЭС комплексов. Совокупность базовых параметров, определяющих перспективный и технико-экономический уровень, - для оценки технического уровня проектируемых СЭС комплексов.

Таким образом, при определении обобщенного показателя эффективности СЭС посредством зависимости (I.I7) выбор базовых параметров является сложной и самостоятельной задачей.

Сложность выполнения данной задачи обусловлена тем, что сопоставляемые элементы и СЭС в целом, как правило, отличается от своих аналогов по началу и продолжительности жизненного цикла, т.е, по началу и продолжительности эксплуатации в составе комплексов. Кроме того, большинство параметров оцениваемых элементов: и СЭС в целом на протяжении длительного времени изменяются незначительно, а параметры, определяющие уровень отечественных и зарубежных достижений в данном виде элементной базы, изменяются быстро, отражая при этом результат непрерывного процесса отбора оптимальных технических решений. Например, генератор электрической энергии Г-6,5 , установленный на агрегате 2С3М на протяжении более 20 лет, имеет следующие параметры: мощность - 6,5 кВт, масса - 65 кг, объем - 1,32 м³ , ресурс до 1500 ч., стабильность напряжения 28 В ± 2 В. В то же время, источники электрической энергии, подобные Г-6,5 используемые для различных целей в народном хозяйстве, на протяжении этих же лет претерпели ряд существенных изменений по названным параметрам. В настоящее время источник электрической энергии мощностью 6,5 кВт имеет следующие параметры: масса - 55 кг, объем - 0,65м³, ресурс - 2500 ч., стабильность напряжения - 28±1-2 В. Из приведенного примера видно, что соотношение относительно стабильных параметров элементов СЭС и непрерывно обновляющийся во времени показатель уровня развития техники будет являться функцией времени. А это, в свою очередь значит, что сопоставление СЭС комплексов на основе оценки их технического уровня будет достоверным только на тот момент времени, к которому относитсясуществование базы сравнения.

Следовательно, на любой момент времени оценка технического уровня не будет обладать полной достоверностью, что приведет кпоявлению ошибки, обусловленной изменением параметров, характеризующих технический уровень за время, прошедшее с момента, к которому отнесено существование базы сравнения.

Δ_ТУ =d_l·Δt, (19)

где d_l - коэффициент изменения l -го параметра, характеризующего технический уровень элемента;

Δt - временное несоответствие между моментом, на который определяется технический уровень элемента, и моментом отнесения базы сравнения к лучшим достижениям техники.

Поэтому для увеличения достоверности оценки технического уровня целесообразно по размещенной во времени совокупности единичных параметров, на каждый заданный момент определить такой обобщенный параметр, который отразил бы общую тенденцию изменения его во времени, выражающую закономерность развития, как элементов, так и СЭС ракетного комплекса в целом.

Такой подход обеспечивает возможность системного анализа технического уровня, сущность которого будет заключаться не столько в обобщении единичных параметров, сколько в том, что совокупность единичных параметров элементов СЭС будет оцениваться как экономический результат функционирования всей СЭС. Причем, оценка технического уровня будет учитывать темпы изменения параметров элементов СЭС за обозримый период времени. Например, за время эксплуатации СЭС, установленной на соответствующий комплекс. За обозримый период, как правило, можно рассматривать параметры нескольких поколений элементов, принадлежащих СЭС (предшествующего, действующего и проектируемого).

Следовательно, в соответствен с уравнением (I7) задача получения на каждый момент времени обобщенного показателя эффективности сводится к определению регрессионной функции времени

 (20)

где х₀ - обобщенное значение одного вида параметров элемента на момент времени t_j ;

P_l - значение l -го параметра элемента;

b_l - коэффициент весомости l -го параметра.

При отрезках времени, охватывающих три смены поколений элементов СЭС комплексов 2С1, 2С3 и 2С19, функция P_l (t ) для каждого вида параметра Р может быть с достаточной точностью аппроксимирована линейной зависимостью

 (21)

где P_il(баз) - значение l-го параметра элементов СЭС на заданный момент времени t_i, i=1,2,3,…, г , принимаемое в качестве базового;

 - значение l-го параметра элементов СЭС в начале координат, т.е. при t=0.

d_l - коэффициент, отражающий изменение во времени ( t_i ) l -го параметра элементов СЭС.Н

Тогда используя метод наименьших квадратов [65,66], получим

 (22)

(23)

где t_i - значение времени для каждой базы сравнения;

г- число баз сравнения, размещенные в хронологический ряд.

В качестве примера по алгоритму, приведенному в приложении В произведен расчет базовых параметров элементов СЭС. Основой для расчета по уравнениям (18)÷(22) послужила представительная выборка данных (приложение В, табл. 1) по сериям первичных двигателей, генераторов постоянного и переменного тока, регуляторов напряжения, аккумуляторных батарей и преобразователей электрической энергии, распространенных в артиллерийских комплексах, народном хозяйстве и за рубежом.

Данные расчета, представленные в табл.3 (приложение В),позволили получить наиболее вероятное значение базы сравнения на заданные моменты времени (t = 0,5, 10, 15, 20, 25, 30 лет). Полученные зависимости P_il=f(t_i) отражают закономерность изменения единичных параметров базовых элементов в ретроспективе. По полученным данным можно заключить, что на 2004 г. и последующие годы в качестве базы сравнения элементов целесообразно использовать данные табл.3 (приложение В). Следует отметить, что рассматриваемый метод сочетается с традиционными методами, определяющими базу сравнения в виде оптимальной кривой, лежащей в пределах закономерности на заданный момент времени.

3.2 Алгоритм операций определения коэффициентов весомости параметров элементов СЭС

Известно, что для решения задачи выбора вариантов структуры  системы, приходится делать ряд существенных допущений [1÷5]. Они обычно (и главным образом) сводятся к пренебрежению целым рядом ограничений. Например, к пренебрежению конструктивными и экономическими показателями, характеризующими эффективность системы. Очевидно, что такое пренебрежение не может привести к ухудшению показателя эффективности - оно может привести лишь к его улучшению. Но, с другой стороны, неучет ряда показателей может сделать СЭС непригодной для практического использования в составе комплекса (например, слишком сложной и дорогой для реализации).

Если же ввести множество ограничений на все параметры исвязи, то задача окажется достаточно сложной даже для быстродействующих ЭВМ. Кроме того, для параметров, переводимых в разряд ограничений, часто нельзя однозначно установить их допустимые значения. Уменьшение произвола может быть достигнуто путем выбора существенных параметров, с их последующим объединениемс помощью средневзвешенного гармонического показателя (12). Такой подход позволит не только определить важность (весомость) параметров, но и "отсеять” те, которые оказывают несущественное влияние на СЭС.

В теории принятия решений существует ряд методик определения коэффициентов весомости (KB) параметров элементов систем.

Основными из них являются:

стоимостный метод;

метод предельных и номинальных значений;

экспертный метод;

вероятностный метод.

В основе стоимостного метода лежит утверждение, что весомость параметров является монотонно возрастающей функцией некоторого аргумента, отражающего стоимостные затраты. Достоинством здесь является учет экономических затрат как одного из основных результатов проявления любого параметра. Существенный недостаток метода - трудоемкость, а иногда и невозможность, выражения некоторых параметров СЭС в денежных единицах. Поэтому стоимостный метод мало приемлем для определения KB показателей СЭС комплексов.

Метод определения KB по предельно допустимым и номинальным значениям параметров основан на использовании информации, содержащейся в номинальных и предельно допустимых значениях параметров СЭС. Значения параметров задаются в различных нормативно-технических документах, которые определяют требования к СЭС комплексов. За предельное значение следует принимать значение параметра из рассматриваемого ряда. Достоинством данного метода является наличие аналитических зависимостей. Недостатком метода является неоднозначность или отсутствие предельных значений для многих параметров СЭС.

Экспертный метод получил в настоящее время широкое распространение в научных исследованиях в экономике, технике, военном деле и других областях. В значительной мере этому способствовала разработка научно обоснованных способов проведения экспертного опроса и обработки результатов, что позволяет оценить объектив полученных оценок[8]. Метод позволяет эффективно использовать опыт специалистов. Однако он громоздкий и не исключает субъективизма, Анализируя процесс развития элементов и СЭС комплексов, можно наблюдать различные темпы изменения их параметров, причем изменение каждого из единичных параметров во времени всегда будет подчинено своей индивидуальной тенденции [9]. Рассматривая скорости изменения параметров определенного хронологического ряда аналогичных элементов СЭС (табл.1.1приложение 1) как показатель технического прогресса, можно заключить, что различие в темпах изменения того или иного параметра разрабатываемой СЭС выражает степень влияния каждого параметра на формирование выходных свойств СЭС. Выходные свойства в свою очередь будут определять способность СЭС на каждом этапе ее развития удовлетворять конкретным видом электрической энергии все потребители комплекса.

В некоторых работах отмечается, что в мировой практике будут совершенствоваться только важнейшие параметры. Причем, если параметр элемента или всей СЭС совершенствуется в ускоренном темпе, значит, в этом есть существенная необходимость. Приводятся примеры с таким быстроменяющимся параметром как ресурс, выдвигая его в число определяющих. Однако было бы неправильно отрицать влияние на технический уровень систем весомости других параметров, которые в совокупности могут быть более важны, чем “основной” параметр. Учитывая это, можно сделать вывод, что значение весомости (μ_il) каждого параметра (Р_il) можно определить по выражаемой коэффициентом d_l скорости его изменения во времени, отнесенной к исходному значению показателя.

μ_il = d_l Р_0l^-1 (24)

Подставив выражения (22) и (23) в уравнение (24), получим

 (25)

Далее, определив значения μ_il в долевом отношении ко всему хронологическому ряду l -х параметров элемента СЭС, можно получить значение коэффициента весомости.

 (26)

Согласно предложенной методике составлен алгоритм определения KB и программа для ЭВМ, реализованная на офисной программе «excel» приведенные в приложении 1 (рис. 1.4). Полученные результаты расчета (табл.1.4) использованы для анализа элементной базы СЭС существующих комплексов (табл.1.5) по обобщенному показателю эффективности (18). В результате анализа табл.1.5 установлено, что численное значение обобщенного показателя эффективности большинства элементов СЭС САО 2С3М, 2С3М1 находится в пределах 0,3-0,4. Согласно табл.7 такой уровень показателя соответствует морально устаревшим образцам техники. Уровень значимости элементов и СЭС агрегата 2С19 несколько выше и в основном соответствует уровню значимости современного электроэнергетического оборудования. Установлено также, что часть параметров элементов СЭС оказывают несущественное влияние на изменение численного значения показателя (18). Следовательно существуют некоторые численные значения нижней границы коэффициентов весомости и соответствующие им параметры, которые при расчетax по (18) не должны приниматься во внимание, что существенно снизит трудоемкость и громоздкость вычислений по показателю (18).

Полученные данные P_il(баз) и b_il являются достаточными для определения обобщенного показателя эффективности Е_г для любой СЭС на заданный момент времени t_i. Все расчеты, приведенные по данному алгоритму для рассматриваемых систем электроснабжения комплексов, могут быть выполнены инженерами в условиях конструкторских бюро и в сравнительно короткие сроки. Вычисление КВ на ЭВМ также нетрудно, поскольку, в настоящее время имеется достаточно современных вычислительных центров. Задача состоит в том, чтобы на основе имеющихся исходных данных по параметрам элементов отобрать наиболее существенные и далее, используя полученный базис, рассмотреть возможные варианты структур СЭС, из которых выбрать наилучший на основе принятого обобщенного показателя эффективности.

3.3 Алгоритм выбора существенных параметров для оценки СЭС по обобщенному показателю эффективности

Решение задачи выбора практически оптимального варианта СЗС требует нахождения и обоснования способа выбора наиболее важных параметров из всего многообразия, входящих в ОПЭ (18). Для этого требуется обосновать математическое выражение граничного уровня KB, ниже которого параметры будут считаться несущественными. Важность поставленной задачи обмечается в работах [1, 5, 7], где указывается, что возрастание числа принимаемых во внимание параметров даже на начальной стадии проектирования сложной системы приводит к увеличению времени ее выбора по экспоненциальному закону. Поэтому при разработке в короткие сроки новых систем, в том числе СЭС комплексов, задача рационального сокращения числа учитываемых параметров при условии обеспечения максимального уровня ОПЭ является особенно актуальной.

Анализ работ [2, 5, 9] показывает, что для реализации данной задачи перспективное применение могут иметь разработанные ранее методические рекомендации и указания. По данной модели, решение на включение каждого параметра в число существенных принимается по условию статистической значимости соответствующего коэффициента регрессии, определяемого по критерию Стьюдента. Достоинством здесь является то, что представляется возможным в количественном выражении анализировать отдельные стадии технологического процесса и повышать объективность решения задачи в целом. Однако анализ работ [5, 8, 9] показывает, что наряду со сложностью и трудоемкостью проведения расчетов, рекомендуемые методики определения номенклатуры СП обладают рядом существенных недостатков. В первую очередь следует указать на отсутствие четкого критерия оптимизации номенклатуры. Действительно, предлагаемая критическая величина значимости KB, ниже которой соответствующие параметры не включаются в номенклатуру существенных, не всегда может служить достаточным обоснованием правильности решения задачи. Эта критическая величина определяется по критерию Стьюдента при заданном уровне значимости процентах. Таким образом, выбор сводится к заданию процента ошибки, допустимое значение которой неизвестно или устанавливается в некоторой мере субъективно.

Другим недостатком существующих методик является неопределенность в них такого важного показателя как коэффициент влияния с каждого фактора на параметр оптимизации, который вычисляется через отношение коэффициента веса к интервалу варьирования соответствующего параметра. Поскольку выбор СП процесса производится на основе требований к конечному продукту или параметру оптимизации с учетом вклада каждого из отдельных параметров, то именно коэффициенты влияния должны быть в основе рассмотрения системы весомостей параметров при решении вопроса о принадлежности параметров к числу контролируемых. В большинстве же методик дается лишь указание о том, что их надо учитывать при контроле процесса.

Следует также отметить отсутствие в настоящее время квалиметрического подхода к выбору номенклатуры СП, о необходимости которого говорится в работах [8] и сущность которого заключается в иерархическом принципе рассмотрения совокупностей параметров, влияющих на систему в целом.

Известно, что СЭС может рассматриваться как иерархическая совокупность параметров, находящихся на строго определенных уровнях. При этом параметры k-го уровня обусловливаются соответствующими параметрами (k +1) -го уровня (k=0, 1,2,3,…, n), в свою очередь, весомость и оценка свойств k -го уровня всецело зависят от требований связанного с ним свойства (k -1 ) -го уровня.

Следовательно, выбор номенклатуры СП следует осуществлять, не изолируя отдельный параметр оптимизации с совокупностью факторов, относящихся к нему, а на базе предварительно проведенного комплекса исследований, направленных на выявление полной совокупности параметров СЭС и ее составных частей. Полная совокупность параметров располагается по уровням иерархии качества СЭС таким образом, что каждый параметр нулевого уровня является выходным параметром элемента (системы в целом, а каждый параметр последнего, n-го уровня - это l - й параметр, расположенный на принятом самом низком уровне (параметр простейшего элемента, комплектующего систему).

Следовательно, для формирования критерия оптимизации и повышения в результате этого точности и выбора номенклатуры СП можно применить аппарат теории информации. Поскольку в известной системе весомостей каждый KB является вероятностью включения соответствующего параметра в номенклатуру существенных, то достаточное и необходимое число φ_l параметров, ранжированное по степени убывания KB, определяется произведением полного числа анализируемых параметров на отношение энтропии рассматриваемой совокупности весомостей параметров к максимальной энтропии, характеризуемой равновероятным распределением весомостей и равной ln m, т.е.

 (27)

Однако точность выбора по данному критерию существенно зависит от значения коэффициента b_l c максимальной весомостью. Это связано с экстремальным характером произведения b_l(max)·ln b_l(max) имеющего максимум при b_l = l^-1 . Повышение точности при сохранении указанного критерия оптимизации достигается нормированием энтропийной функции. При этом число СП φ_l получается из исходного выражения (1.26) путем умножения чисел φ_l и m на число ψ_l = l b_{l (max)} и деления значения b_l на это число. Учитывая изложенное, выражение числа φ_l можно представить в виде

 (28)

Достоинством выражения (1.27) является универсальность его применения для большого разнообразия возможных на практике диаграмм KB.Сравнительный анализ выражений (27 и (28 показывает, что их применение сопровождается для каждого конкретного распределения KB погрешностями оптимизации σ_k1 и σ_k2 соответственно. Максимальное значение погрешности σ_k1(max) при любых значениях α=m·С^-1, где С - число СП (1≤ m ≤ ∞) c = cоnst, может быть получено для диаграммы КB предельного вида, характеризуемого условиями, согласно которым сумма весомостей в пределах  стремится к единице, а в пределах к нулю. Абсолютное значение максимальной погрешности определяется разностью φ_l - С, поэтому, опуская несложные преобразования, можно записать следующие формулы для расчета максимальных погрешностей, применительно к выражениям (27)и(28) соответственно

σ_k1(max)= [a ln c × (ln a ×c)^-1 -1]; (29)

σ_k2(max)= [a × (1+ln a ^-1 -1]; (30)

Анализ выражений (29) и (30) показывает, что в отличие от формулы (28), которая в различных условиях может характеризоваться как избыточной, так и недостаточной, соответственной области положительных и отрицательных значений σ_k1(max), информацией, формула (29) характеризуется только некоторой избыточной информацией, что наряду с независимостью погрешности от величины с является существенным преимуществом выражения (29) перед выражением (28) по точности реализации критерия оптимизации.

Можно показать, что выбор номенклатуры СП по формуле (27) все же требует введения некоторых корректировок по точности, вызываемых конфигурацией диаграммы весомостей, а методика выбора - соответствующих уточнений. Имеются две причины для такого утверждения. Во-первых, в том случае, когда число φ_l ограничивает параметры на участке диаграммы, характеризуемом равновесомыми параметрами, возникает очевидная неопределенность, приводящая к дополнительной методической погрешности параметров. Во-вторых, как видно из формулы (1.29), рост погрешности с увеличением значения a также требует внесения определенных корректировок в способ выбора номенклатуры параметров. Повысить корректность решения задачи можно преобразованием выражения (27) в такую форму, при которой определяется не число параметров φ_l, а соответствующий ему уровень граничной весомости b_φ при сохранении принятого критерия оптимизации. Выражение для определения уровня весомости b_φ, удовлетворяющего приведенным условиям, может быть получено заменой распределения весомостей эквивалентным линейным распределением (линейной диаграммой весомостей), для которой справедливо выражение Db_l=b_l+1-b_l. Тогда результат определения величины b_φ, согласно методике, приведенной в [88] будет следующий:

 (30)

На основании уравнения (30) и данных в табл.1.4 составлен алгоритм и программа решения задачи определения граничного уровня KB и исключения несущественных параметров (приложение 1, рис.1.13) [8]. Результаты решения приведены в табл.1.6 [8]. Анализ результатов показывает, что уровень граничной весомости параметров в зависимости от типа элементов исходного базиса лежит в пределах 0,042 до 0,075. Весовые коэффициенты параметров с числовым значением, меньшим указанных границ, во внимание не принимаются.

В результате анализа исходных данных установлено, что во всем диапазоне изменения KB с погрешностью, не превышающей 5%, выполняется соотношение b_φ = 0,2,5b_rp. Поэтому при решении инженерных задач, с целью сокращения времени их решения, вместо выражения (1.30) будет целесообразным использовать простое выражение, полученное путем подстановки b_φ и b_rp в уравнение (30) [9].

b_φ =[0,25b_max (1- b_max)](1-0,5 b_max)^-1, (31)

где b_max - максимальное значение KB в ранжированном ряде.

По данным табл. (приложение А) и в соответствии с уравнением (31) определены уровни нижних границ коэффициентов весомости для элементной базы СЭС (табл. 8) [8].

Таким образом, исходный электроэнергетический элементный базис СЭС будет характеризоваться совокупностью параметров, приведенных в табл. (приложение А) Значение коэффициентов весомости остальных параметров меньше границ уровня, указанных в табл.8 [8].

Выбранная номенклатура параметров элементного электроэнергетического базиса и их количественная оценка с помощью коэффициентов весомости является исходным материалом для решения задачи синтеза структуры СЭС артиллерийских комплексов.

Заключение

. Анализ условий боевого применения артиллерийских комплексов и неисправностей, возникающих в процессе эксплуатации показывает, что основные неисправности связаны с ходовой частью и системой электроснабжения.

. С выпуском модернизированных СГ 2С19 с автоматизированной системой управления наведением и огнём (АСУНО), обеспечивающей автономность гаубицы возрастает роль СЭС при выполнении задач, поэтому необходимо провести синтез системы электроснабжения с целью улучшения технических характеристик.

3.Анализ существующих критериев, оценивающих различные системы, в том числе и СЭС доказывает, что они не доведены до вида, удобного для применения в инженерных расчетах из-за их сложности, трудоемкости вычисления и неучета ряда параметров.

4.Наиболее простым и доступным в употреблении критерием является обобщенный показатель эффективности, который дает возможность оценить уровень совершенства конструкции СЭС по сравнению с существующими образцами.

Физический смысл обобщенного показателя эффективности заключается в том, что он показывает степень отличия параметров элементов и СЭС в целом от их базового значения и характеризует качество всей структуры, т.е. учитывает конструктивные и экономические факторы.

5. Для реализации предлагаемого обобщенного показателя эффективности разработаны методики выбора базовых параметров, коэффициентов весомости параметров и исключения части параметров, оказывающих несущественное влияние на численное значение.

Установлено, что наиболее существенными являются одиннадцать параметров, характеризующих исходный базис элементов СЭС.

Выбранная номенклатура параметров элементов и их качественная оценка с помощью коэффициентов весомости является исходным материалом для решения задачи оптимизации СЭС артиллерийских комплексов.

. Предложенный обобщенный показатель эффективности, а также методики выбора базы сравнения, коэффициентов весомости существенных параметров могут рассматриваться как универсальный инструмент при решении задач разработки различных систем артиллерийских комплексов.

Список используемой литературы

1 Анализ функционирования САО 2С19 в локальных конфликтах [Текст]: материалы научно-практической конференции по качеству изделия 2С19 .- Ек.: ФГУП «Уралтрансмаш», 2000.- 178 с.

2 Филюстин А.Е., Бочков А.П., Гасюк Д.П. Модели и методы управления развитием технических систем [Текст]: учебное пособие.- СПб.: Союз, 2003.- 288 с.

3 Методическое обеспечение исследований эффективности ракетно-артиллерийского вооружения. Сборник научно-методических материалов 3 ЦНИИ МО /Под ред. Жигалова А.В. - М.: 1997.-182 с.

4 Мартыщенко Л.А., Филюстин А.Е., Клавдиев А.А. и др. Военно-научные исследования и разработка вооружения и военной техники. Ч.1, МО РФ, 1993.-301 с.

Гамбаров Г.М., Журавлёв Н.М., Королёв Ю.Г. и др. Статистическое моделирование и прогнозирование. Учебное пособие. - М.: Финансы и статистика, 1990.-383 с.

          Филюстин А.Е., Бочков А.П., Пуленец Е.Н. и др. Методы сравнения образцов ВВТ по совокупности показателей. - СПб.: ВАА, 1991.-30 с.

          Артемьев М.В., Скворцов Ю.В., Акимов С.И. Расчет и проектирование электрооборудования специальных устройств и изделий Часть 1 Электрооборудование артиллерийских комплексов [Текст]: учебное пособие для курсантов.- ЕВАКУ.: [б.и.], 2005.-187 с.; .

          Артемьев М.В., Скворцов Ю.В., Акимов С.И. Расчет и проектирование электрооборудования специальных устройств и изделий Часть 2 Расчет и проектирование вторичного источника электропитания. [Текст]: учебное пособие для курсантов.- ЕВАКУ.: [б.и.], 2005.-187 с.;

          Артемьев М.В. Амиев Ю.С. Теоретические основы электротехники [Текст]: учебно-методическое пособие для курсантов.- ЕкАИ.: [б.и.], 2004.- 272 с.;

          Артемьев М.В. Щекотов В.В. Электрические и электронные аппараты [Текст]: учебно-методическое пособие для курсантов.- ЕкАИ.: [б.и.], 2004.- 178 с..

          Артемьев М.В. Альбом рисунков по электрооборудованию артиллерийских комплексов [Текст]: учебное пособие для курсантов.- ЕВАКУ.: [б.и.], 2005.-87 с.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации изделия 2С19, М., 1989.

13 Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2С3М, М., 1988.

Список сокращений

АВ -артиллерийское вооружение;

АК - артиллерийский комплекс (САК- самоходный АК);

АППД - аппаратура приема и передачи данных;

АУН (АУО) - аппаратура управления наведением (огнем);

АСУНО - автоматизированная система управления наведением и огнем;

АЧ - артиллерийская часть;

БМ- боевая машина;

БО- боевое отделение;

ВВТ - вооружение и военная техника;

СЭС - система электроснабжения;

СЭП - система электропитания;

САО - самоходное артиллерийское орудие;

ЭЭ - электрическая энергия;

ЭО - электрооборудование;

УТЗ - условная тактическая задача;

ПОЗ - подвижная огневая зона;

ПРО - противоракетная оборона.

Приложения

Приложение А

Перечень мероприятий по устранению замечаний (отказов, неисправностей), выявленных при эксплуатации изделий 2С19 в локальных конфликтах