Лекция 3. Жизненный цикл сложной технической

Жизненный цикл – это интервал времени от начала создания сложной технической системы до конца ее эксплуатации и утилизации.

Понятие “жизненный цикл” в инженерных дисциплинах, связанных с созданием сложных технических систем (СТС), по-видимому, объясняется тем, что СТС претерпевает большие изменения от момента возникновения замысла до прекращения функционирования, подобно циклу живого организма – от зарождения до смерти. Это понятие является одним из фундаментальных в системотехнике, способствующее улучшению управляемости процесса создания и эксплуатации системы. Весь этот период разбивается на некоторое число фаз, каждая из которых строго регламентирует содержание работ в ее рамках и состав выходных документов. Границы между фазами устанавливаются таким образом, чтобы более или менее сохранить естественную целостность отдельных видов работ. При этом предусматривается, что проект, в котором при прохождении «границ» обнаружены слабости, будет возвращен на доработку (при наличии средств) или закрыт.

При любом разбиении жизненного цикла на фрагменты (Рис.3.1), прежде всего, устанавливается граница между созданием и использованием системы с тем, чтобы разделить фронт работ для разработчика (создателя) системы и заказчика (пользователя). Такое разделение представляется в некоторой степени обобщенным подходом, но, тем не менее, не исключает вовлечение Заказчика в процесс создания системы и наоборот, привлечение разработчика к работам по эксплуатации системы и ее утилизации (или снятию ее с вооружения).

Дальнейшее разделение жизненного цикла, хотя и осуществляется в основном в рамках процесса создания, тем не менее, также имеет остаточно естественные границы. Процесс является итеративным в рамках отдельных этапов с поступательным движением слева направо. Хотя уровень активности и детальности в рамках отдельных фрагментов для различных по физической природе и масштабам системам может быть разным, но функции составляющих жизненного цикла, представленных на этом рисунке являются неизменными.

Проектирование в рамках определенного жизненного цикла отличается от проектирования в обычном смысле этого слова. Проектирование в рамках жизненного цикла сосредоточенно одновременно как на удовлетворение потребностей пользователя, так и на результатах (последствиях) жизненного цикла в целом. Более того, при системном подходе к созданию системы, как правило, в обязательном порядке рассматриваются такие результаты эксплуатации как продуктивность, надежность, ремонтопригодность, возможность утилизации и др. в такой же мере, как ее технические характеристики системы и эффективность.

На Рис.3.2 представлено содержание работ по циклам жизненного цикла большой технической системы. На этой схеме отражены основные понятия, связанные с содержанием и последовательность работ в рамках жизненного цикла. Эта схема совпадает с предыдущим рисунком и отличается детализацией, характерной для обобщения представления о развитии СТС, инвариантного к ее назначению.

Далее основное внимание будет уделяться этапам, связанным с проектированием технических систем. Задачи характерные для этих этапов могут отличаться новизной и сложностью. В частности, к ним относятся:

- Частичная модернизация системы – изменение ее параметров (а иногда и структуры) с целью наибольшего улучшения одного или нескольких свойств. (Например, усовершенствование ДУ с целью повышения удельного импульса для увеличения грузоподъемности РН, замена металлического головного обтекателя на конструкцию из композиционных материалов с целью снижения пассивной массы РН).

- Существенная модернизация иди развитие – изменение параметров и структуры системы для значительного улучшения основных свойств системы при решении прежних или новых целевых задач. (Например, увеличение числа ступеней, замена СУ, использование нового разгонного блока).

- Создание новой системы для решения новых целевых задач или получения принципиально новых свойств системы при решении новых задач.Например, создание семейства РН Ангара.

При решении любой из перечисленных задач последовательность их решения и специфика содержания этапов сохраняется. В Табл.3.1 в укрупненном виде представлены типовые уровни проектно-конструкторских работ и их общая характеристика.

Таблица 3.1. Этапы создания космической системы

Анализ потребностей и возможностей создания КС	Анализ потребностей Анализ возможностей	Этап 0   Этап А
Предварительное определение облика КС	Эскизный проект	Этап В
Разработка рабочей документации и изготовление образцов для наземной экспериментальной отработки	Разработка РКД Изготовление образцов	Этап Этап
Экспериментальная отработка изделий, контроль выполнения требований к ним	Наземная экспериментальная отработка Летные испытания	Этап   Этап
Серийное производство и эксплуатация КС	Серийное производство Эксплуатация	Этап Этап

Анализ потребностей (Этап 0) можно условно назвать внешним проектированием. На этом этапе исследуются текущие потребности отраслей народного хозяйства, которые могли бы быть удовлетворены средствами космической техники, и выдается техническое задание (ТЗ) на разработку космической системы. Если исходные дан­ные не достаточны для формулирования ТЗ на проектирование, то вы­дается задание на разработку технических предложений с целью дальнейшего уточ­нения концепции будущей системы. По окончании этапа научно-иссле­довательских работ проводится экспертиза результатов НИР, делаются замечания, по ко­торым корректируются исходные данные на разработку системы и ТЗ.

Техническое задание служит основанием и документами, по которым строится вся последующая работа. ТЗ состоит из следующих разделов:

- наименование и индекс разработки;

- основание для разработки;

- цель разработки и назначение системы;

- тактико-технические требования;

- требования к стандартизации;

- технико-экономические показатели;

- эргономические требования;

- порядок разработки, испытания, приемка и окончание работ;

- приложения.

Разработка технических предложений (этап А), цель которого - предвари­тельное определение технического облика будущей системы и ее соста­ва, предварительное технико-экономическое обоснование работ, разработка документов их сквозного планирования, предложение соста­ва соисполнителей. По завершении этого этапа технические предложения (аванпроект) подвергается экспертизе заказчика, Росавиакосмоса, головных от­раслевых НИИ по направлениям. Исходя из результатов экспертизы головным предприятием-разработчиком, выпускается перечень замечаний, устранение которых контролируется Росавиакосмосом. Только после устранения всех замечаний возможен переход к эскизному проектирова­нию КС.

Разработка эскизного проекта (ЭП) КС (этап В), в ходе которой вырабатываются и анализируются технические варианты системы, из них отбираются наилучшие, уточняется ее состав, разрабатываются программы обеспечения надежности и безопасности КС, предварительно определяется ее конфигурация, выбираются директив­ные технологические процессы и технологическое обеспечение. Экспер­тиза эскизного проекта проводится по схеме, аналогичной экспертизе технических предложений.

Разработка полного комплекта рабочей конструкторской докумен­тации (этап С_о) и подготовка документации для производства (изготовления) КС. На этом этапе программа обеспечения надежности развивается в комплексную программу экспериментальной отработки системы; разраба­тываются программа экспериментальной отработки технологических процессов, эксплуатационная документация, техниче­ские условия, программно-математическое обеспечение, полный комплект технологической документации; окончательно определяется конфигурация КС.

Рабочая документация проверяется комиссией предприятия-изготовителя. После доработки РКД оценива­ется межведомственной комиссией. Одновременно проводится независимая экспертиза отраслевыми НИИ и дру­гими привлеченными для этого организациями.

Изготовление макетов и опытных образцов КС для испытаний (Этап ).На данном этапе составляется план подготовки производст­ва к изготовлению опытных изделий. После выполнения намеченных мероприятий представитель заказчика проверяет готовность производ­ства. Одновременно с заключением о готовности выдается заключение о технологичности изделия. После изготовления первого образца и его приемки отделом технического контроля составляется перечень заме­чаний и только после их устранения приступают к изготовлению следу­ющих.

Вышеупомянутые этапы А.В. и С в отечественной практике принято называть опытно-конструкторскими работами.

Наземная экспериментальная отработка КС (Этап ) это автономные, комплексные, контрольные— предварительные и меж­ведомственные при необходимости — ее испытания; выявление несоответствий, дефектов, «узких мест», отказов; внесение изменении в конструкторскую, технологическую и эксплуатационную документа­цию; выпуск итоговых отчетов по завершении наземной экспериментальной отработки изделий и КС в целом. В результате экспертизы итогового отчета и других матери­алов наземной экспериментальной отработки независимыми организациями выдается заключение о ее за­вершенности. На основании заключений и результатов работы подко­миссий совета главных конструкторов принимается решение о готовности КС к летным испытаниям.

Летные испытания КС (Этап ). He позже чем за два месяца до начала этого этапа разрабатывается программа летных испытаний. Инфор­мация об отказах системы, несоответствиях и отклонениях в ее работе поступает для анализа разработчикам, изготовителям, в головные ин­ституты и заказчику. Комиссия по проведению летных испытаний составляет заклю­чение об их завершении и выпускает акт-отчет с перечнем выявленных недостатков, адресуя их в соответствии с выявленными причинами на соответствующие предприятия. Независимые экспертные организации выдают заключение о возможности перехода к изготовлению штатных (серийных) изделий.

Изготовление штатных (серийных) изделий (Этап 0 осуществля­ется по доработанной документации, которой исходя из результатов ЛИ межведомственной комиссией присвоена литера «01». Изделия подвергаются контрольным испытаниям: приемо-сдаточным, периодическим, типовым, кроме того, проводятся испытания установоч­ной партии изделий.

Эксплуатация КС (Этап ). На этом этапе происходит накопление информации о функционировании системы, осуществляется гарантий­ный надзор предприятий — разработчиков и изготовителей — за ее экс­плуатацией, в процессе которой выявляются отказы, несоответствия, дефекты, и по результатам исследования их причин вносятся изменения в документацию.

Параллельно с жизненным циклом изделия развиваются, так называемые сопутствующие технологии: подготовка производства и подготовка средств технического обслуживания системы (Рис.3.3).

Отношение к этим фрагментам у организации-разработчика существенно различаются в зависимости от Заказчика и/или Пользователя. В частности, если Заказчиком является Министерство обороны, то оно является одновременно и Пользователем системы, эксплуатирует ее и обслуживает. В этом случае его участие во всех этапах создания системы весьма существенно. Если же создается система для частного сектора, ее пользователи практически не принимаю участие в ее создании. В последнем случае разработчики все проблемы эксплуатации держат исключительно «в уме». Например, это является уже обычным, разрабатывая устройства типа нагревателей или кондиционеров проектировать их, ориентируясь на энергетическую эффективность. Или, при разработке автомобиля одной из ключевых показателей его эффективности является расход топлива.

Следует иметь в виду, что разбиение жизненного цикла на этапы регламентируется стандартами. В России это ГОСТ -......, в котором в ранге закона определены не только этапы жизненного цикла, но также их содержание и документация, выпускаемая по завершению каждого этапа. Несколько отличается подход к этой проблеме в других странах. В частности в США существуют различные стандарты: на создание военной техники (по заказу Министерства Обороны), на создание систем рамках программ NASA, на создание коммерческих систем и т.д. На Рис.3.4 представлены для сравнения три из упомянутых стандартов. Следует, однако, заметить, что на практике в зависимости от ситуации, в которой разрабатывается система, содержание работ по этапам по согласованию между Разработчиком и Заказчиком может быть изменено.

Решающим фактором для этого, например, может быть чрезвычайная важность, сложность и экстренность разработки, или, другая крайность, наличие опыта по созданию аналогичных систем и даже готовых ее фрагментов.

В зарубежной практике более распространенно деление на этапы под названием А, B,C,D. В табл.3.2 представлены сведения о содержании этих этапов и временная оценка каждого из их. Представленная в таблице временная оценка может рассматриваться только как некоторый ориентир, так как существенно зависит от сложности и новизны создаваемой системы. Известны космические программы как продолжительностью больше приведенной так и существенно короче, например, 12 - 18 месяцев