Software & Systems

Для системного анализа информационной поддержки процессов жизненного цикла и оценки их эффективности необходимо в соответствии с классическим подходом (см., например, [1]) рассмотреть надсистему – боевую и военно-экономи­ческую эффективность корабля в совокупности с обеспечивающими ее функциональными комплексами (подсистемами), на которую в конечном счете и оказывают влияние технологии, процессы и процедуры информационной поддержки.

Системный анализ корабля или его функционального комплекса требует учета всех его свойств и аспектов взаимодействия (со структурными органами ВМФ, Минобороны и внешними условиями функционирования), рассмотрения его основных функциональных комплексов в совокупности, а также процессов создания и функционирования корабля во времени.

С этой точки зрения эффективность информационной поддержки корабля предлагается исследовать с учетом трех основных аспектов, а именно:

–      иерархия структуры корабля по вертикали как совокупность формирующих его комплексов (ударное оружие и средства самообороны, радиоэлектронное вооружение, технические средства, корпус, экипаж);

–      иерархия структуры корабля по горизонтали как подсистема корабельного состава ВМФ и связанных с ним систем технического обеспечения, межпоходового обслуживания, доковых и заводских ремонтов, перезарядок ядерных реакторов (для кораблей с ЯЭУ) и т.д.;

–      все стадии жизненного цикла корабля.

Основные этапы жизненного цикла корабля в контексте данного рассмотрения представлены на рисунке 1.

Достижение заданных в тактико-техническом задании (ТТЗ) на создание корабля тактико-технических характеристик (ТТХ) принято оценивать комплексным показателем качества корабля с позиций его боевой и военно-экономической эффективности, выражаемой, как правило, возможностью достижения цели и сверткой вероятностей при фиксированных ресурсах или при их минимизации [2].

Очевидно, что оценка качества корабля сводится к оценке его свойств и характеристик. Таким образом, по существу информационная поддержка жизненного цикла корабля влияет на все компоненты, определяющие боевую и военно-эко­номическую эффективность корабля E(X, C, Q), где X – множество ТТХ корабля, непосредственно определяющих ценность его для потребителя (вышестоящей системы); C – ресурсы (в первую очередь финансовые) на его создание и эксплуатацию; Q – внешние параметры функционирования корабля.

Поскольку информационная поддержка направлена в основном на автоматизацию процессов жизненного цикла, в данном исследовании интерес представляет не только и не столько достигаемая эффективность корабля, полученная расчетами и подтвержденная различными испытаниями (модельными и натурными), сколько сохранение этой эффективности на протяжении всего жизненного цикла корабля [3].

Исходя из этого, показатель боевой и военно-экономической эффективности корабля, по которому также можно оценивать эффективность информационной поддержки его жизненного цикла, принят в виде

,                             (1)

где Экор – эффективность корабля как системы при решении поставленных перед ним задач (зависит от класса корабля, состава оружия, средств самообороны, радиоэлектронного вооружения, целеуказания, специальных средств для выполнения специфических задач и т.д.); Элс – эффективность действий экипажа при использовании корабля по назначению (зависит от обученности, натренированности, уровня мастерства и т.д., измеряется в долях от единицы); KТГ – проектный (расчетный) коэффициент технической готовности корабля (зависит от характеристик надежности корабля, его составных частей и комплектующих изделий без учета действий личного состава и организации системы технического обслуживания и ремонта и системы базирования); Этор – эффективность технического обслуживания и ремонта (зависит от подготовки экипажа или персонала береговых баз по техническому обслуживанию и ремонту или эффективности системы сервисного обслуживания, организации снабжения предметами материально-технического обеспечения, закупки ЗИП и т.д., измеряется в долях от единицы); CЖЦ – полная стоимость жизненного цикла корабля.

Очевидно, что эффективность корабля обосновывается на стадии разработки ТТЗ и технического проекта (и это, скорее, плод творческой мысли главного конструктора и большого коллектива специалистов, работающих над проектом, а не продукт информационных технологий). Безусловно, в определенной степени она зависит от качества информационной поддержки процессов создания корабля на этих стадиях. Однако более всего эффективность управленческих технологий информационной поддержки проявляется при обеспечении надежности корабля: безотказности его функционирования при выполнении поставленных задач, ремонтопригодности, долговечности, сохраняемости (обобщенно выраженных в данном случае через техническую готовность – KТГ) – и непосредственным образом сказывается на стоимости жизненного цикла корабля.

Коэффициент технической готовности корабля KТГ по существу является комплексным показателем надежности корабля с учетом всех его подсистем, обслуживающей инфраструктуры и принятой системы технического обслуживания и ремонта. Он определяется как отношение времени фактического использования корабля и времени нахождения его в базе в работоспособном состоянии за рассматриваемый период к общему календарному времени, за которое рассчитывается KТГ (малый эксплуатационный цикл, большой эксплуатационный цикл, весь срок службы (tсл)). Обычно различают проектный и фактический коэффициенты технической готовности. Как правило, проектный KТГ не учитывает многие реальные факторы процесса эксплуатации корабля, такие как время подготовки, время простоя из-за снабжения или административных задержек, время на внеплановое техническое обслуживание и ремонты и т.д. Поэтому при анализе эффективности информационной поддержки корабля необходимо использовать фактический коэффициент готовности.

Фактический, или системный, коэффициент технической готовности Kсг за время t, за которое рассчитывается KТГ (как уже отмечалось, это может быть календарный год, малый эксплуатационный цикл, большой эксплуатационный цикл, срок службы корабля), можно определить по формуле

,            (2)

где tг – суммарное время фактического использования корабля и времени нахождения его в базе в боеготовом состоянии за рассматриваемый период t; tM – время фактического использования корабля в море; tБГ – время нахождения корабля на базе в боеготовом состоянии; tпл.то – общее время плановых ТО и Р; tнепл.то – общее время внеплановых ТО и Р; tлог – административные задержки и время логистики (ожидание доставки ЗИП, прибытия ремонтного персонала и т.д.).

Очевидно, что tпл.то и tнепл.то определяются как время, которое требуется, чтобы изъять, заменить и проверить какой-либо элемент в случае его внезапного отказа или профилактической замены.

Время tлог определяется как совокупное время, затраченное на проведение всех логистических процедур для обеспечения необходимого технического обслуживания и ремонта. Количественное определение tлог может быть затруднено, поскольку этот показатель включает такие параметры, как время административной задержки, время отклика ремонтного (сервисного) предприятия и поставки, а также другие факторы, влияющие на обслуживание и ремонт.

Из зависимости (2) можно видеть, что во многих практических случаях главным фактором, существенно влияющим на значение Kсг, является показатель tлог, который часто называют мерой эффективности системы поддержки. Зачастую больший эффект дает не увеличение надежности элемента (попытки уменьшить tпл.то и tнепл.то на этапе проектирования корабля), а улучшение системы логистики.

Необходимо подчеркнуть, что эффективность технического обслуживания и ремонта (Этор) рассматривается с учетом деятельности экипажа корабля и технического персонала береговых баз при техническом обслуживании и ремонте, их подготовленности, профессионализма, динамики изменения условий обитаемости, особенно в аварийных ситуациях, наличия интерактивной технической документации, систем диагностики и мониторинга, наличия и совершенства систем информационной поддержки управления как кораблем, так и его готовностью, в том числе при обеспечении живучести и т.д. К тому же этот показатель должен учитывать эффективность самой принятой системы технического обслуживания и системы базирования, а также системы сервисного обслуживания и ремонта, развертываемой предприятиями промышленности. Немаловажно влияние на результат организации снабжения ЗИП и предметами МТО.

Все перечисленные процессы используют большое количество информации о состоянии и надежности корабельного оборудования, о наличии на складах необходимых предметов снабжения, о процедурах технического обслуживания, о спецоснастке и запасных частях и прочем, следовательно, могут быть автоматизированы. В конечном счете от эффективности информационной поддержки будет зависеть возможность реализации заложенной в проект боевой эффективности корабля.

Таким образом, информационная поддержка, с одной стороны, позволяет усовершенствовать процессы, с другой – на ранних стадиях обеспечить прогнозирование процессов эксплуатации, технического обслуживания и ремонта, действий экипажа в повседневных и аварийных условиях. В недалекой перспективе при реализации методик виртуального прототипирования и систем информационной поддержки эксплуатации со встроенными системами диагностики станет возможной также реализация методологии виртуального присутствия, применяемая в настоящее время за рубежом [4].

Что касается показателя полной стоимости жизненного цикла CЖЦ, то он является ключевым аспектом при анализе эффективности информационной поддержки жизненного цикла корабля. Необходимость учета полной стоимости жизненного цикла возникла в связи с потребностью интеграции различных процессов: замысла, проектирования, производства, эксплуатации и утилизации вооружений для достижения общей для всех этапов цели и их изучения с системных позиций. Эта необходимость базировалась, в свою очередь, на выводе о том, что для принятия действительно оптимальных решений необходимо сопоставлять достигнутый совокупный эффект с полными затратами по жизненному циклу на его достижение. На графике, изображенном на рисунке 2, показано влияние решений по этапам на полную стоимость жизненного цикла систем вооружений, приведенное в [5].

Ввиду особой важности показателя CЖЦ структура формирования этого показателя должна быть рассмотрена отдельно.

Таким образом, боевую эффективность корабля с учетом всех перечисленных факторов предлагается представить схемой, приведенной на рисунке 3. Согласно ей, наибольшее влияние на боевую эффективность информационная поддержка будет оказывать опосредованно, воздействуя на готовность корабля (при моделировании на этапах проектирования) и на эффективность процессов эксплуатации (при реорганизации процессов технического обслуживания и ремонта за счет использования интерактивной эксплуатационной документации и различных береговых и корабельных информационных систем обеспечения эксплуатации). Поскольку основным параметром этих двух элементов боевой эффективности является математическое ожидание времени, в конечном счете они будут определять и стоимость жизненного цикла.

Из рисунка 3 видно, что стоимость жизненного цикла входит в оценку военно-экономической эффективности независимой переменной, влияющей на значение последней, а не включается в формулу в виде ограничения или критерия. Таким образом, главной целью создания и функционирования системы информационной поддержки жизненного цикла является увеличение времени, в течение которого корабль может реализовать заложенную проектом (потенциальную) боевую эффективность при существующих ограничениях на ресурсы, выделяемые на строительство и содержание ВМФ.

При формировании требований к информационной поддержке жизненного цикла корабля следует также дополнить рассуждения, касающиеся принципов построения, следующим важным системным аспектом. При создании системы информационной поддержки четко различаются две части, реализуемые на различных этапах жизненного цикла корабля, но при наличии главной цели отличающиеся по своей природе локальными целями (критериями). Различия обусловлены особенностями этапов и процессов, протекающих на этих этапах. Вместе с тем такое разделение поможет правильно перераспределить усилия и определить цели на каждом этапе при создании системы информационной поддержки процессов жизненного цикла кораблей.

Первая часть системы затрагивает процессы стадии создания, где формируются основные проектные, технические, конструктивные и организационные решения. На этой стадии также осуществляется планирование (или иногда говорят – программирование) дальнейшего жизненного цикла.

Здесь работают три технологии (обобщенно): проектирования корабля (создание модели), строительства (реализация модели в виде физического объекта) и управления процессами создания корабля (управление проектами, управление конфигурацией и т.д.). Объектом управления в системе информационной поддержки жизненного цикла этой стадии является процесс создания корабля от модели (проекта) до физического объекта и, соответственно – кооперация предприятий во главе с головным исполнителем, реализующая этот процесс. Цель функционирования этой части системы: вначале – согласованный проект, то есть модель корабля, а затем – его физическое воплощение – корабль как инженерное сооружение, подготовленный к проведению всех видов испытаний на соответствие ТТЗ или утвержденному техническому проекту (на этапах ремонта и утилизации – те же технологии и те же процессы). Для этого нужны расчеты, основанные на данных (желательно, не только статистических), моделирование в виртуальной среде, согласованность функционирования всех элементов системы «корабль» и т.д. [3, 6].

Вторая часть системы реализуется на стадии проведения испытаний и использования корабля по назначению, то есть в процессе использования и обслуживания того, что создано, и так, как запланировано. Принципиально, что здесь работают только технологии организационного управления, а объекты управления – экипаж, технический персонал базы, склады, арсеналы, береговые структуры флота и сервисные службы промышленности.

Реализация планов, которые были смоделированы на этапе создания, осуществляется на основе информации о корабле и его оборудовании, а также оперативной информации о фактическом состоянии оборудования. Система информационной поддержки должна таким образом обеспечить организационный процесс, чтобы из созданной технической основы – корабля – получить все его спецификационные возможности. Цель функционирования второй части системы – максимально эффективно использовать то, что создано, то есть так организовать процессы, чтобы снизить до минимума организационные издержки, вызванные неэффективным взаимодействием или усложнением процессов.

Таким образом, в условиях существующего ограниченного финансирования оборонных заказов целью внедрения технологий информационной поддержки в повседневную практику участников жизненного цикла кораблей ВМФ является повышение эффективности управления процессами жизненного цикла систем морского оружия.

Информационная поддержка должна охватывать комплекс процессов и процедур, выполняемых в ходе жизненного цикла кораблей ВМФ и направленных преимущественно на обеспечение заданного в ТТЗ уровня их готовности и максимально возможного уменьшения стоимости их жизненного цикла.

Литература

1.     Гуд Г.Х., Макол Р.Э. Системотехника. М.: Сов. радио, 1967.

2.     Динер И.Я. Математические методы исследования операций: учеб. пособие. В 3 т. Л.: Изд-во Воен.-морской акад., 1964–1968.

3.     Третьяков О.В. Информационная технология оценки эффективности проектных решений // Моринтех-2001: матер. конф. СПб: Моринтех, 2001.

4.     Куфарев В.О., Третьяков О.В. Методология виртуального присутствия для технического обслуживания и материально-технического обеспечения кораблей ВМС США // ВОКОР-2012: сб. тр. конф. СПб: 1 ЦНИИ МО РФ, 2012.

5.     Handler G., Hemmerle G., Rucker W. Navy program manager's guide. Naval Material Command, Washington, D.C., January 1985.

6.     Guidance On The Use Of Simulation And Virtual Prototyping In Ship Design – NATO Allied Engineering Publ., December 2000.

References

1.     Goode H.H., Machol R.E. System Engineering: an introduction to the design of large-scale systems. 1957 (Russ. ed.: Sistemotekhnika.  Moscow, Sov. Radio Publ., 1967).

2.     Diner I.Ya. Matematicheskie metody issledovaniya opera­tsiy [Mathematical methods of operations research]. Study guide, Voen.-mor. ordena Lenina akad. Publ., Leningrad, 1964–1968.

3.     Tretyakov O.V. Information technology for evaluating project decisions efficiency. Materialy konf. Morintekh-2001 [Proc. of Morintekh-2001 conf.]. St. Petersburg, Morintekh Publ., 2001.

4.     Kufarev V.O., Tretyakov O.V. A virtual space methodology for technical maintenance and logistics of US Navy ships. Sbornik trudov konf. “VOKOR-2012” [Proc. of “VOKOR-2012” conf.]. St. Petersburg, 1 TsNII MO RF Publ., 2012.

5.     Handler G., Hemmerle G., Rucker W. Navy program ma­nager's guide. Washington, D.C., 1985.

6.     Guidance on the use of simulation and virtual prototyping in ship design. NATO Allied Engineering Publ. (ANEP), 2000.