Введение к работе
Актуальность темы. Широко применяемая в настоящее время графическая методология моделирования не может в достаточной мере обеспечивать поддержку проектных решений, принимаемых на начальных стадиях разработки сложных технических систем1, каковыми являются космические аппараты. Чертежно-графические модели по своим свойствам недостаточны для обоснования требований высокой автономности и для учета факторов определяющих соответствующие технические решения. Эта недостаточность проявляется в том, что необходимое решение формируется путем перебора конструктивно-компоновочных решений, что сказывается на сроках и трудоемкости проектных работ.
Все это обуславливает необходимость разработки новых подходов к проектированию современных космических аппаратов.
Целью работы является повышение качества проектирования космических аппаратов путем формализованного учета влияния факторов, учитываемых эвристически.
Методы исследования. Концептуальной основой работы являются системные идеи в их современном состоянии и теория управления.
Их развитие в последние годы создало предпосылки для решения задачи формирования современной технологии проектирования космических аппаратов. Это работы в области: современных системных представлений, ситуационного управления, аналитического планирования, математического моделирования (в первую очередь имитационного) и теории гомеостатического управления. Использование последней стало решающим звеном, позволившим на основе обобщенных системных и управленческих идей получить конкретную процедуру проектирования.
Научная новизна. Сформирована постановка задачи проектирования космического аппарата как синтеза процесса достижения цели полета и управления этим процессом, включая управление функциональным состоянием. Для формализации разрешения противоречия между использованием ограниченныхресурсов «А для достижения цели полета и для обеспечения функционального состояния впервые разработано описание гомеостатической формы структурно-функциональной организации. Разработана теоретико-системная концепция - интегративно-функциональный подход, позволяющий использовать описание гомеостатической формы структурно-функциональной организации при построении системной модели
ДжонсДж.К. Методы проектирования. - М.: Мир, 1986
функционирования космического аппарата. Получен вид записи системы дифференциальных уравнений, описывающих функционирование космического аппарата с учетом управления его функциональным состоянием. Представлен общий вид решения этой системы уравнений, основанный на математическом описании гомеостатической формы структурно-функциональной организации. Разработана методика системного проектирования КА, включающая в себя методики построения концептуальной и математической моделей.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость работы состоит в разработке системного модельного описания закономерностей распоряжения биологическим организмом своими ресурсами при достижении компромисса между целенаправленностью и самосохранением и переносом этих закономерностей на проблематику проектирования космических аппаратов. Практическое значение заключается в разработке на этой основе методики проектирования космических аппаратов, обеспечивающей повышение степени их автономности.
Результаты разработок использовались при проектировании изд.17Ф111,17Ф93,14К15.
На защиту выносятся следующие основные положения:
постановка задачи проектирования космического аппарата как синтеза управления процессом достижения цели полета, включая управление функциональным состоянием;
модель гомеостатической формы структурно-функциональной организации систем;
интегративно-функциональный подход к описанию технических систем;
методическая схема проектной разработки на основе интегратив-но-функционального подхода;
формализованная запись математической модели функционирования космического аппарата и ее решения, полученных на основе интегративно-функционального подхода, обслуживающие схему проектирования.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: "Математика, компьютер, образование" (Пущино-на-Оке, 1997г., 2001г., Дубна, 2002г.,); на II межведомственном научно-практическом семинаре "Проблемы и технологии создания и использования космических систем и комплексов на базе малых КА и орбитальных станций" (ГКНПЦ им. Хруничева, 1998г.); на международной конференции, посвященной 60-ти летию ИПУ РАН (1999г.); на чтениях памяти К.Э.Циолковского (1999г.); на международной конференции "Теория активных систем" (ИПУ РАН, 1999г.); на чтениях памяти пионеров космонавтики (Москва, 2000г.); на 18-ом Международном семинаре (WOSC) «Гомеостатика живых, природных технических и социальных систем»; на семинаре кафедры проектирования и конструкции ЛА МАИ (2000г.); на III аэрокосмическом конгрессе (Москва, 2000г.); на международной конференции SICPRO-
2000 (ИПУ РАН, 2000г.); на конференции «Системы проектирования,
технологической подготовки производства и управления этапами
жизненного цикла промышленного продукта» (ИПУ РАН, 2001г., 2003 -
2005гг.); на международной конференции «Параллельные вычисления»
(ИПУ РАН, 2001г.); на международной конференции «Когнитивный
анализ и управление развитием ситуаций» (ИПУ РАН, 2001г.); на
международной конференции, посвященной 130-летию А.А. Богданова
(7 октября 2003г.), на конференции «Системный анализ в
проектировании и управлении» (Санкт-Петербургский политехнический
университет, 2005 г.).
Работа выставлялась на Первом инновационном салоне (Москва, ВВЦ,
2001 г.) и получила бронзовую медаль и диплом.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы. Из них 3 опубликованы в изданиях, входящих в список ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 122 наименований отечественных и зарубежных авторов. Общий объем диссертации составляет 152 страницы.
