Анализ перспектив развития электромеханических систем

Применяемых в артиллерии

Использование достижений науки и техники в области электроники, вычислительной техники, телекоммуникаций, металловедения, перспективных технологий производства взрывчатых веществ и порохов, обеспечивает качественное изменение облика отечественной артиллерии на настоящем этапе.

При этом основными направлениями совершенствования САО должны стать:

оснащение бортовой системой управления, включающей центральную ЭВМ с блоками топопривязки, вычисления установок стрельбы, управления автоматом заряжания и автоматизированной системой прицеливания и наведения;

автоматизация процессов подготовки выстрелов, заряжания и восстановления наводки.

В области создания артиллерийских систем, указанные направления реализуются в настоящее время в 120-мм САО «Вена» и 152-мм артиллерийском комплексе 2С19-М «Мста-СМ».

Сравнительные характеристики основных образцов семейства Мста представлены в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Сравнительные характеристики образцов артиллерийских систем семейства Мста

Характеристики	2С19	2С19М1	2С19М1-155
Физические значения	Масса Габаритные размеры	Длина Ширина Высота Клиренс	42000 кг 11,91 м 3,38 м 2,98 м 0,45 м	42000 кг 11,91 м 3,38 м 2,98 м 0,45 м	43000 кг 12,42 м 3,38 м 2,98 м 0,45 м
Вооружение	Калибр Длина ствола Скорострельность Сектор обстрела     Максимальная дальность стрельбы: ОФС (3ОФ43) ОФС с ГГ (3ОФ61) УАС Краснополь	По вертикали По горизонтали	152 мм 47 клб. 8 в/мин от – 4о до + 68о 360о   24,7 км 29,0 км 20,0 км	152 мм 47 клб. 8 в / мин от – 4о до + 68о 360о   24,7 км 29,0 км 20,0 км	152 мм 52 клб. 6-8 в / мин от – 4о до + 70о 360о   30,0 км (L15A1) 41,0 км (ERFB BB)
Боекомплект			60 шт	60 шт	45 шт
Заряжание			Автоматическое заряжание снарядов и зарядов (подача зарядов в ручную)
Прицельная система			Оптическая система прямой и непрямой наводки
Аппаратура управления огнем			1В124 Прием и передача данных, автоматизированное наведение по вертикали	АСУНО Баллистический вычислитель, автоматизированное наведение, аппаратура топопривязки и ориентирования, спутниковая навигационная система. Хранение информации не менее чем до 10 огневых задач.
Артиллерийская баллистическая станция		Имеется
Техническое сопряжение с КАУО (Комплекс Автоматического Управления Огнем) по телекодовому каналу	Фальцет, Капустник -С	Машина –М, Фальцет –М, Капустник – С
Готовность к открытию огня после получения координат цели Готовность к открытию огня на марше на уровне дивизиона	2,5 мин   9 мин	0,5 мин   3 мин

Таким образом современное самоходное артиллерийское орудие можно представить как сложную электромеханическую систему, которая состоит из подсистем. Основываясь на этом, разобьем систему на подсистемы, как для системы, так и для подсистем.

На рисунке 1.1 представлен алгоритм определения структурной сложности ЭМС.

На основе данного алгоритма в среде Mahtcad произведено решение задачи по расчету сложности трех систем 2С3М, 2С19 и 2С19М1 (в приложении А представлен расчет сложности 2С19).

Если рассматривать подсистему как отдельную, неразделимую структуру, то ее сложность определиться выражением:

(1.1)

где – коэффициент влияния изменения на сложность -й подсистемы;

– коэффициент неоднородности состава -й подсистемы,

; (1.2)

– коэффициент однородности -й подсистемы;

(1.3)

где – коэффициент, учитывающий соотношение числа ребер неориентированного графа с максимально возможным;

– количество вершин графа или число элементов -й подсистемы;

– количество ребер графа или число связей в -й подсистеме;

– энтропийные меры разнообразия связей и степеней вершин -й подсистемы.

Исходным предположением для определения энтропийных оценок является то, что, построив граф подсистемы, необходимо полностью абстрагироваться от физического содержания и попытаться получить максимум информации непосредственно из структуры подсистемы.

Для определения числа типов элементов и количества элементов каждого типа, требуется определить структурный ранг каждого элемента. Данная характеристика позволяет распределить элементы в порядке их значимости, которая определяется здесь только числом и направлением связей данного элемента с другим. Для вычисления структурного ранга воспользуемся приближенной формулой:

(1.4)

где – элементы матрицы смежности, возведенной в степень .

Матрица смежности для неориентированного графа имеет вид:

1, если существует ребро между -м и -м элементами;   0, в противном случае.

Таким образом, элементы с равными рангами и будут иметь одинаковый структурный тип.

Кроме того, число типов связей t определится числом типов элементов, а количество связей каждого типа – суммой связей от всех элементов этого типа. Тогда

(1.5)

где .

Для определения энтропийной меры разнообразия степеней вершин используем действительные степени вершин , которые для каждого элемента находятся как число ребер, инцидентных данному элементу. Одинаковые и составляют тип элементов. Число типов определяется как величина . Тогда можно записать

(1.6)

где .

Оценка структурной сложности образца учитывает сложность структуры самого образца и составляющих его подсистем. Поэтому, для каждого образца необходимо определить параметры и .

Можно записать

где – количество подсистем образца;

– количество связей между подсистемами;

- энтропийные меры разнообразия связей и степеней вершин системы;

. (1.7)

Коэффициент однородности системы можно определить по формуле:

(1.8)

где - вес сложности каждой подсистемы;

На основе данного алгоритма в среде Mahtcad произведено решение задачи по расчету сложности трех систем 2С3М, 2С19 и 2С19М1 (в приложении 1 представлен расчет сложности 2С19). Результаты представлены в таблице 1.2.

Анализ полученных данных показал, что современные образцы электромеханических систем, т.е. артиллерийского вооружения, с повышением автоматизации становятся сложнее в структуре, что повлечет за собой увеличение времени подготовки специалистов. В тоже время, при неизменном показателе времени обучения снизится качественная составляющая специалиста артиллериста.

Таблица 1.2 - Расчет сложности структуры образцов САО

Показатели сложности	2С3М	2С19	2С19М1
Гаубица 2А33	Прицел ПГ-4	Боеукладка	Транспортер	Электрооборудование	Механизм поворота башни	Система 2Э24	Гаубица 2А64	Система управления наведением 1П122	Прицельный комплекс 1П22	Приводы наведения 2Э46	Система питания боеприпасами	Электрооборудование	АСУНО
	0,16	0,68	0,41	0,56	0,18	0,39	0,56	0,31	0,28	0,59	0,54	0,41	0,54
	20,73	5,45	8,43	5,39	9,90	7,28	8,75	16,36	11,16	11,86	10,19	9,94	16,87	6,36
	0,31	0,08	0,13	0,08	0,02	0,11	0,13	0,21	0,15	0,16	0,13	0,13	0,22	0,06
	0,42	0,40	0,42
	11,06	15,50	16,84
	19,96	29,13	30,42

1.2 Анализ подходов к подготовке номеров расчета самоходных

Артиллерийских орудий

Профессиональная подготовка, это является составной частью боевой подготовки, которая в свою очередь проводится на основании программ, организационных указаний, наставлений и приказов командиров артиллерийских формирований.

Профессиональная подготовка номеров расчета включает четыре ступени: профессиональный отбор, обучение, формирование расчетов, а также дальнейшее совершенствование профессионального мастерства с учетом психологических особенностей личности, ее мотивов и интересов (тренировка) (см рисунок 1.2).

При этом обобщенный показатель освояемости системы можно представить в виде

(1.9)

где – время, необходимое для проведения профессионального отбора;

– время, необходимое для достижения номером расчета достаточного уровня профессиональной обученности в выполнении алгоритмов своей деятельности;

– время, необходимое для осуществления комплектования расчётов;

– время, необходимое для проведения периодических тренировок с целью поддержания навыков номеров расчета в отдельности и расчета в целом.

Пригодность человека к конкретному виду деятельности определяется профессиональным отбором (профотбором).

Требования к специалисту определяются совокупностью индивидуальных психологических качеств, которыми он должен обладать, чтобы успешно выполнять свои профессиональные обязанности. Одни качества в этой совокупности являются общими для всех классов воинских должностей, другие обусловлены спецификой деятельности (организаторские, сенсорно-гностические, сенсомоторные и прочие). Так, для наводчиков САО характерны:

точность и быстрота восприятия, точный глазомер;

устойчивость и концентрация внимания;

оперативная память;

быстрота мышления, умение выделить в информации главное;

координация движений руками.

Однако как показывают анализ итогов профессионального отбора военнослужащих для подразделений РВи А, с каждым годом наблюдается снижение общеобразовательного уровня и повышение количества условно пригодных кандидатов, что в свою очередь, снижает способности к обучению конкретной специальности.

Для оценки сроков освоения образцов САО на ранних стадиях их проектирования в анализ целесообразно включить лишь наиболее значимые компоненты выражения (1.9).

Действительно, поскольку затраты времени на проведение профессинально-психологического отбора кандидатов в номера расчета, а соответственно и следующее за ним комплектование боевых расчётов, как правило, занимают существенно меньшее время по сравнению с затратами времени на профессиональную подготовку, то ими можно пренебречь. Тогда можно принять, что .

Относительно затрат времени на тренировки , которые проводятся с целью поддержания у номеров расчета требуемого навыка и умения, следует отметить, что их продолжительность является производной от скорости забывания, что требуют отдельных исследований с психологической и педагогической точки зрения и этими проблемами в данной работе не занимались.

Таким образом, наиболее важным этапом для освоения образцов САО номерами расчетов является формирование у них требуемого уровня обученности, который оценивается временем . Принимая за , получим

(1.10)

где – время, необходимое на освоение информации о расположении элементов СОИ и ОУ на РМ;

– время, необходимое для приобретения номерами расчетов профессиональных навыков в выполнении осваиваемых АД.

Согласно программе обучения основными предметами боевой подготовки соединений, частей и подразделений ракетных войск и артиллерии являются техническая и специальная подготовка.

Основными задачами обучения по технической подготовке номеров расчетов являются:

изучение устройства, принципов действия и порядка подготовки материальной части САО к боевому применению;

изучение правил эксплуатации, хранения и сбережения САО;

отработка практических навыков по обнаружению и устранению простейших неисправностей САО;

содержание САО в постоянной боевой готовности.

Основными задачами обучения по специальной подготовке являются привитие номерам расчетов твердых практических навыков в выполнении функциональных обязанностей при боевой работе на штатных САО в соответствии со штатно-должностным предназначением и в порядке взаимозаменяемости, а также достижение слаженных и безошибочных действий в составе подразделений.

Занятия по специальной и технической подготовке организуются и проводятся в соответствии с программой боевой подготовки подразделений артиллерии. Знания, навыки и умения, полученные на этих занятиях, закрепляются на комплексных занятиях батарей, которые являются основным этапом боевого слаживания подразделений. Чем обуславливается время подготовки номеров расчета? Во-первых, процесс обучения номеров расчета должен продолжаться до тех пор, пока обучаемый не выйдет на так называемый требуемый уровень обученности, который характеризуется минимально возможными уровнями допускаемых ошибок и времени выполнения работы.

Во-вторых, это время обусловлено соответствующими приказами и соответствует индивидуальной подготовки номеров расчета САО.

В процессе обучения военнослужащие овладевают необходимой системой знаний, навыков и умений, которая определяется профилем боевой деятельности.

В общем смысле профессиональные знания – это та информация, которую накапливает военнослужащий в процессе профессионального обучения и боевой деятельности. Знания номеров расчетов могут выступать в форме наглядных представлений, отражающих деятельность изучаемого предмета и обладать свойством трансформации.

В этой системе средства профессиональной подготовки (СПП), применяемые для подготовки номера расчета можно разделить на две группы, одна из которых предназначена для технической подготовки или теоретического обучения, другая — специальной (практической) подготовки.

Теоретическая подготовка позволяет прини­мать правильные решения в непредвиденных обстоятельствах, делает практическую профессиональную деятельность осмысленной. Это этап приобретения знаний об объекте, который осваивает НР. Для накопления знаний, связанных со спецификой деятельности служат технические средства обучения информационно-познавательного уровня, а именно:

учебные пособия;

руководства по устройству и эксплуатации САО;

технические описания образца и его элементов;

схема, чертежи, плакаты;

учебные кино, видео и диафильмы и т.д.

Для формирования субъективных моделей объекта и среды служат технические средства обучения технико-познавательного уровня:

электрифицированные стенды;

действующие учебно-разрезные макеты;

узлы и агрегаты;

учебные выстрелы;

учебно-разрезные выстрелы и весовые макеты.

Курс теоретической подготовки предшествует практическому обучению, закрепляющему теоретические знания и формирующие практические умения и навыки. Для формирования навыков у расчета САО может быть использована подсистема технических средств профессиональной подготовки технического уровня отработки навыка:

образцы САО;

индивидуальные тренировочные учебные места;

тренажеры начальной подготовки;

средства обеспечения тренировок в составе подразделений;

комплекты средств для тренировки заряжания;

встроенные и сопрягаемые тренажеры;

комплексные тренажеры расчетов;

тренажеры технического обслуживания и ремонта;

действующие макеты, разрезные узлы и агрегаты;

имитаторы элементов комплексов вооружения.