4.1. Сложные технические системы и особенности их сертификации

4.1. Сложные технические системы и особенности их сертификации

Несмотря на разнообразие назначения, состава и условий использования все сложные технические системы (СТС) обладают некоторыми основными общими свойствами, позволяющими объединить их в один класс. К таким общим свойствам относятся целостность, эмерджентность, иерархичность и конечность.

Целостность подразумевает целенаправленную работу всех компонентов СТС как единого целого для выполнения системой ее назначения.

Эмерджентность определяет появление у СТС свойств, которые не присущи ее компонентам и вызваны неаддитивностью характеристик системы, нелинейностью связей между характеристиками системы и характеристиками ее компонентов.

Иерархичность структуры СТС понимается как возможность представления системы частью суперсистемы более высокого уровня иерархии, а любой части системы – как системы более низкого уровня.

Конечность СТС указывает на конечность потребных для ее создания ресурсов, т. е. принципиальную ее реализуемость.

Помимо этих свойств СТС присущи сложность, высокая стоимость, многоцелевой характер.

Сложность СТС определяется большим числом ее возможных состояний. В стоимость включаются затраты на создание, производство и эксплуатацию. Многоцелевой характер СТС приводит к необходимости характеризовать ее свойства рядом показателей, требования к которым нередко оказываются противоречивыми.

Формы и методы сертификации сложных изделий отличаются от традиционных подходов, применяемых при сертификации более простого оборудования. Например, сертификация аудио– и видеотехники не связана с подтверждением в рамках сертификационных испытаний показателей надежности, в то время как для оборудования летательных аппаратов такая проверка показателей надежности обязательна.

Анализ отечественных и зарубежных процедур сертификации СТС свидетельствует, что основная отличительная особенность зарубежной технологии их проектирования и создания заключается в сертификационной направленности всех видов работ (начиная с этапа эскизного проектирования), т. е., по существу, в реализации принципа «сквозной» сертификации, нашедшего широкое применение в мировой практике. Сертификация проводится с начала проектирования на всех этапах создания опытного изделия и включает значительные объемы моделирования и наземных лабораторно-стендовых испытаний на воздействие широкого спектра условий и факторов жизненного цикла изделия.

Реализация данного принципа (например в авиакосмической отрасли) способствует сокращению сроков доводки и летных испытаний летательных аппаратов (ЛА). Такой подход к сертификации широкофюзеляжных самолетов Боинг-747, DC-10 и L-1011 позволил провести летные испытания по доводке и сертификации всего за один год.

В этом случае еще на ранних стадиях создания ЛА могут быть вскрыты недостатки, в том числе несоответствие требованиям норм летной годности (НЛГ), тактико-технических требований (ТТТ) и др. нормативной документации, которые легче устранить до или в процессе создания опытного ЛА, чем во время его летных испытаний. Здесь уместно процитировать высказывание академика А. Н. Туполева: «Чем дальше от доски конструктора обнаруживается ненадежность, тем дороже она обходится». В соответствии с известным правилом десятикратного роста затрат стоимость обнаружения отказа в эксплуатации в 10 раз превышает стоимость затрат на обеспечение надежности на стадии проектирования.

Для реализации этого принципа уже на этапе эскизного проектирования разрабатывается программа сертификации, которая охватывает все виды работ. Зарубежные авиационные фирмы относят разработку и развитие программы сертификации к серьезной инженерной работе, выполняемой проектировщиками и специальной службой (подразделением, отвечающим за координацию работ по сертификации).

Подготовка к сертификации ведется с начала проектирования, и к летным испытаниям она достигает более 50 % всего объема. При этом темпы получения необходимой документации резко увеличиваются на втором году создания самолета (когда уже действуют все стенды) и сохраняются около года на всем протяжении летных испытаний. Характерной особенностью работ на всех этапах разработки является их сертификационная направленность, ориентация на последовательное заполнение пунктов таблиц соответствия, т. е. доказательство (методами анализа, статистическими данными, рабочей технической документацией, результатами наземных и летных испытаний) соответствия характеристик ЛА нормам НЛГ.

Программа «сквозной» сертификации должна включать создание моделей, стендов и других установок; разработку или уточнение методов исследований; проведение моделирования, лабораторных, стендовых и летных испытаний с оценкой соответствия самолета требованиям НЛГ; разработку и реализацию технологии летных испытаний; оформление доказательной документации и таблиц соответствия, заключений НИИ и в завершение – представление материалов в Авиарегистр межгосударственного авиационного комитета (АР МАК) для получения сертификата летной годности.

Следует особо отметить, что важнейшей процедурой реализации принципа «сквозной» сертификации является верификация, которая в мировой практике находит все более широкое применение, главным образом, при проверке и оценке результатов проектно-конструкторских работ (выполняемых соответствующими конструкторскими подразделениями) на начальном этапе создания новой техники. Данная процедура является практически единственным способом подтверждения истинности и правильности принятых технических решений в условиях большой степени неопределенности, имеющей место на начальных этапах проектирования, когда еще нет изготовленных элементов проектируемых СТС и их испытания еще невозможны. Верификации подлежат вновь разработанные конструкции элементов СТС и процессы их функционирования; мероприятия по повышению качества изделий; оценка результатов реализации этих мероприятий и т. д.

Верификация (в зависимости от характера, особенностей и вида оцениваемых технических решений) может основываться на аналитических исследованиях; расчетах; математическом и физическом моделировании; тщательном анализе исходных данных, проектно-конструкторской, технологической и эксплуатационной документации; сравнении с образцами-аналогами и т. д.

По результатам верификации, по которым выявлены те или иные несоответствия, разрабатываются и реализуются предупреждающие мероприятия, охватывающие различные аспекты деятельности ОКБ, направленные на устранение выявленных при верификации несоответствий (дефектов конструкции и др.) и, тем самым, на повышение безопасности и надежности сложных технических изделий. Для доказательства эффективности предупреждающих мероприятий они, в свою очередь, также подвергаются процедурам верификации.

Документированные результаты верификации используются при завершающей сертификации изделий авиакосмической техники в качестве доказательной документации наряду с результатами наземных и летных испытаний, статистическими данными о качестве изготовления и эксплуатации изделий, результатами исследования отказов и оценкой эффективности мероприятий по повышению безопасности и надежности, разрабатываемых и реализуемых на последующих стадиях создания СТС.

К следующему этапу «сквозной» сертификации, проводимой на начальных этапах проектирования, можно отнести лаборатор-но-стендовые сертификационные испытания уже изготовленных образцов спроектированных агрегатов, механизмов, узлов и систем создаваемых сложных технических изделий.

Учитывая сформировавшуюся в отечественной ракетно-космической промышленности и полностью оправдавшую себя ведущую роль наземной отработки для подтверждения характеристик и свойств создаваемых изделий ракетно-космической техники (РКТ), а также требуемого уровня их надежности и безопасности (как необходимых атрибутов сертификации), представляется вполне логичным и целесообразным усиление роли лабораторно-стен-довой отработки (ЛСО) при реализации принципа «сквозной» сертификации изделий РКТ. Суть предлагаемого подхода заключается в использовании для составления матрицы выполнения требований результатов автономных и комплексных лаборатор-но-стендовых испытаний уже изготовленных образцов спроектированных агрегатов, механизмов, узлов и систем создаваемых изделий. Следует отметить, что данный подход полностью коррелирует с Положением Федеральной системы сертификации космической техники (ФСС КТ), в соответствии с которым сертификационные испытания изделий РКТ, их систем и элементов, совмещаются с предусмотренными конструкторской и эксплуатационной документацией наземными испытаниями, летно-кон-структорскими и зачетными летными испытаниями.

В развитие вышеуказанного подхода представляется целесообразным приведение в соответствие отечественных требований и норм лабораторно-стендовых испытаний с общепринятыми в мировой практике требованиями и нормами развитой системы сертификационных испытаний, связанной с условиями рыночной конкуренции и жесткой регламентацией качества.

Таким образом, правомерно заключить, что для придания лабораторно-стендовым испытаниям сертификационной направленности, методы и средства проведения лабораторно-стендовых сертификационных испытаний изделий РКТ также должны быть подвергнуты процедурам верификации, т. е. проверке и доказательству (подтверждению) их соответствия требованиям и нормам отечественных и международных стандартов и другой нормативной документации.

В связи с вышесказанным еще на начальном этапе создания изделия должны разрабатываться (с позиций гармонизации с международными нормами и требованиями) методики сертификационных испытаний изделий РКТ и экспериментально-испытательных средств (ЭИС), с помощью которых на этапе ла-бораторно-стендовой отработки (ЛСО) будет осуществляться заполнение значительного объема таблицы соответствия. Данная работа должна быть завершена к концу этапа разработки рабочей документации (РД) и входить в состав доказательной документации при экспертизе РД с целью формирования заключения о ее соответствии (по состоянию) в рамках положения ФСС КТ.