Системный подход к проектированию и оценка эффективности ракетного и ствольного оружия

Московский государственный технический университет 

имени Н.Э. Баумана 

В.П. Строгалев, Б.К. Новиков, И.О. Толкачева 

Системный подход к проектированию  

и оценка эффективности 

ракетного и ствольного оружия

Учебное пособие

2-е издание, исправленное и дополненное

УДК 623.97(075.8)
ББК 32.817:30.2

С86

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  

по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/78/book1532.html

Факультет «Специальное машиностроение»
Кафедра «Ракетные и импульсные системы»

Рекомендовано 

Редакционно-издательским советом  

МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия по курсу 
«Системное проектирование ракетного и ствольного оружия»

Рецензенты:

В.Н. Тихонов, А.И. Максимов

Строгалев, В. П.

Системный подход к проектированию и оценка эффектив
ности ракетного и ствольного оружия : учебное пособие /  
В. П. Строгалев, Б. К. Новиков, И. О. Толкачева. — 2-е изд., 
испр. и доп. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2016. —163, [1] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4523-3 

Рассмотрены методологические основы теории сложных техниче
ских систем (СТС), изложены основные положения системного подхода к процессу проектирования, составляющие суть информационной 
технологии разработки образцов техники. Исследованы и сопоставлены различные методы подготовки исходной информации, выбора 
математических моделей функционирования СТС, поиска наилучших 
технических решений. Рассмотрены вопросы построения математических моделей боевых операций для военно-экономической оценки 
вооружения и последующего выбора образца, отвечающего предъявляемым к нему требованиям. 

Для студентов старших курсов оборонных специальностей.

УДК 623.97(075.8)
ББК 32.817:30.2

© МГТУ им. Н.  Э. Баумана, 2016
© Оформление. Издательство     

ISBN 978-5-7038-4523-3 
               МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016

С86

ПРЕДИСЛОВИЕ

Интенсивная разработка сложных технических систем (СТС), каковыми являются образцы вооружения — управляемые ракеты (УР), 
артиллерия и т. д., началась с середины 1950-х годов. По сложности УР 
значительно превосходили использовавшиеся неуправляемые образцы. 
Большое количество и разнообразие задач, возникающих при создании 
образцов вооружения, многочисленность искомых параметров, нелинейных связей между ними и наличие других факторов способствовали резкому возрастанию сложности процесса проектирования, объема 
и трудоемкости выполняемых работ. Однако разработка этих образцов 
по-прежнему базировалась на традиционных методах и средствах. Это 
привело к многократному увеличению численности конструкторских 
бюро (КБ), разделению функций между исполнителями, появлению 
теоретических и конструкторских подразделений, возникновению новых служб и т. д. Таким образом, в процесс проектирования оказалось 
вовлечено огромное количество специалистов различного профиля и 
квалификации. Более того, разработку нового образца осуществляют не 
только различные подразделения одного (головного) КБ, для этой цели 
часто привлекаются другие КБ и НИИ со своими традициями, опытом, интересами. В результате процесс проектирования превращается в 
сложную иерархическую систему, работа которой основана на постоянном взаимодействии специалистов, подразделений и КБ.
Наличие множества звеньев, прямых и обратных связей приводит 
к различного рода задержкам при передаче информации, к ее утере и 
искажениям, большим затратам труда и времени на согласование работ и получаемых результатов, на выявление ошибок и, как следствие, 
к весьма медленному развитию процесса проектирования и к длительным срокам разработки новых образцов.
Из-за ограниченности времени и, что особенно актуально в настоящий период, средств на разработку инженеру часто приходится принимать решение и двигаться дальше, не будучи уверенным в том, что 
это решение является наилучшим. Продолжение поиска и выявление 
лучшего варианта приводит к изменениям, корректировке уже прорабатываемой идеи, схемы, конструкции, а то и к полному пересмотру 
всех проводимых работ.

В таких условиях обеспечить ускорение проектирования при одновременном улучшении его качества и снижении стоимости возможно 
лишь на основе коренной перестройки самого процесса и разработки 
новых методологических принципов организации этого процесса.
Методология — это совокупность приемов, а также математический аппарат научных исследований, которые имеют определенную 
общность и сохраняют свое практическое значение в течение длительного периода развития СТС [1].
Первая часть учебного пособия посвящена методологии проектирования СТС, построенной на принципах системного подхода, 
особенностях информационной технологии проектирования, позволяющей обосновывать выбор критериев эффективности и соответствующих математических моделей функционирования СТС, а также 
исследовать потоки информации в процессе разработки образца во- 
оружения.
Во второй части пособия рассмотрены математические модели 
(ММ) функционирования СТС, позволяющие проводить военно-экономическую оценку вооружения.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АК 
— 
артиллерийский комплекс

БЧ 
— 
боевая часть

ГСН 
— 
головка самонаведения

ДУ 
— 
двигательная установка

ИМ 
— 
имитационная модель

КБ 
— 
конструкторское бюро

ЛА 
— 
летательный аппарат

ЛВ 
— 
линия визирования

ММ 
— 
математическая модель

НИИ 
— 
научно-исследовательский институт

НИОКР — 
научно-исследовательская и опытно
 
 
конструкторская работа 

НИР 
— 
научно-исследовательская работа 

ОКР 
— 
опытно-конструкторская работа

ПВРД 
— 
прямоточный воздушно-реактивный двигатель

ПО 
— 
программное обеспечение

ПТС 
— 
противотанковая система

ПТУР 
— 
противотанковая управляемая ракета

ПУ 
— 
пусковая установка

РДТТ 
— 
ракетный двигатель твердого топлива

РК 
— 
ракетный комплекс

САПР 
— 
система автоматизированного проектирования

СОИ 
— 
стратегическая оборонная инициатива

СПС 
— 
структурно-параметрический синтез

СТС 
— 
сложная техническая система

СУ 
— 
система управления

СФП 
— 
структурно-функциональный подход

ТЗ 
— 
техническое задание

ТТХ 
— 
тактико-технические характеристики

УР 
— 
управляемая ракета

ФСП 
— 
функционально-структурный подход

Часть I
Системный подход к проектированию 
сложных технических систем

В последнее время при исследовании и разработке сложных систем 
в любой сфере человеческой деятельности большое значение приобрел 
методологический подход, называемый системным. Системный подход — это комплексный учет взаимодействия всех элементов системы. 
Он основан на том факте, что даже если каждый элемент или подсистема имеют оптимальные конструктивные либо функциональные 
характеристики, результирующее поведение системы может оказаться 
неадекватным вследствие влияния друг на друга отдельных ее частей.

Глава 1. Основные положения системного подхода

При проектировании СТС, каковыми являются образцы вооружения, 
в последнее время особое значение приобрел методологический подход, 
называемый системным. Рассмотрим основные положения этого подхода.

1.1. Термины и определения

Большие, или сложные, системы — эти термины достаточно широко используются, хотя до сих пор их однозначного определения не 
существует [2—4].
Под системой обычно понимают упорядоченное устройство, которое состоит из взаимосвязанных частей, действующих как одно целое, 
и предназначено для достижения какой-либо определенной цели. Термин «система» обычно связывают с такими понятиями, как элемент, 
структура, связь.
Элементы — обособленные части системы, которые при их взаимодействии порождают систему.
Подсистема — совокупность элементов, реализующих определенную функцию системы.
Функция системы характеризует проявление ее свойств и представляет собой способ действия системы при взаимодействии с внешней 
средой. Это наиболее изменчивая и мобильная сторона системы.
Внутренняя форма организации системы, обеспечивающая единство состава системы и устойчивых взаимодействий между ее элемен

тами, определяет структуру системы. Составляющие элементы системы и связи между ними определяют свойства системы.
При объединении элементов в целостную схему ее свойства оказываются отличными от простой суммы свойств составляющих элементов.
Сложность системы, как правило, зависит от числа элементов. 
Различают простые системы (число элементов до 103) и сложные, или 
большие (104…1017). Сложность технической системы определяется 
такими свойствами, как взаимодействие с окружающей средой, стохастичность, иерархичность. Системы вооружения, как правило, отвечают этим требованиям. Под системой вооружения понимают совокупность устройств, выполняющих общую боевую задачу и объединенных 
централизованным способом при боевом применении.
Система (подсистема, элемент) имеет входы и выходы. Входом называют множество контактов, через которые воздействие среды передается системе. Выход — множество контактов, через которые система 
воздействует на среду. Любой элемент системы имеет по крайней мере 
один вход и один выход. Воздействие может состоять в передаче вещества, энергии, информации или комбинации этих компонентов.
Основные принципы системного подхода могут быть сведены к 
следующим положениям.
1. Целостность. Свойства системы не сводятся к сумме свойств ее 
элементов — это понятие эмерджентности.
2. Структурность. Систему можно описать путем определения ее 
структуры.
3. Взаимозависимость системы и среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой, являясь 
активным компонентом взаимодействия.
4. Иерархичность. Каждый элемент системы можно рассматривать 
как систему, а саму систему — как элемент более широкой системы — 
надсистемы.
5. Множественность описания. Для полного понимания поведения 
системы необходимо иметь множество моделей, описывающих различные свойства системы.
Рассмотрение объекта в многообразии его связей с другими объектами и построение его в целях повышения эффективности большой 
системы можно назвать системным подходом.
При системном проектировании решение частных задач осуществляется в интересах общих. Сущность системного подхода состоит в 
установлении всех основных взаимосвязей переменных факторов и в 

определении их влияния на поведение всей системы как единого целого. Системное проектирование — это комплексный учет взаимодействия всех элементов системы.
При реализации системного подхода в процессе проектирования 
можно выделить два основных направления: в первом систему рассматривают глобально, формируя ее саму и все составляющие ее подсистемы за единый акт оптимизации, во втором систему разбивают на 
элементы и рассматривают как сформированную из элементов. Если 
первое направление олицетворяет торжество общей идеи, единого, ясного замысла, то второе опирается на внутренние закономерности развития самих элементов и заложенный в них предметный опыт людей.
Первый вариант полезен на стадии начального исследования вопроса, при грубом описании и формировании систем, но основным, 
рабочим вариантом является второй — формирование системы и 
оценка эффективности решений по частям, по уровням иерархии, по 
объектам. Для того чтобы при этом не утратить системного подхода 
и не затеряться в ступенях иерархии, не утратить интересы системы в 
целом, необходимо выделить систему частных критериев и существенные связи между объектами.
Разбиение системы на уровни и объекты с выделением существенных связей между ними и частных показателей для оценки эффективности каждого объекта, подчиненных достижению общей цели, 
называют декомпозицией. В практических задачах строгое выполнение 
процедуры декомпозиции возможно сегодня только в частных случаях 
и при больших упрощениях.
При анализе СТС, описываемых достаточно большим числом 
параметров, нельзя не учитывать ограниченных возможностей исследователя по переработке и оценке информации о системе. Нельзя 
полагать, что все вопросы могут быть решены одним исследователем 
(человеком или коллективом). Именно информационная ограниченность и специализация людей, которые проектируют, изготавливают и 
эксплуатируют системы, обусловила возможность их разбиения и, как 
правило, иерархический характер, позволяющий описывать эти системы в виде иерархической структуры.
При употреблении термина «иерархическая структура» мы имеем 
в виду только то, что рассматриваемая система разбита на отдельные 
подсистемы или звенья, обладающие самостоятельными правами и 
выполняющие самостоятельные специфические функции.
Анализ иерархических систем не сводится к обычной теории оптимальных систем. И дело даже не в том, что во многих случаях функ

ционирование иерархических систем описывается операторами более сложной природы, нежели дифференциальные — в этих системах 
изменяется само понятие оптимальности. В самом деле, что значит 
оптимальная система, если каждый ее элемент имеет возможность 
максимизировать свой собственный критерий? Таким образом, иерархическая система — это принципиально многокритериальная система, 
и здесь нужно найти разумное решение при определении понятия оптимальности.
С расчетной точки зрения цель системного анализа заключается в 
отыскании такого решения, которое, не будучи строго оптимальным 
ни для одних условий, обладает приемлемой эффективностью в целом 
диапазоне условий.
Вопросом наибольшей важности при системном подходе к проектированию является выбор схемы разбиения. Основное требование 
при разбиении — чтобы каждая задача была замкнутой и одновременно являлась частью целого. При этом необходимо соблюдать принцип 
системного анализа для иерархических структур: иерархия системы — 
иерархия задач — иерархия критериев.
Как следует из рассмотрения иерархической системы, у каждой 
подсистемы некоторого уровня существуют либо подчиненные ей 
подсистемы, либо вышестоящие, которым подчинена данная.
Связи между подсистемами могут быть двух типов: либо между 
подсистемами одного и того же уровня — горизонтальные связи, либо 
между подсистемами разных уровней — вертикальные.
При локализации системы необходимо четко определить ее границы, поскольку от правильности определения границ зависит не только 
выполнение системой ее функций, эффективность и качество, но иногда и сама возможность ее использования при проектировании.
В любой реальной системе в силу диалектики всеобщей связи 
явлений число всех существующих взаимодействий чрезвычайно велико, так что учесть и исследовать абсолютно все связи практически 
невозможно, поэтому их число приходится ограничивать. Кроме того, 
учитывать все возможные связи нецелесообразно, так как среди них 
есть много несущественных, практически не влияющих на функционирование системы и качество получаемых решений.
Если по мнению разработчика, сформированному в результате исследования системы, изменение характеристик данной связи, ее исключение или полный разрыв приводят к значительному ухудшению 
работы, снижению эффективности достижения цели, то такую связь 
считают существенной.

Рассмотрим иерархию задач проектирования на примере проектирования системы вооружения (рис. 1.1). 
Пользуясь принципом иерархической подчиненности, задачу проектирования системы вооружения можно разбить на ряд уровней с соответствующей методологией решения на каждом из них.

Рис. 1.1. Иерархическая структура задач проектирования системы вооружения:
РК — ракетный комплекс; АК — артиллерийский комплекс; УР — управляемая ракета; 
ПУ — пусковая установка; ДУ — двигательная установка; БЧ — боевая часть; СУ — система управления

На первом уровне проводят комплексную оценку системы вооружения с учетом ее взаимодействия с другими системами в масштабе театра 
военных действий. Здесь определяют целесообразность принятия конкретной системы (например, РК) на вооружение и в целом облик системы. Обычно такие задачи малодоступны инженерам-проектировщикам.
На втором уровне решают задачу взаимодействия конкретного 
комплекса с противодействующими средствами противника и вырабатывают требования технического задания (ТЗ) к основным подсистемам комплекса (УР, ПУ и т. д.).
На третьем уровне формируют облик каждой подсистемы комплекса, рассчитывают их массовые, энергетические, габаритные, стоимостные и прочие характеристики, а также назначают требования ТЗ на 
формирование элементов низшего уровня иерархии (ДУ, БЧ, СУ и пр.).
На четвертом уровне проектируют и отрабатывают упомянутые 
выше элементы.
Такая иерархия представляется в общем случае бесконечной, что 
увеличивает степень детализации разрабатываемого объекта.
Сформулируем основные принципы системного подхода для иерархически упорядоченных систем.
1. Большая система может быть представлена в виде иерархической структуры, исследуемой по частям.