Людям всегда нравились роботы. Они умеют делать что-то, «как человек». И чем сложнее робот и выполняемые им операции, тем в больший восторг приводит наблюдение за его работой.
Для автомобиля речь в первую очередь идет о безопасности, стоимости и удобстве использования. При этом, сравнивая, скажем, стоимости беспилотного и «традиционного» автомобиля, можно учитывать косвенные факторы. Сколько стоят два-три часа в день, проведенных за рулем в пробках? В беспилотном варианте в это время можно заняться какими-то своими делами.
В случае с авиационной техникой, где более половины происшествий вызваны ошибками экипажа (человеческий фактор), беспилотность призвана повысить безопасность полетов. Мультикоптеры — воздушные такси – в принципе бессмысленно делать пилотируемыми. Это должны быть легкие, компактные аппараты, в которых всё оптимизировано под перевозку пассажиров, в то время как и вес, и место, занимаемые пилотом, этому явно мешают. Авиационную технику, не предназначенную для перевозки пассажиров, в большинстве случаев также выгоднее делать беспилотной по экономическим причинам. БПЛА, как правило, имеет принципиально меньшую стоимость разработки, изготовления и эксплуатации.
Мультикоптер для внутригородских перевозок от Volocopter
Контроль процесса разработки
Между согласием разработчика на выполнение требований и передачей готового годного изделия заказчику лежит процесс разработки изделия. Каким он должен быть? Есть несколько стратегий.
Первая (самая манящая, но недальновидная): разработчик считает, что он умен и опытен. Поэтому сразу набело «начертит» конструкцию, «напишет» системы управления, сразу отдаст «в изготовление». То есть разработчик не предпринял никаких шагов по контролю требований в процессе разработки в надежде на то, что звезды сложатся удачно. Такой исход теоретически возможен, если разрабатываемое изделие является копией тех, что разработчик производил до этого. Если же оно несет в себе новые элементы, возможность такого благополучного исхода стремительно тает с ростом процента новизны в конструкции. Поскольку в процессе разработки требования не контролировались, на этап испытаний первого прототипа выйдет изделие с неизвестными характеристиками. Результаты его натурных испытаний, скорее всего, окажутся неприятным сюрпризом для разработчика.
Разработчик, как мы помним, считает себя умным и опытным. Дорабатывать изделие он будет тем же порочным способом: что-то поменяет в чертежах, системе управления, изготовит новый прототип и испытает его. Такая стратегия, основанная на итерациях проб и ошибок с натурными прототипами, – самый дорогой и неэффективный способ выполнения требований. Сколько прототипов потребуется, чтобы добиться требуемого результата? Где гарантия, что требования в конце концов удастся выполнить? Этот подход делает разработчика неконкурентоспособным.
Стратегия на самом деле должна подразумевать контроль требований в процессе разработки. В идеале этот процесс должен охватывать все этапы разработки – от анализа реализуемости проекта до сертификации изделия.
Цифровой двойник изделия
Как контролировать требования в процессе разработки изделия? Условно разделим их на те, которые можно проверить 3DCAD моделями или чертежами, и те, что нельзя. К первой группе относятся, например, габаритные размеры изделия, клиренс, колесная база автомобиля, а также компоновочные требования — агрегаты должны помещаться во внешние обводы изделия и не мешать пассажирам.
Вторая группа – функциональные требования к рабочим характеристикам изделия: топливная экономичность; дальность полета, езды на одной заправке или на одной зарядке аккумулятора; скорость; грузоподъемность, динамика движения или полета; управляемость. Рабочие характеристики – именно то, ради чего заказчику необходимо изделие.
Единственный способ контроля функциональных требований на этапах разработки – расчетные модели. В настоящее время разработчикам доступны инструменты компьютерного моделирования такого уровня, что можно говорить о полноценном цифровом двойнике разрабатываемого изделия, то есть о наборе расчетных моделей, с помощью которых можно виртуально, в компьютерной среде, воспроизвести все испытания, определяющие пригодность изделия, проверить все контролируемые характеристики, полный состав технических требований.
Виртуальная разработка объекта управления
Специфика разработки беспилотной техники заключается в том, что, помимо задачи разработки «традиционного» изделия, необходимо «научить» его выполнять задания самостоятельно, в автономном режиме. В пилотируемой конструкции объектом управляет человек. Но с ростом уровня беспилотности функции управления частично или полностью передаются компьютерной системе.