О проектировании и организации производства БПЛА гражданского назначения в КНИТУ-КАИ

Исследование в сфере проектирования и организации производства БПЛА гражданского назначения становится чрезвычайно актуальным силу того, что их использование резко снижает затраты на сложные и трудоемкие виды работ.

С быстрым развитием технологий в сфере БПЛА, существует необходимость в систематической оценке и анализе результатов проводимых НИР. Такое исследование позволит определить ключевые проблемы, выявить узкие места и понять, какие факторы оказывают наибольшее влияние на успешность проектов в данной области. Сектор БПЛА является конкурентным и динамичным. Подходы и методы оценки эф фективности НИР должны быть адаптируемыми Сафаргалиев Мансур Фуатович, кандидат экономических наук, заведующий кафедрой экономики и управления на предприятии КНИТУ-КАИ.

и гибкими, чтобы учитывать меняющиеся технологические тренды, рыночные условия и потребности клиентов. Понимание эффективности НИР в сфере БПЛА имеет важное значение для принятия решений о распределении ресурсов и инвестиций.

Вопросы создания различных типов современных БПЛА с учетом технологий их производства являются предметом исследований многих ученых. Так, особенности организации мелкосерийного производства беспилотных вертолетов за рубежом подробно описаны такими авторами, как: Е. А. Башаров, А. И. Ресинец, В. И. Резниченко [1]. Парамзин Д. С. Предпринял успешную попытку оценить влияние научно-технического прогресса в развитии производства беспилотных летательных аппаратов [2]. Оригинальные методы и модели управления качеством модульного проектирования сборочного производства беспилотных летательных аппаратов разработаны М. И. Бакустиной, Е. Г. Семеновой, В. В. Курловым [3]. Кальпина А. А. и Антипов Д. В. предложили цифровую модель технологического процесса изготовления композиционных материалов для производства беспилотных летательных аппаратов [4]. Андрян В.А. разработал научное обоснование организации процессов испытаний и производства беспилотных спутниковых аппаратов [5]. А Викулов О.В. описал перспективные беспилотные летательные аппараты вертолетного типа отечественного производства [6].

В российской научной литературе также встречаются интересные исследования, направленные на оценку эффективности НИР в сфере проектирования и организации производства наукоемкого производства и продуктов, в том числе беспилотных летательных аппаратов, а также производственные задачи управления качеством и развития персонала при проектировании и организации производства БПЛА. Например, Гаврилова И.А. развила методы управления технической подготовкой производства при выполнении НИР и ОКР наукоемкой продукции [7]. Научно-технические проблемы создания и производства роторно-поршневых двигателей для БПЛА за рубежом изучили и подробно охарактеризовали А. Н. Костюченков, В. П. Минин, С. А. Клементьев, А. В. Федин [8]. Представляет научный интерес конкретная НИР по научным основам инжиниринга перспективных технологий автоматизированного производства авиационной, ракетно-космической, транспортной и военной техник, проведенная в Курганском государственном университете [9]. Коллектив авторов, состоящий из ученных В. С. Ведяшкина, А. С. Володова, Д. М. Дитриха, предложили результаты своего своевременно проведённого исследования «Индустрия 4.0 как основы производства БПЛА» [10]. Р. И. Абрамович, М. В. Васильев, А. Р. Харитонов, К.А. Чудин предложили направления совершенствования стратегического менеджмента и аспекты управления персоналом в сфере организационно-экономического обеспечения производства БПЛА [11]. Р.С. Загидуллин и Н.В. Родионов предприняли попытку и обосновали эффективность применения машинного обучения для прогнозирования параметров качества деталей и узлов БПЛА в условиях аддитивного производства [12]. Андрюхин, Н. Д. Прогнозное моделирование оптимальной загрузки технологического оборудования производства БПЛА провели Н. Д. Андрюхин и П. М. Кузнецов [13]. Рысбекова А.К. разработала научные решения для повышения эффективности коммерциализации результатов НИР [14]. Методическое обеспечение оценки эффективности основных видов НИР разработали Ю. А. Галицкий и В. Н. Женжебир [15].

Несмотря на значительную исследовательскую активность в области проектирования и организации производства наукоёмкой авиационной техники, в том числе БПЛА, в настоящее время нет единого подхода к разработке научного обеспечения оценки эффективности НИР в сфере проектирования и организации производства БПЛА, в том числе нет единого подхода к определению эффекта НИР - научно-технического, экономического, социального; остаются вопросы измерения качества, производительности, надежности, энерго- и материалоемкости и прочих характеристик; не полностью разработаны принципы распределения эффекта НИР между участниками инновационной деятельности в сфере БПЛА; нет четкого понимания по поводу структуры источников увеличения прибыли – снижение себестоимости, увеличение продаж за счет улучшения характеристик новых или модернизированных БПЛА.

В связи с этим, целью статьи являлась оценка эффективности НИР в сфере проектирования и организации производства БПЛА гражданского назначения.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

В последние года активно развиваются технологии проектирования и эксплуатации БПЛА как военного, так гражданского назначения. Данная статья имеет целью исследование особенностей оценки эффективности проектирования и организации производства БПЛА исключительно гражданского назначения.

В КНИТУ-КАИ результативно функционирует мощная научная школа по созданию современной беспилотной авиационной техники под научным руководством заведующего кафедрой конструкции и проектирования летательных аппаратов д.т.н., профессора Гайнутдинова Владимира Григорьевича.

В настоящее время силами команды вышеуказанной научной школы создаются современные беспилотные летательные аппараты вертикального взлета и посадки.

Важно отметить, что БПЛА вертолетного типа (мультикоптеры), характеризуются более низкой скоростью и продолжительностью полета в силу особенностей своей аэродинамической схемы. При этом БПЛА самолетного типа требуют дополнительных технических средств для обеспечения взлета и посадки, что напрямую отражается либо на времени развертывания комплекса, либо на массе полезной нагрузки. Модели конкурентов оснащаются наземными катапультами для взлета и сетками, либо парашютами для обеспечения посадки.

Создаваемый в КНИТУ-КАИ БПЛА, сохраняет все преимущества присущие аппаратам вертолетного типа, при этом по своим летнотехническим характеристикам приближается к аппаратам самолетного типа.

Рис. 1 – Внешний вид БПЛА многоцелевого назначения вертикального взлета и посадки, создаваемого в КНИТУ-КАИ.

Научной группой в составе Гайнутдинова В.Г., Абдуллина И.Н., Головиной Е.С. 11.07.2018 получен патент №RU181389 на полезную модель «Модульная конструкция беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки с комбинированной силовой установкой» заявка № 2018100241 от 09.01.2018.

Главными преимуществами, создаваемых БПЛА вертикального взлета и посадки являются: не требуется пусковая установка и взлетно-посадочная полоса; модульная сборка удешевляет сервисное обслуживание; технология, ориентированная на массовое производство; способность выполнять работу в составе группы; способны выполнять задачи в автоматическом режиме.

Основным недостатком существующих вертикально взлетающих беспилотных летательных аппаратов с электрическими бесщеточными двигателями (преимущественно коптеров), на которых и производится отработка программ управления группами, является малое время полета из-за большой массы используемых Po-Li батарей. Главные преимущества: возможность группового взлета с любой площадки, посадка на движущиеся объекты, отсутствие необходимости в стартовых устройствах нивелируются малым временем нахождения в полете.

Вторая проблема заключается в отсутствии навыков пилотирования у подавляющего большинства возможных потенциальных потребителей беспилотников самолетного типа и невозможности организации массового старта из-за необходимости использования громоздких стартовых устройств - катапульт. По этой причине пользователями этих аппаратов являются в основном профессиональные пилоты, а стартовое оборудование по массе и габаритам в несколько раз больше самих аппаратов и для перевозки требует соответствующих транспортных средств. Все это проявляется в высо- кой стоимости эксплуатации создаваемого продукта.

Третья проблема – нерешенные вопросы технологичности изготовлениясамих беспилотных самолетов с вертикальным взлетом и посадкой и их высокой стоимости ограничивают возможности широкого распространения этих удобных и полезных устройств, обладающих достоинствами коптера и самолета.

Четвертая проблема – управление БЛА на расстояниях более 10 км. В настоящее время стандартная аппаратура связи позволяет работать на очень небольших расстояниях. Обеспечение канала связи достаточного для получения телеметрической информации и информации с полезной нагрузки БЛА, требует создания широкополосного канала связи позволяющего по энергетическим показателям осуществлять связь на расстояние до 100 километров.

Конструкция БЛА – модульная, время полной разборки (сборки) аппарата – 15 мин, не требует специальных инструментов. Модульная конструкция планера адаптирована к массовому производству. Возможность автоматического взлета и посадки на заданную ограниченную по размерам площадку не требуют вмешательства пилота для безопасного их осуществления. Возможность зависания аппарата на маршруте в заданных точках на любой высоте повышает возможности и качество фото-, видеосъемки.

В процессе выполнения НИР сформирован научный задел по:

• -    созданию наземной станции управления БЛА, в которой кроме осуществления управлением, обменом информацией и контролем операций по подготовки к старту и полета в автоматическом и радиоуправляемом режимах заложены алгоритмы согласования контрольных точек маршрута с располагаемыми летнотехническими характеристиками БЛА;

• -    отработаны элементы технологии изготовления и сборки несущих конструкций с пространственным ферменным (сетчатым) заполнителем;

• -    отработаны автоматические режимы взлета и посадки с использованием данных с бародатчиков, ультразвуковых сенсоров, дальномеров (лидаров) при определении высоты для аппаратов взлетной массой 6 кг, 62 кг., 150 кг., 180 кг.;

• -    создано и отработано программное обеспечение для бортового компьютера, обеспечивающее стабилизацию и управление БЛА на режимах взлета и посадки с подъемными вин-тамикоптерного типа (управление путем изменения скорости вращения) и винтами вертолетного типа с автоматами перекоса (с постоянной поддерживаемой скоростью вращения).

Предусматривается исключительно гражданское применение изделия. Основными за- казчиками и потребителями БЛА-7 станут: МЧС, Тефтяные компании, РЖД и др.

МЧС – охрана лесных массивов, топливоэнергетические компании (трубопроводы и магистрали), охрана АЭС – мониторинг территории. Площадь лесных массивов в настоящее время составляют 17 % (11532 тыс. км2) территории Республики Татарстан. На протяжении одного полета, БЛА-7 может охватить территорию площадью 150 км2. Для единовременного наблюдения лесных массивов РТ необходимо 75 самолетов.

Общая протяженность трубопроводного транспорта на территории Татарстана составляет 9117 км, в том числе для транспортировки газа - 2828 км и нефти - 6504 км. Их эксплуатируют пять основных предприятий: Один БЛА7 может охватить 100 км., соответственно для единовременного наблюдения за трубопроводами РТ необходимо 90 самолетов.

Общая протяженность железных дорог общего пользования РТ - 848 км, промышленного железнодорожного транспорта - 232 км., соответственно для единовременного наблюдения за железными дорогами РТ необходимо порядка 10 самолетов. План продаж представлен в таблице 1.

На этапе НИОКР проект полностью обеспечен необходимым персоналом. Недостающий производственный персонал будет привлекаться из числа выпускников авиационных специальностей КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева. Планируется, что в ходе выполнения проекта будет задействовано 13 человек и созданы дополнительные рабочие места. В работе планируется задействовать студентов и выпускников КНИ-ТУ-КАИ им. А.Н. Туполева по специальности «Самолето-вертолетостроение», а это поможет им приобрести опыт для дальнейшей работы в качестве конструкторов авиационной техники.

Календарный план представлен в таблице 2.

Таблица1 . План продаж БПЛА многоцелевого назначения вертикального взлета и посадки, создаваемого в КНИТУ-КАИ

Программа по годам	2024	2025	2026	2027	2028	Требования к БЛА
Количество БПЛА многоцелевого назначения вертикального взлета и посадки	4	12	60	90	120	Универсальность, дальность полета, стоимость, БЕС внеаэродромного базирования

Таблица 2 . Календарный план создания БПЛА многоцелевого назначения вертикального взлета и посадки на базе КНИТУ-КАИ

№	Наименование этапа	Ключевые контрольные точки	Плановый срок
1	Исследования и разработки	Расчет оптимальных параметров лопастей маршевого и подъемных винтов. Доработка программ для автоматического управления самолетом, стабилизации и переходным режимом. Проектирование канала связи, определение необходимого диапазона частот и полосы сигнала для обеспечения устойчивой связи, проведение испытаний макетов системы связи.	3
		Проведение наземных и летных испытаний опытного образца и отладка программы автоматической системы управления БЛА, отладка наземной станции управления (НСУ). Проведение патентных исследований согласно ГОСТ Р 15.011-96.	3
2	Доработка опытного образцам по результатам испытаний	Уточнение конструкции опытного образца по результатам летных испытаний (корректировка электронных моделей, разработка конструкторской и технологической документации). Разработка электронных моделей оснастки для выклейки элементов планера. Изготовление оснастки для выклейки элементов планера.	3
		Создание опытного образца ППМ, разработка опытных образцов антенно-фидерных устройств БЛА и наземного пункта.	3

Таблица 2 . Календарный план создания БПЛА многоцелевого назначения вертикального взлета и посадки на базе КНИТУ-КАИ (окончание)

3	Изготовление опытного образца и защита интеллектуальной собственности	Изготовление опытных образцов (2 экз.). Уточнение состава бортового оборудования и НСУ промышленного образца.	3
		Проведение патентных исследований согласно ГОСТ Р 15.011-96. Проведение мероприятий по защите интеллектуальной собственности (подача патентных заявок Федеральный институт промышленной собственности на полезную модель, а также на изобретение).Проведение предварительных испытаний опытного образца системы связи на неподвижных объектах.	3
4	Проведение испытаний опытного образца	Проведение наземных и летных испытаний опытного образца. Приёмочные испытания системы связи.	3
	Привлечение инвестиций и продвижение его на рынке	Поиск заказчиков.	3
		Формирование осведомленности о продукте на рынке. Представление возможностей продукта на тематических выставках и конференциях, в том числе международных авиационных выставках.

При переходе к серийному типу организации производства планируется закупить оборудование в лизинг.

Таблица 3 представляет собой показатели проекта, которые характеризуют инвестиционную привлекательность проекта по созданию БПЛА многоцелевого назначения вертикального взлета и посадки на базе КНИТУ-КАИ.

Так, чистая приведенная стоимость (NPV) в размере 40 525 000 рублей указывает на то, что проект ожидаемо принесет положительную прибыль, так как стоимость его будущих денежных потоков превышает начальные инвестиции. Дисконтированный срок окупаемости (PBP) в 4,87 лет означает, что проект окупится через указанный период времени с учетом дисконтирования денежных потоков. Внутренняя норма рентабельности (IRR) в размере 51,2% указывает на ожидаемую доходность проекта. Чем выше значение IRR, тем более привлекательным является проект. Норма доходности дисконтированных затрат (PI) в 261% показывает, что каждый затраченный рубль принесет 2,61 рубля прибыли. Прибыль до налога, процентов и амортизации (EBITDA) в размере 97 205 000 рублей указывает на общую прибыль до вычета налогов, процентов по кредитам и амортизации. Прибыль до процентов и налога (EBIT) также составляет 97 205 000 рублей, что означает прибыль до вычета процентов по кредитам и налогов. Прибыль до налогообложения составляет 97 205 000 рублей, что указывает на прибыль до уплаты налогов. Чистая прибыль в размере 77 764 000 рублей представляет собой прибыль после вычета налогов и других расходов, и является одним из ключевых показателей эффективности проекта или предприятия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, авторы ставят себе задачу в последующем решить открытые вопросы измерения качества, производительности и других характеристик БПЛА и другие технические во-

Таблица 3 . Эффективность полных инвестиционных затрат в течение 5 лет реализации проекта по созданию БПЛА многоцелевого назначения вертикального взлета и посадки на базе КНИТУ-КАИ

Наименование показателей	Ед. измерения	Значения
Чистая приведенная стоимость (NPV)	Руб.	40 525 000
Дисконтированный срок окупаемости (PBP)	Лет	4,87
Внутренняя норма рентабельности (IRR)	%	51,2
Норма доходности дисконтированных затрат (PI)		261%
Прибыль до налога, процентов и амортизации (EBITDA)	Руб.	97 205 000
Прибыль до процентов и налога (EBIT)	Руб.	97 205 000
Прибыль до налогообложения	Руб.	97 205 000
Чистая прибыль	Руб.	77 764 000

просы. Наряду с этим, по мнению авторов, требуется разработка методических аспектов оценки эффективности НИР в сфере проектирования и организации производства БПЛА гражданского назначения. Например, требуется разработка и апробация комплекса методик по оценке влияния ресурсосбережения эффективность организации производства изделий, а также рациональное распределение эффекта НИР между участниками проектной деятельности.