«Круг жизни» в цифре:
https://dzen.ru/a/Zo0AMe71o0NC1DBy
Информационные технологии внедряются на всех этапах жизненного цикла самолета
Андрей Зудилов (ОКБ Сухого)
На стадии серийного производства вся документация и программы для станков с ЧПУ разрабатываются в структуре электронного макета
Полная информация о современном самолете - это огромный массив данных. Не менее объемны описания всех процессов, протекающих за время жизни летательного аппарата. Всю эту информацию необходимо хранить, поддерживая ее целостность и непротиворечивость. И из всего этого объема данных постоянно требуется быстро отобрать и выдать нужные сведения совершенно различным потребителям - от конструктора до технолога, от завода до эксплуатирующей организации. Помочь с решением этой сложнейшей задачи могут только современные информационные технологии.
Есть такое понятие - «электронное описание изделия». Это совокупность расчетных, конструкторских, технологических и эксплуатационных данных о самолете с момента его «рождения»-замысла и до самой «смерти»-утилизации. Весь этот промежуток времени зовется жизненным циклом. Для создания такого наиболее полного и достоверного «жизнеописания» необходимо участие всех без исключения специалистов, задействованных в «круге жизни» самолета.
Ключевым элементом электронного описания изделия является электронный макет (ЭМ). Он содержит взаимоувязанную в пространстве совокупность трехмерных электронных моделей деталей, узлов и агрегатов самолета с применением всех необходимых покупных и стандартных изделий. ЭМ деталей и сборочных единиц входят в ЭМ узлов, узлы в агрегаты. Все это обеспечивает формирование конструкторского состава самолета. ЭМ изделия, помимо геометрии и состава, также обязательно содержит описания, инструкции, расчеты.
Электронные модели агрегатов делают их разработчики, что существенно экономит время
Первый опыт
В 1996 году ОКБ Сухого приобрело первые нескольких рабочих станций с CAD-системой трехмерного проектирования. Специалисты отделов ОКБ начали осваивать новую для себя технологию: строили 3D-модели отдельных узлов и элементов конструкции, моделировали поверхности самолета, сложные детали планера, кинематику шасси. Одновременно с ОКБ и на производстве для станков с ЧПУ начали разрабатывать программы, построенные на основе моделей деталей. «Вскоре пришло понимание: для значительного повышения эффективности применения трехмерного проектирования, необходимо моделировать самолет целиком - и каркас, и системы, и оборудование», - рассказывает заместитель директора ОКБ Сухого по проектированию Евгений Савельевских.
Первые электронные макеты изделия в ОКБ Сухого были сделаны в 1999 году для легких самолетов Су-38Л и Су-49. На них конструкторы из всех отделов набирались опыта. В тоже время приобретались дополнительные рабочие станции, расширялось серверное хозяйство. Доработали и нормативную базу - без нее ЭМ остались бы лишь интересным опытом, который невозможно использовать для создания больших серийных самолетов.
От «провязки» к ЭМ
Технология электронного макетирования полностью изменила весь ход опытно-конструкторских работ в ОКБ Сухого. «Раньше комплекты чертежей создавались бригадами конструкторов на основе так называемых “провязок” - эскизов, на которых изображают и увязывают в крупном масштабе агрегат с основными деталями, - поясняет первый заместитель начальника КБ Андрей Зудилов. - Потом на кульманах или в AutoCAD’е оформляли детальные и сборочные чертежи. Внесение изменений при такой технологии было очень непростым делом: изменения требовали сначала проработки на “провязке”, затем отражения в детальных и сборочных чертежах».
Электронный макет изделия, по сути, организовал совместную работу всей команды конструкторов в онлайн-режиме: деталь, прорисованная одним конструктором в структуре электронного макета, сразу же становилась видна всем остальным, была доступна для взаимоувязки. Кроме этого, вся конструкторская команда работала с одним, единым комплектом исходных данных - теоретическими обводами, силовой схемой, схемой трасс и коммуникаций.
Еще одно преимущество - электронные макеты всех деталей имеют так называемые ассоциативные связи с исходными данными, на основании которых они были построены, например, ЭМ поверхности, силовая схема, смежные детали. Таким образом, при необходимости каких-либо изменений, они синхронно вносятся в макет самолета в силу все тех же ассоциативных связей.
Так реализовывалось параллельное проектирование. Такой подход существенно сокращал сроки проектирования, расчетов, передачи документации на производство. В ОКБ Сухого в форме электронного макета на всех этапах жизненного цикла был реализован, например, истребитель пятого поколения Т-50.
В проекте Т-50 было разработано несколько вариантов компоновок
«Детство»: на первых стадиях проекта
Аванпроект - это предварительный этап разработки самолета. Он определяет в общем виде возможные варианты облика будущей машины. Уже на этом этапе при создании ЭМ самолета компоновщики и конструкторы работают параллельно с расчетчиками. Геометрия макета становится исходными данными для расчетов аэродинамики, аэроупругости, аэродинамических нагрузок. На финише этапа на основе ЭМ конструкции формируется конечно-элементная модель для расчета нагрузок на основные силовые элементы планера. В проекте Т-50, например, было разработано несколько вариантов компоновок, из которых выбрали наиболее оптимальный для эскизного проекта.
Эскизный проект - это первый этап опытно-конструкторских работ. На нем идет проработка всех основных конструктивно-компоновочных решений. Он служит основой технического проекта - принятия окончательных технических решений, дающих полное представление о конструкции самолета и принципиальных технологических решениях по его изготовлению. При создании эскизного и особенно технического проектов команда разработчиков существенно расширяется. Идет уже проработка и моделирование всех основных элементов конструкции, агрегатов самолетных систем и установок оборудования. В моделях идет прокладка трасс всех трубопроводов и жгутов. Параллельно уточняются расчеты нагрузок. Конструкция «дышит»: найденные слабые места усиливаются, излишки толщин снимаются.
На этапе техпроекта обычно строился полнонатурный макет. Он наглядно демонстрировал все конструктивно-компоновочные решения, размещение экипажа, грузов, топлива. «Разумеется, при наличии электронного макета постройка натурного макета не выполняется, - уточняет заместитель главного конструктора Алексей Иванов. - Для демонстрации эксплуатационной технологичности самолета создается электронный макет средств наземного обслуживания, грузов, инструмента. При помощи модуля “виртуальный человек” моделируются процессы обслуживания, например, демонтаж и монтаж двигателя, подвески грузов, заправки топливом. В проекте Т-50 на макетную комиссию вместо натурного макета впервые был предъявлен макет изделия в электронном виде».
Модуль «виртуальный человек» помогает моделировать процессы обслуживания самолета
«Отрочество»: РКД
На этапе разработки рабочей конструкторской документации (РКД) основная задача электронного макета - предоставить всю необходимую информацию для изготовления самолета. Кроме геометрии, в макете присутствует вся дополнительная информация: технические требования, материалы и полуфабрикаты, допуска, маркировка.
«Требования к электронному макету на этапе РКД формируются совместно с заводом-изготовителем - одним из потребителей макета, - отмечает заместитель начальника отдела крыла и оперения Александр Архипов. - Так, все требования к макету Т-50, которые потом вошли в стандарты ОКБ Сухого, были проработаны со специалистами Комсомольского-на-Амуре авиазавода. Такой подход позволил отказаться от разработки и передачи на завод традиционных бумажных чертежей, ведь вся информация содержалась в соответствующих моделях». Вслед за Комсомольским и Новосибирский авиазавод им. В. П. Чкалова перешел в проекте С-70 на бесчертежные технологии.
Технологи заводов подключаются к технологической отработке еще на стадии создания электронного макета, задолго до передачи РКД в производство. Их замечания и предложения оперативно вносятся в конструкцию. Готовая РКД передается на производство по мере завершения проектирования узлов и агрегатов, небольшими комплектами, фактически в онлайн-режиме. И завод может сразу приступать к производству.
Чтобы не вернуться к черчению
Для создания полного электронного макета изделия на этапе РКД в приемлемые сроки и приемлемыми силами, необходимо обеспечить автоматизацию процессов создания макета. Например, простановка крепежа до заклепки (а это требование технологов завода), моделирование слоев композиционных материалов (без этого не уйти от чертежей), моделирование электрожгутов с учетом толщины входящих в него проводов - все это может привести к неприемлемым срокам, отбросить назад, к традиционному черчению. В ОКБ Сухого используется комплекс специальных программных средств, созданы базы данных стандартного крепежа, электроразъемов и материалов. Силами ИТ-подразделений ОКБ разработаны средства автоматизации моделирования стандартизованных элементов конструкции - подсечек, отбортовок, гидросистем, электрожгутов.
«Юность»: производство и испытания
По мере подготовки производства у технологов часто возникают предложения по корректировке конструкции. Их, после согласования с разработчиком, вносят в электронный макет уже силами конструкторов завода.
По готовой документации изготавливают сначала опытные, а затем - серийные машины. Вся технологическая документация, документация на оснастку, программы для станков с ЧПУ тоже разрабатываются в структуре электронного макета. И для них тоже устанавливаются ассоциативные связи с исходными электронными макетами деталей и сборок. Это позволяет отслеживать все изменения в конструкции и вносить их в технологические документы, обновлять программы для станков с ЧПУ.
Построены опытные машины - начинаются летные испытания. Здесь информация из электронного макета используется для оперативного проведения доработок при устранении замечаний, выявленных при испытаниях. Конструкторы вносят изменения в электронный макет, детали сразу же запускаются в производство, самолет дорабатывается непосредственно на летно-испытательной базе.
«Зрелость»: эксплуатация
И вот наступает этап эксплуатации. Здесь комплекс средств интегрированной логистической поддержки на основе информационных технологий обеспечивает мониторинг технической эксплуатации самолетов: приходит актуализированная информация о техническом состоянии, автоматизируется процесс технического обслуживания и ремонта и материально-технического обеспечения. Это позволяет выполнять требования контрактов жизненного цикла по обеспечению исправности авиационной техники с обеспечением технической эксплуатации по состоянию. В свою очередь, это снижает затраты на эксплуатацию и обслуживание.
«В современных условиях разработка, производство и эксплуатация современной авиационной техники, безусловно, требуют и современных подходов в проектировании, - уверен Евгений Савельевских. - Они обеспечивают совместную разработку силами больших команд разработчиков, часто находящихся в разных концах страны. Они же позволяют быстро вносить изменения, совместно работать разработчикам и изготовителям. С их же помощью создается и кооперация изготовителей, и логистическая поддержка эксплуатации».
Информационные технологии внедряются на всех этапах жизненного цикла самолета
Андрей Зудилов (ОКБ Сухого)
На стадии серийного производства вся документация и программы для станков с ЧПУ разрабатываются в структуре электронного макета
Полная информация о современном самолете - это огромный массив данных. Не менее объемны описания всех процессов, протекающих за время жизни летательного аппарата. Всю эту информацию необходимо хранить, поддерживая ее целостность и непротиворечивость. И из всего этого объема данных постоянно требуется быстро отобрать и выдать нужные сведения совершенно различным потребителям - от конструктора до технолога, от завода до эксплуатирующей организации. Помочь с решением этой сложнейшей задачи могут только современные информационные технологии.
Есть такое понятие - «электронное описание изделия». Это совокупность расчетных, конструкторских, технологических и эксплуатационных данных о самолете с момента его «рождения»-замысла и до самой «смерти»-утилизации. Весь этот промежуток времени зовется жизненным циклом. Для создания такого наиболее полного и достоверного «жизнеописания» необходимо участие всех без исключения специалистов, задействованных в «круге жизни» самолета.
Ключевым элементом электронного описания изделия является электронный макет (ЭМ). Он содержит взаимоувязанную в пространстве совокупность трехмерных электронных моделей деталей, узлов и агрегатов самолета с применением всех необходимых покупных и стандартных изделий. ЭМ деталей и сборочных единиц входят в ЭМ узлов, узлы в агрегаты. Все это обеспечивает формирование конструкторского состава самолета. ЭМ изделия, помимо геометрии и состава, также обязательно содержит описания, инструкции, расчеты.
Электронные модели агрегатов делают их разработчики, что существенно экономит время
Первый опыт
В 1996 году ОКБ Сухого приобрело первые нескольких рабочих станций с CAD-системой трехмерного проектирования. Специалисты отделов ОКБ начали осваивать новую для себя технологию: строили 3D-модели отдельных узлов и элементов конструкции, моделировали поверхности самолета, сложные детали планера, кинематику шасси. Одновременно с ОКБ и на производстве для станков с ЧПУ начали разрабатывать программы, построенные на основе моделей деталей. «Вскоре пришло понимание: для значительного повышения эффективности применения трехмерного проектирования, необходимо моделировать самолет целиком - и каркас, и системы, и оборудование», - рассказывает заместитель директора ОКБ Сухого по проектированию Евгений Савельевских.
Первые электронные макеты изделия в ОКБ Сухого были сделаны в 1999 году для легких самолетов Су-38Л и Су-49. На них конструкторы из всех отделов набирались опыта. В тоже время приобретались дополнительные рабочие станции, расширялось серверное хозяйство. Доработали и нормативную базу - без нее ЭМ остались бы лишь интересным опытом, который невозможно использовать для создания больших серийных самолетов.
От «провязки» к ЭМ
Технология электронного макетирования полностью изменила весь ход опытно-конструкторских работ в ОКБ Сухого. «Раньше комплекты чертежей создавались бригадами конструкторов на основе так называемых “провязок” - эскизов, на которых изображают и увязывают в крупном масштабе агрегат с основными деталями, - поясняет первый заместитель начальника КБ Андрей Зудилов. - Потом на кульманах или в AutoCAD’е оформляли детальные и сборочные чертежи. Внесение изменений при такой технологии было очень непростым делом: изменения требовали сначала проработки на “провязке”, затем отражения в детальных и сборочных чертежах».
Электронный макет изделия, по сути, организовал совместную работу всей команды конструкторов в онлайн-режиме: деталь, прорисованная одним конструктором в структуре электронного макета, сразу же становилась видна всем остальным, была доступна для взаимоувязки. Кроме этого, вся конструкторская команда работала с одним, единым комплектом исходных данных - теоретическими обводами, силовой схемой, схемой трасс и коммуникаций.
Еще одно преимущество - электронные макеты всех деталей имеют так называемые ассоциативные связи с исходными данными, на основании которых они были построены, например, ЭМ поверхности, силовая схема, смежные детали. Таким образом, при необходимости каких-либо изменений, они синхронно вносятся в макет самолета в силу все тех же ассоциативных связей.
Так реализовывалось параллельное проектирование. Такой подход существенно сокращал сроки проектирования, расчетов, передачи документации на производство. В ОКБ Сухого в форме электронного макета на всех этапах жизненного цикла был реализован, например, истребитель пятого поколения Т-50.
В проекте Т-50 было разработано несколько вариантов компоновок
«Детство»: на первых стадиях проекта
Аванпроект - это предварительный этап разработки самолета. Он определяет в общем виде возможные варианты облика будущей машины. Уже на этом этапе при создании ЭМ самолета компоновщики и конструкторы работают параллельно с расчетчиками. Геометрия макета становится исходными данными для расчетов аэродинамики, аэроупругости, аэродинамических нагрузок. На финише этапа на основе ЭМ конструкции формируется конечно-элементная модель для расчета нагрузок на основные силовые элементы планера. В проекте Т-50, например, было разработано несколько вариантов компоновок, из которых выбрали наиболее оптимальный для эскизного проекта.
Эскизный проект - это первый этап опытно-конструкторских работ. На нем идет проработка всех основных конструктивно-компоновочных решений. Он служит основой технического проекта - принятия окончательных технических решений, дающих полное представление о конструкции самолета и принципиальных технологических решениях по его изготовлению. При создании эскизного и особенно технического проектов команда разработчиков существенно расширяется. Идет уже проработка и моделирование всех основных элементов конструкции, агрегатов самолетных систем и установок оборудования. В моделях идет прокладка трасс всех трубопроводов и жгутов. Параллельно уточняются расчеты нагрузок. Конструкция «дышит»: найденные слабые места усиливаются, излишки толщин снимаются.
На этапе техпроекта обычно строился полнонатурный макет. Он наглядно демонстрировал все конструктивно-компоновочные решения, размещение экипажа, грузов, топлива. «Разумеется, при наличии электронного макета постройка натурного макета не выполняется, - уточняет заместитель главного конструктора Алексей Иванов. - Для демонстрации эксплуатационной технологичности самолета создается электронный макет средств наземного обслуживания, грузов, инструмента. При помощи модуля “виртуальный человек” моделируются процессы обслуживания, например, демонтаж и монтаж двигателя, подвески грузов, заправки топливом. В проекте Т-50 на макетную комиссию вместо натурного макета впервые был предъявлен макет изделия в электронном виде».
Модуль «виртуальный человек» помогает моделировать процессы обслуживания самолета
«Отрочество»: РКД
На этапе разработки рабочей конструкторской документации (РКД) основная задача электронного макета - предоставить всю необходимую информацию для изготовления самолета. Кроме геометрии, в макете присутствует вся дополнительная информация: технические требования, материалы и полуфабрикаты, допуска, маркировка.
«Требования к электронному макету на этапе РКД формируются совместно с заводом-изготовителем - одним из потребителей макета, - отмечает заместитель начальника отдела крыла и оперения Александр Архипов. - Так, все требования к макету Т-50, которые потом вошли в стандарты ОКБ Сухого, были проработаны со специалистами Комсомольского-на-Амуре авиазавода. Такой подход позволил отказаться от разработки и передачи на завод традиционных бумажных чертежей, ведь вся информация содержалась в соответствующих моделях». Вслед за Комсомольским и Новосибирский авиазавод им. В. П. Чкалова перешел в проекте С-70 на бесчертежные технологии.
Технологи заводов подключаются к технологической отработке еще на стадии создания электронного макета, задолго до передачи РКД в производство. Их замечания и предложения оперативно вносятся в конструкцию. Готовая РКД передается на производство по мере завершения проектирования узлов и агрегатов, небольшими комплектами, фактически в онлайн-режиме. И завод может сразу приступать к производству.
Чтобы не вернуться к черчению
Для создания полного электронного макета изделия на этапе РКД в приемлемые сроки и приемлемыми силами, необходимо обеспечить автоматизацию процессов создания макета. Например, простановка крепежа до заклепки (а это требование технологов завода), моделирование слоев композиционных материалов (без этого не уйти от чертежей), моделирование электрожгутов с учетом толщины входящих в него проводов - все это может привести к неприемлемым срокам, отбросить назад, к традиционному черчению. В ОКБ Сухого используется комплекс специальных программных средств, созданы базы данных стандартного крепежа, электроразъемов и материалов. Силами ИТ-подразделений ОКБ разработаны средства автоматизации моделирования стандартизованных элементов конструкции - подсечек, отбортовок, гидросистем, электрожгутов.
«Юность»: производство и испытания
По мере подготовки производства у технологов часто возникают предложения по корректировке конструкции. Их, после согласования с разработчиком, вносят в электронный макет уже силами конструкторов завода.
По готовой документации изготавливают сначала опытные, а затем - серийные машины. Вся технологическая документация, документация на оснастку, программы для станков с ЧПУ тоже разрабатываются в структуре электронного макета. И для них тоже устанавливаются ассоциативные связи с исходными электронными макетами деталей и сборок. Это позволяет отслеживать все изменения в конструкции и вносить их в технологические документы, обновлять программы для станков с ЧПУ.
Построены опытные машины - начинаются летные испытания. Здесь информация из электронного макета используется для оперативного проведения доработок при устранении замечаний, выявленных при испытаниях. Конструкторы вносят изменения в электронный макет, детали сразу же запускаются в производство, самолет дорабатывается непосредственно на летно-испытательной базе.
«Зрелость»: эксплуатация
И вот наступает этап эксплуатации. Здесь комплекс средств интегрированной логистической поддержки на основе информационных технологий обеспечивает мониторинг технической эксплуатации самолетов: приходит актуализированная информация о техническом состоянии, автоматизируется процесс технического обслуживания и ремонта и материально-технического обеспечения. Это позволяет выполнять требования контрактов жизненного цикла по обеспечению исправности авиационной техники с обеспечением технической эксплуатации по состоянию. В свою очередь, это снижает затраты на эксплуатацию и обслуживание.
«В современных условиях разработка, производство и эксплуатация современной авиационной техники, безусловно, требуют и современных подходов в проектировании, - уверен Евгений Савельевских. - Они обеспечивают совместную разработку силами больших команд разработчиков, часто находящихся в разных концах страны. Они же позволяют быстро вносить изменения, совместно работать разработчикам и изготовителям. С их же помощью создается и кооперация изготовителей, и логистическая поддержка эксплуатации».