5 - 2007

Технологии PLM — для разработки новейших газотурбинных установок

Дмитрий Елисеев

«Мы разрабатываем двигатели нового поколения!» — таков лозунг ФГУП «ММПП «Салют». Чтобы всегда быть впереди конкурентов, сохранять за собой на отечественном и мировом рынках позиции, завоеванные почти за сто лет развития авиационных технологий, лидеру российского двигателестроения необходимо было внедрять информационные технологии даже в самые трудные времена, и завод неуклонно придерживался этой стратегии. Сегодня предприятие является одним из лидеров внедрения цифровых технологий в процессы разработки и производства изделий, организации производства, разработки прикладного математического обеспечения этих процессов.

Деятельность «Салюта» по внедрению ИТ однозначно вписывается в концепцию CALS- или PLM-технологий — концепцию управления жизненным циклом изделия. Как известно, внедрение PLM уже более 10 лет является признанным в мире способом автоматизации машиностроительных предприятий. В России в этом направлении наблюдается отставание, однако на нашем предприятии вовремя осознали, что усилия по внедрению PLM обеспечат технологический прорыв и широкие перспективы развития. Сегодня признанным правилом работы предприятий во всем мире становится согласование в электронном виде проектов с партнерами и заказчиками, электронная поддержка процессов эксплуатации и ремонта изделия. Наконец, сейчас невозможно продать на внешний рынок наукоемкую продукцию без сопроводительной документации в электронном виде.

На путь PLM завод встал отнюдь не под влиянием моды — к этому нас подтолкнула острая жизненная необходимость. В середине 90-х годов «Салют» из серийного завода стал превращаться в независимого разработчика. Вначале было создано авиадвигателестроительное КБ, а затем, в 2000 году, в результате оценки новой ситуации было организовано подразделение, способное выполнять работы по созданию индустриальных и транспортных газотурбинных двигателей. Первоначально новая структурная единица получила название ОГК-4, или КБ промышленных газотурбинных установок, а сегодня это ОМКБ «Горизонт» с филиалом в Дзержинске, где находится полигон для проведения стендовых испытаний.

Следует отметить, что создание подразделения «наземного» направления было для «Салюта» по-настоящему революционным шагом. Выполняемые на предприятии работы как в области авиационного двигателестроения, так и в новой области проектирования установок гражданского назначения во многом не имели аналогов в мировой практике.

Работа программного комплекса на базе PDM в ОМКБ «Горизонт»

Весь процесс разработки — от компоновочной схемы к 3D-модели — осуществляется с помощью ЛОЦМАН:PLM. Использование PDM-системы исключает дублирование ввода информации. Данные трехмерной модели и чертежа синхронизированы с составом изделия в ЛОЦМАН:PLM. Из основной надписи чертежа все данные (масса, наименование, материал и т.д.) передаются в атрибуты объекта ЛОЦМАН:PLM.

Организация процесса разработки — от компоновочной схемы к 3D-модели

Организация процесса разработки — от компоновочной схемы к 3D-модели

Передача изделия в расчетные пакеты осуществляется из общего хранилища данных. Выпуск конструкторской документации, создание сводных ведомостей — все это выполняется также посредством PDM-системы.

Организация работ с электронными данными в ЛОЦМАН:PLM

Организация работ с электронными данными в ЛОЦМАН:PLM

В соответствии с полномочиями были распределены права доступа к данным PDM-системы: главного конструктора и руководителей проектов, конструкторов, специалистов по расчетам, а также операторов по сопровождению электронных данных и администраторов системы. Так, в процессе работы доступ к проекту имеют рядовые конструкторы, обладающие правом на внесение изменений. После утверждения и передачи документации в производство изменения вносятся только по извещению.

Исключение дублирования данных

Исключение дублирования данных

На предприятии организована работа с электронным архивом КД. Документация хранится в растровом формате со всеми подписями. Архивные документы регистрируются в ЛОЦМАН:PLM и добавляются оператором в состав изделия. Представление электронных документов в ЛОЦМАН организовано следующим образом: уровень изделия, уровень документа (сборочные чертежи, спецификации), уровень файла (файлы чертежей и файлы спецификаций). Правильно настроен процесс прохождения документов: все сотрудники видят состояние КД на различных этапах проектирования и утверждения. Составляются планы-графики работ по различным стадиям с распределением работы между конструкторами.

Аннотирование документации в ЛОЦМАН:PLM

Аннотирование документации в ЛОЦМАН:PLM

Эффективность внедрения технологий электронного документооборота мы оценивали, в частности, на примере производства турбинных лопаток, где основным фактором ускорения работы служит наличие утвержденного электронного документа и 3D-модели.

В КБ накоплен электронный архив в несколько десятков тысяч документов. Используется единая база с филиалом в Дзержинске, передача данных осуществляется через оптоволоконный канал.

Все это предъявляло серьезные требования к формируемому комплексу информационных систем для проектирования, расчетов и управления проектом разработки изделия.

В первую очередь наша стратегия включала внедрение объемных методов 3D-моделирования со сквозными технологиями параллельной работы, поэтому мы приступили к созданию многоуровневого комплекса САПР. На массовом уровне в ОМКБ «Горизонт» в него вошли российские системы КОМПАС-График и КОМПАС-3D. Эти системы мы начали использовать для отработки деталей и узлов изделия в 2D и в 3D, а также для выпуска проектно-конструкторской документации. С системой КОМПАС были хорошо знакомы многие наши конструкторы, а кроме того, использование этого программного обеспечения облегчало задачу массовой компьютеризации КБ, ведь система, разумеется, менее требовательна к компьютерным ресурсам и гораздо дешевле тяжелых САПР. Что же касается тяжелого класса, используемого нами для создания электронных макетов двигателей, установок и особо сложных деталей, то была выбрана система Unigraphics, широко применяемая в авиационной промышленности.

Еще одной составляющей стал комплекс программ для выполнения газодинамических, теплофизических и прочностных расчетов разного уровня, в частности MSC.PATRAN+NASTRAN, ANSYS CFX и др. Все они интегрированы с CAD-системами.

С 2002 года на предприятии активно ведутся работы по внедрению кластерных технологий в инженерном анализе, причем это направление оказалось весьма перспективным. В настоящее время у нас уже собрано и используется несколько специализированных высокопроизводительных вычислительных комплексов для проведения газодинамических, теплофизических и прочностных расчетов сложных узлов изделий на базе процессоров Intel XEON и Intel-Itanium-2, работающих совместно с системой хранения конструкторской документации общей емкостью 36 Тбайт.

Применяются вычислительные мощности Межведомственного суперкомпьютерного центра Российской академии наук, не имеющие равных в России. Размеры наших расчетных моделей достигают 25 млн узлов и более.

Проектирование такого сложного изделия, как газотурбинный двигатель, требует согласованной работы всей команды разработчиков, поэтому очень быстро настал момент, когда необходимо было реализовать один из важнейших этапов CALS-технологий — внедрить PDM-систему управления инженерными данными. Нам понадобилось единое информационное поле, которое связывало бы все работы над проектами — от концептуальной проработки до изготовления серийного образца.

При выборе системы мы исходили из того, что нельзя допустить существенной разнородности систем. Поскольку половина конструкторов ОМКБ «Горизонт» работала в системе КОМПАС, мы попросили компанию АСКОН помочь с решением в области управления данными. В 2003 году компания представила свою разработку ЛОЦМАН:PLM, которая создавалась в тесном взаимодействии со специалистами предприятий-пользователей, в том числе с сотрудниками нашего КБ. Так что в ЛОЦМАН:PLM учтены все наши требования, которые, в частности, касались максимальной открытости системы, интеграции с известными CAD-решениями. Выбирая систему АСКОН, мы надеялись осуществить проект по внедрению PDM в рамках выделенного бюджета в кратчайшие сроки, задействовав оптимальные ресурсы. Затягивание проекта было недопустимо, однако опасения, что это произойдет, конечно, были. Примеров внедрения CALS-технологий в России на тот момент насчитывалось крайне мало. Но в итоге работы по проекту были выполнены качественно и заняли немногим более двух лет, что вполне нормально, тем более что разработка системы велась параллельно с внедрением.

Каковы основные результаты? На базе новой PDM-системы ЛОЦМАН:PLM организован конструкторский документооборот. В конструкторском бюро создан электронный архив сканированных чертежей в растровом формате со всеми подписями. PDM-система позволяет нам вести параллельную разработку, работать с всегда актуальным составом изделия, осуществлять разграничение прав доступа. Недавно все эти задачи стало возможным решать и в Дзержинском филиале, который теперь объединен с московским КБ посредством оптоволоконного канала. Таким образом, все специалисты работают с единой базой данных.

Мы решили задачу актуального планирования ресурсов конструкторского бюро и обеспечения достоверными данными для принятия управленческих решений. Информация предоставляется в нужное время и в нужной форме. А главное — с помощью единого программного комплекса достигается сокращение сроков разработки.

Внедрение и использование новейших информационных CALS-технологий существенно сокращает цикл от проекта до изготовления и снижает стоимость этих работ. Трехмерное моделирование, создание стереолитографических моделей деталей, численные эксперименты с помощью специализированных программных комплексов значительно ускоряют создание новой продукции, уменьшают объемы стендовых испытаний, снижают затраты на опытно-доводочные работы и повышают конкурентоспособность предприятия. Резко сокращается количество дорогостоящих опытных образцов газотурбинных двигателей для испытаний и доводок. Так, в советское время без применения САПР разработка серийного ГТД занимала до десяти лет, при этом изготавливалось до 50 опытных изделий. Сегодня их количество сокращено до двух-трех, а сроки разработки — с десяти до трех-четырех лет.

Модель двигателя ГТД-1С (модель принимала участие в Конкурсе АСов КОМПьютерного моделирования, проводившемся АСКОН в 2005 году, и была отмечена специальным призом)

Модель двигателя ГТД-1С (модель принимала участие в Конкурсе АСов КОМПьютерного моделирования, проводившемся АСКОН в 2005 году, и была отмечена специальным призом)

Новые информационные технологии способствовали быстрому и качественному выполнению наших проектов двигателей гражданского назначения. Расскажем о них подробнее.

В настоящее время наблюдается высокий спрос на энергетическое оборудование, вызванный освоением новых месторождений нефти и газа, строительством новых газопроводов и т.д. Повышение цен на электроэнергию вынуждает многие промышленные предприятия переходить на собственное электроснабжение путем приобретения и установки автономных модульных газотурбинных электростанций. В соответствии с «Соглашением о долгосрочном сотрудничестве ОАО “Газпром” и ММПП “Салют”» нами начато создание газотурбинных установок. Уже сейчас в Ямбурге на ГТЭС-72 работают газотурбинные установки ГТЭ-20С, использующие в качестве топлива природный газ. Отметим, что от начала разработки до создания опытного двигателя данного образца прошло всего порядка трех лет.

В 2000 году «Салют» вышел на энергомашиностроительный рынок с высокоэкономичной парогазотурбинной энергетической установкой ПГУ-60С мощностью 60 МВт, в которой применен впрыск пара в тракт ГТД. Достоинством этой установки, подтверждающим перспективность газотурбинных технологий в энергетике, является высокий коэффициент использования топлива — более 95%, при электрическом коэффициенте полезного действия 52%. Экологические характеристики заявленной парогазовой установки превосходят лучшие мировые образцы. Строительство новой установки ведется на ТЭЦ-28 АО «Мосэнерго».

КБ выполняет проекты и по созданию двигателей несколько меньшего масштаба. В качестве примера отметим двигатель для маневрового тепловоза — ГТД-1С мощностью 1 МВт, созданный по заказу ОАО «РЖД». Проект полностью выполнен с использованием систем КОМПАС и ЛОЦМАН.

Работы в КБ промышленных газотурбинных установок имеют большое значение для внедрения CALS-технологий на ММПП «Салют» в целом. В ходе проекта по развертыванию PDM-системы ЛОЦМАН:PLM сформирована группа внедрения, отработаны технологии установки и настройки систем. Как уже отмечалось, внедрение заняло немногим более двух лет. Действительно, сейчас и на Западе пользователи PLM-решений говорят о том, что нет времени и ресурсов на слишком длительное внедрение данных систем. А поэтому сами системы и методики их установки должны быть оптимальными с точки зрения функционала, трудоемкости и стоимости. Система ЛОЦМАН:PLM оказалась именно таким решением.

Сегодня весь накопленный опыт и кадровый потенциал используется при внедрении PDM-системы Teamcenter Engineering в авиадвигателестроительном КБ. Как видите, наше предприятие придерживается концепции многоуровневого внедрения PDM, которая распространена как на Западе, так и у наших крупных предприятий.

Итак, в период с 2002-го по 2007 год в ОМКБ «Горизонт» создан и внедрен комплекс CALS-технологий, накоплен опыт сквозного проектирования и изготовления ГТД, сокращена продолжительность проектирования и изготовления опытных и серийных образцов изделий, снижены затраты и повышено качество продукции. В итоге новые технологии дают ФГУП ММПП «Салют» важные конкурентные преимущества на рынке как гражданской, так и оборонной продукции.


Дмитрий Николаевич Елисеев

Дмитрий Николаевич Елисеев

Директор по информационным технологиям ФГУП «ММПП «Салют».

В начало В начало

САПР и графика 5`2007