5 - 2019

Ласточка спешит

Перед «Уральскими локомотивами» была поставлена задача в достаточно короткие сроки полностью разработать комплект конструкторской документации для локальной сборки электропоезда «Ласточка» по российским стандартам с участием российских поставщиков.

Начало пути

Скоростные электропоезда сокращают расстояния между регионами нашей огромной страны, уменьшают время в пути и обеспечивают максимальный комфорт в поездке. Первым таким поездом российской сборки стала «Ласточка» (серия ЭС2Г). Ее скорость достигает 160 км/ч, а стандартный пятивагонный состав способен вместить до 1,5 тыс. человек. «Ласточка» адаптирована к российским условиям: электропоезд может работать в условиях и морского тропического климата, и северных широт при температуре от минус 40 до плюс 40 градусов по Цельсию. Зоны входа и выхода в вагонах поезда учитывают различную высоту российских посадочных платформ.

История создания «Ласточки» началась в 2009 году, когда компания «Российские железные дороги» заказала Siemens разработку пригородного двухсистемного электропоезда, адаптированного к условиям России. Новые поезда планировалось использовать в Сочи для обеспечения пригородных пассажирских перевозок во время Зимних Олимпийских игр 2014 года, а затем распространить их и на другие линии для беспересадочного обслуживания маршрутов, имеющих участки как с переменным, так и с постоянным током.

При проектировании нового электропоезда для России за основу была взята модель пятивагонных электропоездов Siemens Desiro ML, изначально разработанная в стороннем программном обеспечении. Первые 54 электропоезда серии ЭС1 строились с 2011 по 2014 год на заводе Siemens в городе Крефельде в Германии.

Для локализации производства скоростных электропоездов в России в 2010 году Siemens AG и «Группа Синара» создали совместное предприятие «Уральские локомотивы» (г. Верхняя Пышма, Свердловская обл.). Сегодня предприятие также выпускает грузовые электровозы постоянного тока (2ЭС6), переменного тока (2ЭС7) и грузовые магистральные электровозы постоянного тока (2ЭС10).

«Перед “Уральскими локомотивами” стояла задача в достаточно короткие сроки не просто собрать в России электропоезд по оригинальным немецким чертежам, а полностью подготовить комплект конструкторской документации для сборки по российским стандартам с участием российских поставщиков. Кроме того, необходимо было провести углубленную локализацию поезда, а это требовало наличия оригинальных 3D­моделей», — рассказывает Виталий Брексон, заместитель генерального директора по технической политике, ООО «Уральские локомотивы».

На рельсах дигитализации

Решение об использовании решений от Siemens PLM Software для локализации «Ласточки» было принято в результате тщательного анализа. Важными факторами, повлиявшими на выбор PLM­системы на «Уральских локомотивах», является соответствие программных продуктов Siemens российским стандартам ЕСКД и наличие наиболее компетентной команды внедрения PLM­решений в РФ. А определяющим фактором для выбора послужило то, что продукты Siemens охватывают наиболее перспективные направления развития в области дигитализации — системно­ориентированный подход к разработке изделий, проектирование изделия под заданную стоимость, технологии инженерного анализа и валидации требований к изделию в цифровом виде.

Благодаря слаженной работе по внедрению технологий Siemens PLM Software на предприятии в кратчайшие сроки была проведена полная цифровизация производства. Менее чем за три года удалось наладить серийный выпуск электропоездов «Ласточка», достигнув 80­процентной локализации производства.

Цифровизация на предприятии началась с внедрения системы управления конструкторской документацией Teamcenter и системы автоматизированного проектирования NX. Параллельно персонал конструкторской службы предприятия должен был пройти обучение работе в программах для последующей самостоятельной разработки электропоезда «Ласточка» (на платформе DESIRO RUS).

Внедрение информационных систем на предприятии было реализовано комплексно. Советом директоров было принято решение о создании корпоративной интегрированной информационной системы «Уральских локомотивов». В рамках интеграции между системой управления предприятием и Teamcenter стояла задача передать электронный состав изделия с учетом изменений. Интеграция была произведена с помощью штатных механизмов Teamcenter и позволила создать единое информационное пространство для работы всех подразделений «Уральских локомотивов», работа в котором повысила оперативность и слаженность производственных и вспомогательных служб.

Внедрение программных решений Siemens PLM Software в процесс проектирования на предприятии позволило реализовать единое управление всей конструкторской документацией, составом изделия и справочниками, а также хранение документации, осуществлять электронное согласование конструкторской документации с подразделениями завода, выполнять 3D­проектирование изделия и автоматизированное создание 2D­чертежей и спецификаций, работать с большими сборками и проводить инженерные расчеты и разработку управляющих программ для станков на основе 3D­моделей деталей.

Параллельная работа в NХ под управлением Teamcenter помогла эффективно и качественно спроектировать сложные конструкции электропоезда «Ласточка» и его модификаций, избежать ошибок на этапе подготовки конструкторской документации, выстроить автоматизированный процесс нормоконтроля.

Станция «Точный расчет»

Благодаря тесному сотрудничеству с российской командой Siemens PLM Software, за короткое время специалистами предприятия были освоены методики оценки прочностных и жесткостных характеристик несущих элементов конструкции, динамических качеств поезда на соответствие требованиям по плавности хода и комфорта пассажиров. С целью соблюдения требований по пассивной безопасности и ударопрочности проводилось виртуальное моделирование аварийных режимов столкновения электропоезда с препятствием на пути.

Система инженерных расчетов Simcenter позволила разработать эффективную конструкцию электропоезда «Ласточка» и локомотива в виртуальной среде, не прибегая к большому количеству испытаний.

«Благодаря системам инженерного анализа, таким как Simcenter, мы существенно ускоряем работу инженеров, расчетчиков, инженеров­конструкторов, сокращаем работу испытателей. За максимально короткие сроки мы реализуем множество различных конструктивных вариантов, просчитываем их в виртуальной среде, не прибегая к изготовлению опытных образцов и значительно сокращая время проектирования, что позволяет нам оперативно разрабатывать современный подвижной состав и шагать в ногу со временем, конкурируя с достаточно сильными производителями не только у нас в государстве, но и на мировом уровне», — поясняет Петр Ваулин, начальник управления проектирования механических систем департамента конструкторских разработок и исследований, ООО «Уральские локомотивы».

На основе цифровых подходов, реализованных в решениях Siemens PLM Software, в настоящее время на «Уральских локомотивах» выполняются все требования нормативов, сертификации и регламентов Таможенного союза.

Станция «Безопасность и комфорт»

Конструкция «Ласточки» соответствует стандартам безопасности и эргономики. Детали кузова электропоезда изготавливаются из экструдированного алюминиевого профиля. Металл не подвержен коррозии, а особая конструкция панелей обеспечивает жесткость и легкость вагона, что позволяет развивать высокую скорость. Производство деталей кузова подобного рода является инновационным для российского предприятия. Аналогию можно провести с авиационной промышленностью, но, кроме как на «Уральских локомотивах», больше в России нигде не изготавливаются изделия такой высокой сложности из длинномерного экструдированного тянутого профиля.

Разработка технологии обработки деталей кузова на станках с ЧПУ началась полностью с нуля. Первоначально стояла задача обработать панель стены вагона длиной 23,9 м. Высота базирования частей стены на станке отличалась на 2­3 мм друг от друга, более того — детали стены также отличались на 3­4 мм по длине. Так как панель — это элемент, на который крепятся важные компоненты салона, устанавливаются электроприборы, системы отопления, то уровнять все части между собой, не затронув плоскую часть панели, оказалось очень важной и непростой задачей. Перед специалистами Siemens PLM Software и их коллегами из «Уральских локомотивов» встала необходимость адаптировать процесс фрезерования, скорректировав управляющую программу для каждого участка панели.

После измерения контрольных точек на панели и получения массива значений данные были обработаны в модуле NХ СAM, который создал программу, абсолютно адаптируемую под любые неровности поверхности. Технология адаптивной обработки модуля NХ СAM позволяет учитывать изменившиеся условия изготовления детали относительно первоначального расчета.

Достигнув хороших результатов в обработке стены вагона, специалисты адаптировали процесс обработки для крыши и нижней части вагона, детали которых также имеют разную длину и особенности.

Изначально в Крефельде, где производились поезда модели Desiro, обработка деталей подобного рода осуществлялась с помощью дорогой оснастки. На «Уральских локомотивах» и по сей день используется недорогая оснастка и метод базирования, созданный в NХ СAM. Деталь поезда помещается на станок, при этом ее не нужно вытягивать с высокой точностью. Все операции по обработке выполняет станок с ЧПУ, управляющая программа для которого создается в модуле NХ СAM.

Комплекс решений Siemens PLM Software обеспечил качественное изготовление дорогостоящих деталей электропоезда «Ласточка» с минимальными затратами на подготовку производства и полностью исключил брак. Решения на базе NX CAM позволили сократить время переналадки за счет автоматического определения положения заготовки на станке, а симуляция работы управляющей программы в виртуальной среде сократила время внедрения на 10­15%.

Опыт, полученный при проектировании «Ласточки», был применен специалистами «Уральских локомотивов» и для проектирования магистрального грузового электровоза с асинхронным тяговым приводом «Гранит» (2ЭС10), одного из самых мощных электровозов постоянного тока для колеи 1520. Электровоз может тянуть составы суммарным весом свыше 9 тыс. т, что вдвое превышает грузоподъемность распространенных на железной дороге локомотивов серии ВЛ.

Следующая станция

Высокий потенциал «Уральских локомотивов», команда профессионалов и современные технологии Siemens PLM Software позволили создать первый российский скоростной электропоезд «Ласточка». В настоящее время он изготавливается по российским стандартам с участием российских поставщиков, а уровень локализации производства достигает 80%. В ближайшее время на предприятии запланировано внедрение модуля системы Teamcenter «Управление требованиями», который поможет объединять и учитывать требования к конструкции поезда, его безопасности, экономичности, уровню шума и с учетом всех вводных оперативно менять и создавать новую конфигурацию изделия. Также запланировано внедрение модуля «Управление CAE­данными», который обеспечит эффективную координацию данных инженерного анализа, простой поиск и повторное использование результатов, создание и управление сложной сборкой изделий.

Применение современных цифровых технологий позволяет предприятию «Уральские локомотивы» развиваться и следовать лучшим мировым практикам железнодорожного машиностроения.