10 - 2020

Цифровая трансформация: от «электронного кульмана» до «Цифровой мануфактуры»


Дмитрий Шевелев, генеральный конструктор ОКБ «Аэрокосмические системы», генеральный директор компании «Цифровая мануфактура»

АО «ОКБ «Аэрокосмические системы» — российская компания, входящая в корпорацию «Промышленные технологии» (АО «Промтех»). Конструкторское бюро, центр разработки САПР и опытное производство находятся в Особой экономической зоне Московской области в г.Дубне.

Базовой областью деятельности ОКБ является разработка, производство, интеграция и сертификация бортовых систем генерирования, распределения и преобразования электрической энергии, трубопроводных бортовых гидравлических, пневматических и топливных систем, внешнего и внутрикабинного светотехнического оборудования, коммутационно­распределительных устройств, средств автоматизации конструкторско­технологической подготовки производства кабельных сетей и трубопроводных систем, контрольно­поверочной аппаратуры, тестирующего оборудования и натурных полноразмерных испытательных стендовых комплексов.

Рис. 1. База покупных изделий и материалов

В процессе проведения работ по проектированию бортовых систем для отечественных перспективных гражданских региональных и среднемагистральных самолетов ОКБ столкнулось с возросшими требованиями авиационных властей и головных разработчиков воздушного судна к разрабатываемым системам. Как показала практика, использование программных средств, по сути представляющих собой «электронный кульман», не обеспечивало выполнение проектов в требуемые и достаточно сжатые сроки, а также существенно снижало финансово­экономическую эффективность при выполнении работ и затрудняло достижение заданных технических характеристик разрабатываемых изделий, поэтому на определенном этапе развития ОКБ было принято решение о внедрении специализированных автоматизированных средств проектирования бортовых систем.

Рис. 2. Многопользовательский режим

После тщательного изучения рынка специализированного инженерного программного обеспечения и проведенного детального анализа возможностей целого ряда программных пакетов (как отечественных, так и зарубежных) было принято буквально судьбоносное решение — развивать собственное направление по разработке специализированного программного комплекса, предназначенного для автоматизации разработки электрических и гидравлических систем. К такому решению подталкивали как собственная потребность в подобном ПО в рамках выполнения действующих контрактов, так и повышенный интерес со стороны наших заказчиков — головных отраслевых предприятий — во внедрении программного продукта такого класса в своих профильных конструкторских подразделениях.

Для реализации проекта в структуре ОКБ было сформировано специальное подразделение — «Центр разработки САПР», на базе которого велось формирование общей архитектуры и наполнение функциональными модулями нашего коммерческого продукта — САПР «Макс». Постановщиками задач для программистов при разработке САПР «Макс» являлись и являются по сей день инженеры­конструкторы ОКБ, которые досконально знают все нюансы проектирования бортовой электрики и гидравлики, ежедневно решают новые и всё более сложные задачи для выполнения требований технических заданий от головных разработчиков авиационной и космической техники, понимают алгоритмику управления требованиями на этапе разработки и изменениями при выпуске конструкторской документации.

С учетом последовавших событий — введения санкций в адрес нашей страны со стороны западных государств и перманентного наращивания санкционного давления вплоть до открытого отказа зарубежных поставщиков в поставках по действующим контрактам — заблаговременно принятое решение о работах над этим программным продуктом явилось поистине пророческим, став стратегическим залогом обеспечения импортонезависимости отечественных лидирующих отраслевых предприятий в данном сегменте цифровизации промышленности.

Необходимо отметить, что изначально продукт ориентировался на требования наших основных заказчиков: конструкторских бюро «Объединенной авиастроительной корпорации», конструкторских бюро Миля и Камова холдинга «Вертолеты России» (в настоящее время — Национальный центр вертолетостроения имени М.Л. Миля и Н.И. Камова), головных предприятий Госкорпорации «Роскосмос», предприятий — разработчиков наземной техники. И практически для каждой отрасли в итоге было создано отдельное решение, кастомизированное под узкоспециальные требования.

При этом если обобщить некоторые ключевые особенности, составляющие идеологию работы в САПР «Макс», то основу разрабатываемых в САПР «Макс» систем составляет цифровая модель данных, содержащая исходные данные для проектирования, а также различные нормативные ограничения и требования. Модель данных наиболее полно описывает реальные объекты предметной области и связи между ними. Каждый объект в рамках модели содержит атрибуты, расширяющие информацию о нем до необходимой и достаточной.

Модель данных позволяет не только получать полное представление о составе и структуре проектируемого изделия, но и в любой момент выполнять автоматическое создание конструкторской и технологической документации. При этом САПР «Макс» обеспечивает связь между цифровой моделью и графическим представлением объектов в документации (рис. 3).

Рис. 3. Разработка схем в САПР «Макс»

Установленные требования — основа успешного создания системы. САПР «Макс» имеет функционал ограничения базы ПКИ по внешним воздействующим факторам и другим условиям проекта, а также по технологическим и производственным возможностям предприятия. САПР «Макс» не позволит применить для разрабатываемой системы компоненты, которые не отвечают условиям проекта, либо конструкторские решения, не обеспеченные одобренными технологиями. Помимо таких требований, как температурные диапазоны, герметичность, давление, задаются ограничения по массе, стоимости и т.д. При заданной ограниченной стоимости изделия, если в процессе разработки мы начинаем превышать установленные пределы, система анализирует текущее состояние проекта и сигнализирует об этом (рис. 4).

Рис. 4. Управление требованиями

Практически любая доработка изделия, будь то перекомпоновка или замена оборудования, влияет на проводные системы. При внесении изменений в кабельные сети необходимо учитывать множество требований: обеспечить электромагнитную совместимость компонентов системы, гарантировать требования надежности, уложиться в заданные ограничения по весу, не допустить снижения тактико­технических характеристик изделия в целом. Система управления изменениями САПР «Макс» обеспечивает комплексное внесение изменений, а для кабельных сетей это не только классическая конструкторская документация (схемы, чертежи, спецификации и т.д.), но и электронная структура изделия, технологическая документация и т.д. (рис. 5).

Рис. 5. Управление изменениями

Рис. 5. Управление изменениями

Все изменения, проведенные на этапе создания опытного образца, например по журналу изменений, зафиксированы, связаны с конкретными компонентами систем и учитываются в серийной документации. Инструменты для управления изменениями обеспечивают версионность проекта с возможностью четкого разделения исходной версии, инициированных изменений и новых версий, с указанием статуса и принадлежности к конкретным экземплярам изделия. Для анализа изменений разработан инструмент ведения журнала действий пользователей и графическое сравнение схем.

Трудозатраты на внесение изменений в процессе проектирования могут достигать 80% от изначально планируемого объема работ. Необходимость доработки проекта зачастую возникает по результатам проведения натурных конструкторских или предварительных испытаний опытного образца изделия. Для снижения конструкторских рисков необходимо обеспечить выполнение большого объема итерационных расчетов еще на этапе разработки конструкторской документации. Для решения данной задачи в САПР «Макс» реализован пакет инженерных расчетов и проверок, направленных на снижение рисков, связанных с человеческим фактором (рис. 6 и 7).

Рис. 6. Расчет диаметра жгута

Рис. 6. Расчет диаметра жгута

Рис. 7. Инструменты проверки

Рис. 7. Инструменты проверки

Модуль технологической документации позволяет в автоматическом режиме на основе данных, заложенных конструкторскими подразделениями, сформировать программы нарезки и маркировки проводов, файлы для печати бирок, шаблоны плаза, программы проверки электрических параметров изделий с помощью автоматизированных тестирующих комплексов на производстве.

Для проектов, где исходные данные представлены в виде бумажной или сканированной документации, имеется возможность упрощенного ввода данных для формирования и сопровождения комплекта технологической документации (рис. 8).

Рис. 8. Схема работы технологического модуля

Рис. 8. Схема работы технологического модуля

Для планирования и управления разработкой применяется отдельный модуль, позволяющий формировать структуру проекта, назначать задания, определять права доступа, отслеживать фактические трудовые затраты, вести табель рабочего времени.

В условиях ужесточения требований к разрабатываемым системам для создания современных изделий применяется целый ряд программных продуктов — это и системы для формирования схемной документации, и системы трехмерного проектирования, и системы управления данными и жизненным циклом изделия, и расчетные системы, и многие другие.

При этом должны быть обеспечены «мосты» между такими системами. Потоки данных позволяют передавать информацию по отлаженным процедурам в согласованных форматах, принципиально исключая потерю данных. Один из вариантов интеграции различных программных сред, отработанный на практике, представлен на рис. 9.

Рис. 9. Схема интеграции САПР «Макс» с внешними системами

Рис. 9. Схема интеграции САПР «Макс» с внешними системами

ОКБ «Аэрокосмические системы», как разработчик специализированной ECAD­системы, сотрудничает с отечественными разработчиками систем полного жизненного цикла: консорциумом «РазвИТие» и РФЯЦ­ВНИИЭФ — с целью создания необходимых заказчикам комплексных интегрированных решений.

Многих заказчиков сегодня интересует возможность организации работ в САПР «Макс» под управлением отечественных операционных систем. Мы изначально разрабатывали «Макс» как кроссплатформенное решение, и в 2019 году компания «РусБИТех­Астра» сертифицировала САПР «Макс» как первый российский CAD­продукт на базе операционной системы Astra Linux Special Edition, работающий без средств эмуляции и виртуализации.

Также в текущем году в рамках технологического партнерства с компанией «АСКОН» мы впервые презентовали САПР «Макс» на форуме «РазвИТие».

Кроме того, с учетом однозначного понимания необходимости подготовки квалифицированных инженерных кадров в стране мы в соответствии с корпоративной политикой социальной ответственности ведем активную работу с профильными авиастроительными и машиностроительными вузами (в частности, с МАИ и МГТУ им. Н.Э. Баумана), на базе которых организовано обучение студентов по углубленной программе подготовки по специальностям и развернуты учебные классы, оснащенные нашим лицензионным программным обеспечением и вычислительной техникой.

В процессе внедрения нашей САПР на предприятиях наиболее серьезной задачей стала адаптация применяемых стандартов и методик проектирования бортовых систем к различным отраслям промышленности.

В связи с этим при субсидиарной поддержке Минпромторга России мы приступили к разработке специализированных отраслевых версий САПР «Макс», первой из которых стала версия для предприятий Объединенной судостроительной корпорации (ОСК). В процессе разработки мы тесно взаимодействуем с ведущими отечественными судостроительными КБ, входящими в состав ОСК, учитывая их требования и пожелания. В ближайшее время начнется апробация бета­версии системы на ряде предприятий ОСК. Особое внимание мы уделяем взаимодействию с АО «СПО «Арктика», на базе которого в настоящее время формируется Центр продуктовой специализации АО «ОСК» в части судового электромонтажа. Мы ожидаем, что наш продукт позволит судостроительным предприятиям в разы сократить сроки и стоимость работ по выпуску конструкторской документации.

Помимо разработки специализированных отраслевых версий САПР для кабельных сетей мы расширяем свою продуктовую линейку за счет решений, позволяющих производить инженерные расчеты и цифровое функциональное моделирование на базе сформированных в САПР «Макс» цифровых моделей систем. Одним из первых подобных продуктов, который также создается при поддержке Минпромторга России, является программный комплекс для анализа надежности и отказобезопасности сложных технических систем. Продукт позволяет производить анализ количественных показателей надежности элементов систем, выполнять анализ видов, последствий и критичности отказов, формировать на их основании сводки отказов, строить структурные схемы надежности систем и определять количественные показатели, строить и анализировать деревья отказов, производить расчеты и оптимизацию запасных частей, инструментов и принадлежностей.

Все новые продукты изначально разрабатываются в кроссплатформенном формате для работы как в отечественной операционной системе Astra Linux Special Edition, так и в операционных системах семейства Windows, при этом в них закладывается нативная поддержка интеграции с основными САПР и PDM­системами, применяемыми в настоящее время в отечественной промышленности.

Учитывая успех проекта САПР «Макс» и смежных продуктов (мы сегодня уже не стесняемся использовать термин «экосистема»), руководством Корпорации «Промтех» было принято решение о выделении Центра разработки САПР в отдельное юридическое лицо, специализирующееся на разработке инженерного прикладного программного обеспечения, специализированных систем для сертификации встраиваемого в бортовое оборудование программного обеспечения, цифровизации производственных процессов. Новая отечественная IT­компания получила название «Цифровая мануфактура». Мы уверены, что это решение, так же как и принятое в свое время решение о начале работ по САПР «Макс», станет столь же провидческим и будет иметь столь же важное значение для отрасли в целом.

На сегодняшний день счет проектов внедрения наших программных продуктов в различных отраслях промышленности идет уже на десятки, при этом всё больше крупных отечественных предприятий отдают предпочтение ПО нашей разработки.

Для нас это является самым важным свидетельством качества своей работы: наши программные продукты получили заслуженное признание заказчиков и твердо заняли свою нишу на рынке инженерного ПО, состоялись как конкурентоспособные, полностью отечественные решения. Со своей стороны мы так же кропотливо и эффективно, день за днем, байт за байтом работаем над тем, чтобы внести свой посильный — и я очень надеюсь, значимый — вклад в цифровизацию отечественной промышленност