1 - 2003

Первые шаги внедрения Solid Edge в ОАО НПО «Искра»

М.В.Карпова, А.В.Корнилов, А.Я.Лапочкин, С.И.Соболев

Открытое акционерное общество научно-производственное объединение «Искра» (ОАО НПО «Искра»), основанное в декабре 1955 года, принадлежит к числу ведущих предприятий ракетно-космической отрасли России.

Сегодня НПО «Искра» — это сложившийся коллектив высококвалифицированных научных, инженерно-технических специалистов и рабочих. В состав предприятия входят конструкторское бюро и опытный завод. Предприятие располагает солидной экспериментальной базой, оснащенной эффективными средствами испытаний и измерений, современными технологическими лабораториями и вычислительным центром.

НПО «Искра» ведет разработку и изготовление сложной научно-технической продукции по трем основным направлениям деятельности:

  • ракетные двигатели твердого топлива и энергетические установки аэрокосмического назначения (РДТТ и ЭУ);
  • газоперекачивающие агрегаты и газотурбинные электростанции (ГПА и ГТЭС);
  • оборудование общепромышленного применения.

Заказчиками продукции НПО «Искра» являются многие предприятия и организации, в том числе Росавиакосмос, РАО «Газпром», НК «Лукойл» и другие.

С учетом возрастающего спроса на изделия, разрабатываемые в НПО «Искра», с одной стороны, и с усилением конкуренции — с другой, перед предприятием со всей актуальностью встала задача автоматизации проектно-конструкторских работ. Ключевыми вопросами здесь явились следующие:

  • сокращение сроков разработки конструкторской документации (КД);
  • повышение качества разрабатываемой КД;
  • максимальная унификация изделий, относящихся к ГПА и ГТЭС, нацеленная на создание базовых моделей агрегатов и их вариантов;
  • снижение стоимости разработки комплектов КД на изделия.

Для поиска оптимального варианта реализации этих задач на предприятии был проведен анализ систем автоматизированного проектирования, предлагаемых ведущими фирмами-производителями. В результате были сделаны следующие выводы:

  • сегодня на рынке нет универсальной САПР, которая позволила бы предприятию решить все стоящие перед ним задачи и при этом обладала бы приемлемой стоимостью;
  • эффективным может быть дифференцированный подход, при котором для решения различных по степени «тяжести» задач используются функционально ориентированные САПР;
  • в случае применения дифференцированного подхода решающую роль будет играть наличие прозрачных интерфейсов передачи данных между используемыми САПР, в противном случае эффективная работа будет затруднена;
  • в перспективе должна быть достигнута интеграция САПР и программного обеспечения для управления составом изделия (PDM).

На основании этих выводов, а также с учетом имеющихся на предприятии программных средств и наработок была создана трехуровневая модель автоматизации, включающая три различных по функциональности САПР:

  • верхний уровень — Unigraphics;
  • средний уровень — Solid Edge;
  • нижний уровень — КОМПАС-График 5.х, уже закупленный и введенный в эксплуатацию к тому времени.

При таком подходе САПР верхнего уровня решает задачи в рамках крупного проекта сложного изделия с большой (более 30 тыс. деталей) номенклатурой входящих компонентов.

На САПР «нижнего» уровня ложится задача по разработке полного комплекта КД на разрабатываемые изделия.

В этих условиях на САПР среднего уровня ложится следующий ряд задач:

  • разработка трехмерных моделей сложных деталей и узлов;
  • разработка, сборка и макетирование трехмерных моделей отдельных блоков изделия;
  • выполнение презентационных материалов;
  • создание расчетных схем, проверка кинематических связей, собираемости;
  • выпуск технологической документации при подготовке производства.

Определяющими аргументами в пользу выбора Solid Edge в качестве САПР среднего уровня явились его следующие неоспоримые достоинства:

  • мощная функциональность;
  • простота и удобство интерфейса;
  • возможность быстрого освоения специалистами, имеющими опыт работы с двумерными САПР;
  • возможность групповой работы над проектом;
  • возможность прямого обмена данными с Unigraphics;
  • наличие встроенной системы PDM (начиная с версии 11);
  • приемлемый уровень критерия «цена/функциональность».

Работы по внедрению Solid Edge начались в сентябре 2001 года после заключения договора с фирмой EDS на поставку шести лицензий Solid Edge. Группа из специально отобранных и наиболее подготовленных специалистов предприятия прошла обучение в учебном центре EDS «Космос», после чего началось практическое освоение системы.

В первую очередь возможности пакета были опробованы при решении конкретной прикладной задачи по выполнению трубопроводной обвязки нагнетателя 7V-3 фирмы Mitsubishi Heavy Industries (Япония), который поставлялся непосредственно на компрессорную станцию, что делало невозможным проведение макетирования в условиях производства. Сложность также заключалась в том, что конструкторская документация выполнялась разными подразделениями предприятия и существовала вероятность пересечения различных систем между собой из-за возможных ошибок компоновки.

По готовым чертежам была создана электронная модель, которая наглядно выявила все нестыковки и пересечения систем (было обнаружено порядка 60 ошибок в КД). Экономический эффект оказался неожиданно большим, и САПР Solid Edge получила признание на нашем предприятии.

В процессе работы над проектом 7V-3 накопились вопросы, требующие дополнительного изучения. После второго этапа обучения в учебном центре в московском офисе EDS по теме «Solid Edge. Расширенный курс» следующая аналогичная работа по обвязке нагнетателя 6V-3 фирмы Mitsubishi Heavy Industries (Япония) выполнялась обратным способом — сначала производилась трассировка трубопроводов по системам, а затем по готовой модели разрабатывалась КД.

Кроме того, при создании этой модели на предприятии впервые были использованы возможности групповой работы над одной сборкой в сети, что позволило разработать несколько систем обвязки нагнетателя одновременно (параллельное проектирование). Это значительно сократило время проектирования и помогло избежать ошибок при создании КД.

В то же время было начато создание базы трубопроводной арматуры, сборочных единиц, систем и узлов, наиболее часто применяемых при создании ГПА, с использованием Easy Design Library, входящей в стандартную поставку Solid Edge. В результате проведенных работ была получена солидная библиотека. Ее появление обеспечило возможность создания унифицированного ГПА, который был разработан в кратчайшие сроки благодаря использованию базы 3D-моделей. Из всего ряда ГПА (более 25 модификаций) были созданы три базовых агрегата.

В настоящее время в ОАО НПО «Искра» в рамках отечественных и зарубежных космических программ разработаны выдвигаемые сопловые насадки из композиционных материалов для жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), позволяющие существенно увеличить тягу последних, тем самым способствуя выводу на орбиту большей полезной нагрузки.

При разработке выдвигаемого соплового насадка в рамках международного проекта «Sea Launch» («Морской старт») был использован пакет Solid Edge. Использование Solid Edge применительно к космическим проектам позволило в сжатые сроки решить достаточно сложные объемно-компоновочные задачи и подготовить 3D-модели для последующих тепловых и прочностных расчетов.

Трехмерная модель выдвигаемого насадка дает возможность наглядного представления работы изделия; при этом снимается ряд вопросов по приложению нагрузок на изделие для проведения последующих прочностных, динамических и тепловых расчетов.

Кинематическая модель выдвигаемого насадка, построенная с использованием Solid Edge, обеспечила возможность проведения расчетной оценки взаимодействия деталей в сборке при работе изделия. Уточнение геометрических параметров, оптимизация изделия по результатам проведенных расчетов производятся довольно просто, качественно и в сжатые сроки.

Кроме вышеперечисленного, Solid Edge нашел широкое применение при разработке эксплуатационной документации: учебные плакаты, инструкции по монтажу, каталоги деталей и сборочных единиц и т.д.

Отделом испытаний, отработки эксплуатационных характеристик и гарантийных сроков выпускается комплект эксплуатационной документации, одним из документов которого является каталог деталей и сборочных единиц. Нормативная документация рекомендует выполнение иллюстраций для каталога в аксонометрической проекции.

Использование Solid Edge упростило выполнение иллюстраций, повысило качество и улучшило наглядность представления деталей и сборочных единиц.

Отдельного упоминания заслуживает модуль «Разнесенная сборка», при помощи которого можно существенно упростить понимание персоналом процесса сборки узлов изделий, порядка установки деталей и сборочных единиц. В перспективе использование этого модуля может одновременно ускорить подготовку сборочного производства.

Внедрение нескольких рабочих мест Solid Edge на предприятии позволило достичь следующих результатов:

  • сократить сроки разработки пилотных проектов в 3 раза;
  • сократить трудоемкость при разработке проектов;
  • значительно (в 2-3 раза) снизить количество ошибок при разработке КД;
  • повысить унификацию разрабатываемых ГПА до приемлемого уровня в три базовые модели.

Некоторые предложения по совершенствованию продукта в последующих версиях были сформулированы следующим образом:

  • при использовании модуля «Деталь» существует сложность с масштабированием модели; желательна возможность масштабирования на любом этапе создания модели;
  • в модуле «Сборка» (среда «Трубопровод») желательны возможность врезки арматуры непосредственно в среде «Трубопровод» и возможность привязки трассировки трубопровода ко всем деталям сборки;
  • в модуле «Чертеж» необходимо доработать функциональность оформления чертежей в соответствии с ЕСКД.

Но свои сложности есть во всем: в ходе обкатки пакета на предприятии выявились некоторые проблемы, от решения которых в дальнейшем будет зависеть процесс внедрения и масштабирования Solid Edge:

  • недостаточная быстрота внедрения в конструкторских отделах в связи с большой загрузкой по текущей работе; кроме того, на данный момент и на ближайшую перспективу отсутствует прямая интеграция с пакетом КОМПАС-График 5.х, отказ от работы в котором на данном этапе невозможен;
  • необходимость дополнительных настроек для полного соответствия требованиям ЕСКД;
  • настройка групповой работы, разграничения прав, назначения менеджеров проектов, организация работы. Эту функциональность предполагается оценить при внедрении встроенной системы управления проектом Solid Edge Insight в этом году;
  • неопределенность статуса электронной 3D-модели. С этой задачей, по нашим сведениям, сталкиваются многие предприятия, переходящие к трехмерному моделированию;
  • реализация интеграции Solid Edge (работа во встроенной PDM-системе) и уже имеющегося на предприятии электронного архива КД на базе PartY Plus.

Решение этих проблем при активной помощи специалистов компании EDS, дальнейшее внедрение, освоение и масштабирование пакета Solid Edge на НПО «Искра» — задачи соответствующих подразделений предприятия на ближайший период. В дальнейшем планируется реализовать определенную на предприятии трехуровневую модель проектно-конструкторских работ и объединить все это при помощи электронного архива в единую систему проектирования, разработки, согласования и производства продукции, разрабатываемой ОАО НПО «Искра».

В заключение хотелось бы отметить, что переход от плоского черчения к пространственному моделированию изделий в Solid Edge обеспечил предприятию возможность решения качественно новых задач проектирования.

Применение электронного макетирования вместо натурного уже на первом этапе дало неожиданно высокий экономический эффект, выявив большое количество нестыковок и пересечений до начала изготовления и сборки изделия.

По мере повышения квалификации специалистов стали решаться задачи компоновки, унификации и собственно проектирования узлов и агрегатов изделия. Это привело к незамедлительному сокращению трудозатрат и сроков проектирования. При этом качество проекта возросло за счет двух- и даже трехкратного снижения количества ошибок в выпускаемой КД.

Ступенчатая система обучения специалистов обеспечила плавный переход на новые технологии проектирования, даже с учетом большой загрузки текущей работой. Простота освоения продукта и квалифицированная техническая поддержка позволили сократить время выхода инженеров «на режим» — когда инженеры прекращают изучение продукта и начинают его практическое использование.

Сложившаяся на предприятии команда квалифицированных специалистов, владеющих методикой коллективной работы над проектом, — залог успешной реализации планов предприятия по дальнейшему внедрению средств автоматизации проектирования.

«САПР и графика» 1'2003