Авионика пятого поколения создается в SolidWorks

Юрий Терсенов, Игорь Петров

Несколько слов о нашем предприятии

Автоматизация ФНПЦ РПКБ

Заключение

В этой статье мы решили поделиться с читателями журнала «САПР и графика» своим опытом использования САПР при проектировании пилотажно-навигационных приборов и бортовых комплексов для самолетов пятого поколения. Мы надеемся, что данная публикация окажется интересной и полезной как специалистам в области САПР, так и тем, кто только выбирает подходящее программное решение. Надеемся также, что приведенная в статье информация поможет читателям в принятии решений и позволит избежать возможных ошибок при выборе поставщика САПР.

Несколько слов о нашем предприятии

Федеральный научно-производственный центр «Раменское приборостроительное конструктор­ское бюро» (ФНПЦ РПКБ) является ведущим российским разработчиком интегрированных ком­плексов, систем и приборов бортового радиоэлектронного оборудования четвертого и пятого поколений для вновь проектируемых и модернизируемых самолетов, вертолетов и летательных аппаратов других классов.

РПКБ существует с 1947 года. За свою более чем полувековую историю предприятие стало лидером в разработке и производстве бортового авиационного оборудования: в его стенах было разработано и внедрено в серийное производство более 400 наименований изделий. Сейчас в РПКБ создается оборудование для летательных аппаратов четвертого и пятого поколений (рис. 1), среди которых — ударные боевые самолеты Су-27, Су-30, Су-32, Су-35, Су-37 «Беркут», многофункциональные вертолеты Ми-243, Ми?28Н, Ка-52 и другие пилотируемые и беспилотные летательные аппараты. Основными потребителями продукции РПКБ являются АВПК «Сухого», МВЗ им. Миля, РСК «МиГ», «Камов», ОКБ им. Яков­лева, «Туполев», «Ильюшин», ОКБ им. Антонова, ТАНТК им. Бериева.

В процессе реструктуризации оборонных отраслей промышленности России в 1997 году Раменскому приборостроительному конструкторскому бюро был присвоен статус федерального научно-производственного центра. В том же году по инициативе ФНПЦ РПКБ было создано корпоративное объединение «Научно-производственный центр “Технокомплекс”». В настоящее время НПЦ «Технокомплекс» объединяет 16 научно-исследовательских, опытно-конструкторских и серийных предприятий авиационного приборостроения, связанных единым технологическим циклом разработки, производства, испытаний, модернизации и сервисного обслуживания по эксплуатации бортового и наземного радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов. В состав корпорации входят: Раменское приборостроительное конструкторское бюро (г.Раменское), «Аэроприбор-Восход» (г.Москва), МНПК «Авионика» (г.Москва), ОАО «Прибор» (г.Курск), Рамен­ский приборостроительный завод (г.Раменское), ЧНППП «Элара» (г.Чебоксары), ОАО «Техприбор» (г.Санкт-Петербург).

В большинстве целевых программ разработки летательных аппаратов ФНПЦ РПКБ выступает в качестве головного предприятия по комплектованию всего бортового оборудования — как из систем собственной разработки, так и изделий, созданных другими фирмами. Продукция ФНПЦ РПКБ пользуется известностью не только среди отечественных авиационных предприятий России, но и в ряде других стран. В России РПКБ занимает лидирующее положение в области разработки и производства современной авионики. В последние годы международные авиасалоны в разных странах редко проходят без участия РПКБ.

Автоматизация ФНПЦ РПКБ

Вероятно, многие предприятия прошли в недавнем прошлом такой же или похожий мучительный путь автоматизации проектирования, как и мы. Тем не менее, чтобы лучше понять наш выбор, не лишним будет совершить небольшой экскурс в историю.

В конце 70-х — начале 80-х годов минувшего столетия, когда не было недостатка в кадрах, поступающих из институтов и техникумов, мы столкнулись с целым рядом проблем, связанных с темпами и качеством наших разработок. Справедливости ради стоит отметить, что недовольство собственными достижениями в любой отрасли деятельности абсолютно естественно для человека, но именно тогда мы стали задумываться об автоматизации конструкторского труда, в связи с чем для решения ряда расчетно-теоретических задач нашим предприятием были приобретены и внедрены большие электронно-вычислительные машины типа БЭСМ-6 и ЕС-1060.

Сверхважной задачей того периода была автоматизация трассировки печатных плат, входящих во все бортовые приборы нашей разработки. Тогда разработкой электронных блоков занималось не менее 100 человек. Месяцами конструкторы, техники, чертежники и технологи трудились над листами с сеткой, чтобы создать топологию будущей печатной платы. И раз на этом участке работ допускалось максимальное количество ошибок, связанных с электрической схемой и неправильно разведенным рисунком печатной платы.

Титанические усилия нескольких первопроходцев автоматизации проектирования печатных плат на больших ЭВМ ощутимого результата в те годы не принесли. Главные причины — отсутствие мало-мальски пригодных для широкой автоматизации программ и неповоротливость тогдашних ЭВМ, поскольку множество людей, обслуживающих эти машины, все силы прикладывали к тому, чтобы обеспечить бесперебойность работы, а сами задачи автоматизации отходили на второй план. Автоматизировать процесс разработки конструкции сложных электромеханических или гиро­скопических систем и даже чертежей деталей этих приборов в то время никому и в голову не приходило.

С появлением более компактных рабочих мест конструктора — АРМ «Наири-4» и АРМ на базе СМ-1420 — изменилась стратегия использования возможностей ЭВМ. Рабочие места были переданы непосредственно в конструкторское подразделение, в котором наряду с конструктором работали программисты и инженеры, обслуживающие АРМ. Общая численность программистов, операторов ЭВМ и инженеров, обслуживающих ЭВМ, составляла 12-14 человек.

С этого момента в практику разработок стали внедряться чертежи, оформленные на графопостроителях, и документы на машинных носителях, а именно на перфолентах. Вспоминая те годы, можно только восхищаться упорством людей, которые с помощью примитивных, как стало ясно сегодня, аппаратных и программных средств создавали и внедряли в производство новые технологии проектирования. И опять следует отметить, что предпочтение отдавалось разработке и выпуску конструкторской документации электронных блоков и микросборок. Однако в это время у нас появились первые чертежи механических деталей и простых сборок. В качестве документа на машинном носителе использовалась перфолента. Были организованы хранение, учет и обращение документов на перфолентах и магнитных лентах. Общий процент документации, оформляемой машинным способом, составлял немногим более 5%, и это при том, что обеспечивали эти работы не менее 30% численного состава подразделения.

Ощутимый скачок в автоматизации конструкторского труда произошел с появлением первых персональных компьютеров и плоттеров — в начале 90-х годов. Тогда были частично автоматизированы процессы оформления конструкторской документации (чертежи, спецификации и разные ведомости) и трассировки печатных плат. Использовались пакеты AutoCAD 10 и PCAD 4.5. Малое количество аппаратных и программных средств не позволяло получить желаемых результатов. Тогда перед всеми конструкторами-электронщиками была поставлена задача овладеть компьютером. На начальном этапе автоматизации мы применяли такой метод организации работы, при котором опыт конструкторов при разработке чертежей печатных плат соединялся с умением молодых инженеров и техников работать на персональных компьютерах. По истечении некоторого времени большинство конструкторов-электронщиков овладело компьютером, и в части разработки конструкторской документации электронных блоков мы к концу 90-х годов имели достаточно высокий уровень автоматизации, который составлял не менее 75-80% от объема чертежей печатных плат и микросборок.

Несмотря на очевидный прогресс в автоматизации проектирования печатных плат, разработки в части механики и электромеханики продолжали выполняться на бумаге, а процесс автоматизации механического проектирования еще не начинался. Все, что мы узнавали из печати или на разного рода выставках, казалось нам не слишком подходящим. Предлагаемые программные продукты не только были очень дорогими, но и требовали наличия графических станций, которые тоже стоили немало. Элементарные расчеты показывали, что осилить оснащение даже небольшого количества рабочих мест нам не под силу. К тому же не было ни одного действительно подготовленного специалиста — разработчика электромеханического авиационного прибора, способного работать на графических станциях, да еще и с программами на английском языке.

Ситуация изменилась с появлением 3D-программ, предназначенных для работы на персональных компьютерах. Один из наших заказчиков потребовал представить расчет прочности прибора, выполненный на компьютере. Для этого надо было приобрести не только расчетные программы, но и программы, позволяющие создавать 3D-модель изделия. Наш выбор пал тогда на Autodesk Mechanical Desktop и Design Space. После приобретения этих программ, затратив определенные усилия на их изучение и получив необходимые консультации у поставщика, мы справились с этой задачей. Воодушевленные успехом, мы попытались расширить круг пользователей Autodesk Mechanical Desktop, но столкнулись с нежеланием инженеров работать в этой системе. Кроме единственного конструктора (коим был один из авторов этой статьи — И.Н.Петров), никто не хотел осваивать, казалось бы, прекрасную систему. Не беремся судить об этом странном обстоятельстве, тем более что произошедшие затем события расставили все точки над «i».

С целью ознакомления с различными достижениями в области САПР на нашем предприятии в 2000 году были с небольшим интервалом проведены презентации продуктов фирм «Топ Системы» и SolidWorks-Russia. После более детального знакомства с программами мы выбрали систему SolidWorks. В том же году были приобретены первые две лицензии САПР SolidWorks у компании SolidWorks-Russia, которая стала основным поставщиком интегрированных программных решений для проектно-конструкторских работ.

Первое, с чего мы начали, — составили и утвердили по рекомендации компании SolidWorks-Russia совместный график ведения пилотного проекта, одним из пунктов которого было обучение пяти конструкторов и одного технолога непосредственно на рабочих местах. Для проверки утверждения специалистов SolidWorks-Russia, что они берутся за пять дней обучить работе с системой конструкторов, совершенно не знающих этого пакета, мы выбрали несколько человек разного возраста, имеющих различный уровень подготовки по САПР. Трое из шести обучаемых никогда раньше не работали на компьютерах, однако имели большой опыт конструкторской деятельности. При этом двоим из них было более 55 лет.

Результат превзошел наши ожидания! Все шестеро не только научились работать в SolidWorks, но и начали активно использовать полученные знания в своей повседневной проектно-конструкторской работе (рис. 2). Более того, спустя немногим более трех месяцев (в 2001 году) двое наших конструкторов представили свои работы на ежегодный конкурс, проводимый компанией SolidWorks-Russia, и стали призерами.

Бум SolidWorks привел к тому, что мы ощутили нехватку рабочих мест и стали просить руководство предприятия об оснащении отдела новыми рабочими местами. При покупке следующих лицензий мы учли и интересы технологов, приобретя, кроме базового пакета SolidWorks, технологические приложения (CAMWorks) и систему управления проектом SWR-PDM. Так же как и с базовым пакетом, специалисты компании SolidWorks-Russia провели обучение работе с технологическими приложениями и SWR-PDM. В ходе одной из разработок технологам была передана модель корпуса, и они с помощью CAMWorks подготовили управляющую программу для станка с ЧПУ, а затем были изготовлены детали, которые полностью соответствовали заданной модели.

Несмотря на успехи, у нас возникло множество вопросов, требующих разрешения:

• как использовать SolidWorks для уже разработанных и находящихся на стадии изготовления и выпуска в опытном или серийном производстве изделий?

• как быть с опытными конструкторами, которым сложно в силу своего возраста полностью переключиться на машинное проектирование?

• с чего начинать новые разработки?

• как организовать хранение и обращение всей создаваемой информации?

• как быть с электронными блоками, входящими в состав разрабатываемых изделий?

Перечень вопросов можно продолжить, но большинство из них не связаны непосредственно с SolidWorks — они обязательно появляются при переходе на полную автоматизацию проектирования независимо от выбранной системы. Поэтому остановимся на главных из них.

Известно, что при разработке сложных устройств с использованием средств 2D-проектирования редко удается безошибочно начертить чертежи деталей и не упустить какие-то размеры, разрезы, сечения, сопряжения и т.п. Хорошо еще, если просчеты обнаруживаются на стадии проектирования или при изготовлении отдельных деталей, когда еще можно внести в конструкцию необходимые поправки. Однако, к сожалению, неприятные моменты могут проявиться на этапе сборки, при испытаниях, а то и в ходе эксплуатации изделий. Для выявления подобного рода просчетов в ранее разработанных изделиях мы сразу же начали использовать SolidWorks. На рис. 3 изображено одно из подобных изделий, которое было уже на стадии изготовления, когда мы стали воспроизводить его геометрическую модель. В результате обнаружились моменты, которые мы не могли отследить по традиционному 2D-чертежу. Мы увидели свои приборы изнутри и получили великолепную возможность легко оценивать зазоры и натяги в сложных для обычного расчета местах. В ходе проведенной работы был уст­ранен целый ряд просчетов и достигнута безошибочная собираемость изделия.

Помимо использования Solid­Works для «работы над ошибками», при создании 3D-моделей ранее разработанных приборов мы стали фактически создавать библиотеку крепежа и различных электрических соединителей (разъемов), которые широко применяются во всех наших новых разработках.

Вопрос адаптации пожилых конструкторов к новым программным средствам автоматизации проектирования был решен достаточно просто. Мы объединили знания и опыт тех сотрудников, кто хорошо разбирается в создаваемых приборах, и тех, кто хорошо владеет компьютерными программами. Такой метод оказался эффективным и в плане передачи опыта молодежи.

Любая разработка у нас ведется группой конструкторов. Не стала исключением и разработка в системе SolidWorks, но круг разработчиков из-за резкого увеличения производительности значительно сократился. Если раньше ведущий конструктор после проработки технического задания и предварительной компоновки изделия выдавал всем соисполнителям габаритно присоединительные размеры функционального узла, то сейчас большинство таких узлов проектируется в общем контексте изделия самим ведущим конструктором. Исключения составляют устройства, которыми в силу их специфики занимаются другие конструкторы (например, гироскоп или акселерометр).

Для примера рассмотрим одну из наших разработок, которую необходимо было выполнить в очень сжатые сроки. При этом габаритное пространство, выделенное заказчиком для изделия, было предельно малым и имело неудобную для конструирования форму. Было принято решение поручить разработку изделия одному конструктору, за исключением части электронных блоков, которые создавались другими конструкторами с помощью системы Р-САD 2001. В результате силами одного конструктора была разработана вся конструкция гироскопической системы (рис. 4) и блока чувствительных элементов (рис. 5).

При проектировании с помощью системы SolidWorks было проработано несколько вариантов конструкции, которые оценивались непосредственно по ходу работы по разным критериям технического задания: по минимальным габаритам, массе, удобству сборки и разборки, собираемости изделия. Визуализация конструкции позволила ведущему инженеру и руководителям уже на этапе проектирования вносить поправки, что прежде было сделать намного сложнее. В дальнейшем при изготовлении изделия количество вопросов, возникающих в производстве, стало неизмеримо меньше, чем при изготовлении подобных изделий, разработанных традиционным способом.

С помощью модуля CircuitWorks, предназначенного для трансляции данных из систем электротехнического проектирования в SolidWorks, были получены модели электронных блоков, разработанных схемотехниками в Р-САD 2001. Наличие 3D-моделей электронных блоков позволило еще более эффективно использовать выделенный для системы объем. Один из таких блоков показан на рис. 6.

С помощью модуля прочностного анализа COSMOSWorks, включенного в состав SolidWorks 2003, была просчитана конструкция амортизаторов БЧЭ. Надо сказать, что нам еще многое предстоит сделать для внедрения в практику разработок машинного инженерного анализа, который позволит быть уверенными не только в правоте геометрии, но и в надежности работы высокоответственных авиационных приборов.

Поскольку в настоящее время задача использования моделей в качестве электронного документа нами еще только решается, то чертежи, к сожалению, остаются пока основным документом (рис. 7). По этой причине нас подстерегает возможность ошибки при внесении размеров: конструктор может пропустить какой-то размер, что выявится лишь при изготовлении изделия (если не используется модель для подготовки программ для станков с ЧПУ). Такая ситуация полностью исключается при сквозной автоматизации процессов проектирования и изготовления. Кстати, объемный рисунок, который мы взяли себе за правило помещать на чертежах сложных деталей, очень понравился технологам и рабочим, занимающимся изготовлением детали. Он дает технологу возможность представить деталь в объеме и принять правильное решение по ее обработке.

Спецификация изделия, которая является важным документом для производства и будущего АСУ производства, также создается с помощью системы SolidWorks (рис. 8).

В настоящее время в рамках конструкторского отдела для управления процессом разработки и архивирования всей информации используется система SWR-PDM, которую нам также поставляет компания SolidWorks-Russia. Важно отметить, что SWR-PDM решает очень важные для нас задачи, обеспечивая возможность параллельной работы над проектом сразу нескольких инженеров с четким разграничением прав доступа к информации.

Система SWR-PDM у нас внедрялась поэтапно. Так, при разработке блока БИСУ-П система SWR-PDM применялась сначала только в качестве архива, в котором хранились все версии деталей и сборок (рис. 9). Однако по мере того, как круг разработчиков расширялся, ведущий конструктор изделия получил возможности вовремя отслеживать изменения во входящих блоках и контролировать таким образом процесс проектирования изделия в целом.

В заключение хотелось бы отметить следующее:

• SolidWorks может решать все задачи, связанные с проектированием авиаприборов любой сложности;

• SolidWorks легко интегрируется с расчетными программами и технологическими пакетами, что немаловажно, когда речь идет о сквозной автоматизации проектирования, изготовления и контроля изделия;

• SolidWorks, имея удобный, простой и интуитивно понятный интерфейс, не отвлекает разработчика от главной задачи проектирования и от понимания самой системы, что, к сожалению, часто бывает характерно для англоязычных программ;

• производительность труда наших конструкторов выросла почти в девять раз! (Оценка проведена по срокам и количеству участников разработки по сравнению с ручной разработкой аналогичного изделия.) При этом выигрыш получен и в плане повышения качества документации, и в плане резкого сокращения необходимой корректировки КД, связанной с исправлением ошибок.

Заключение

ФНПЦ РПКБ является одним из мировых лидеров в области авионики и имеет больш ие научно-технические ресурсы, а также квалифицированные кадры и современное оборудование. Системы, приборы и программное обеспечение ФНПЦ РПКБ соответствуют российским и зарубежным стандартам и пользуются большим спросом как в России, так и за рубежом. Однако таких успехов бы было невозможно добиться без широкого использования средств автоматизации проектирования и технологической подготовки производства. Дело в том, что научный и производственный потенциал предприятия во многом определяется уровнем применяемых технологий, который, в свою очередь, зависит от технологических преимуществ перед возможными конкурентами.

Использование современных САПР позволяет нам не только поддерживать неизменно высокий потенциал предприятия, но и наращивать объемы производства новой продукции с одновременным повышением ее качества. Благодаря комплексным программным решениям SolidWorks нам удалось применить самый современный подход к проектированию изделий и выйти на качественно новый уровень работы с электронными документами. Однако мы не собираемся останавливаться на достигнутом и будем продолжать совершенствовать наши производственные процессы, в чем нам, без сомнения, помогут квалифицированные специалисты компании SolidWorks-Russia.

«САПР и графика» 4'2004