SCAN: от проектирования до компьютерного анализа и стендовых испытаний

Андрей Мазурин

Комплексная автоматизация промышленных предприятий

Компьютерные технологии, предлагаемые SCAN

Автоматизация инженерной деятельности

Аэрокосмическая отрасль

Автомобилестроение

EDS приобретает компанию SDRC

Российская компания SCAN начинала свою деятельность десять лет назад и позиционируется на рынке информационных технологий как системный интегратор, то есть фирма, предлагающая полный комплекс услуг — от анализа бизнес-процессов до разработки концепции автоматизации производства и внедрения аппаратного и программного обеспечения. Важным принципиальным отличием SCAN от других известных на российском рынке системных интеграторов является то, что ее специалисты начинают реализацию проекта в первую очередь с компьютеризации инженерной деятельности и только после того, как реализована компьютерная сеть, подключено необходимое аппаратное обеспечение, налажен процесс проектирования и изготовления изделий, приступают к автоматизации бизнес-процессов на уровне управленческого состава производства.

Комплексная автоматизация промышленных предприятий

Вокруг рынка российских системных интеграторов, в частности применительно к машиностроению, сложилась весьма нездоровая атмосфера, которая, на мой взгляд, связана с ошибочными подходами ряда крупных интеграторов к решению задач комплексной автоматизации этих предприятий.

Автоматизацию любого машиностроительного производства условно можно разбить на четыре этапа:

• анализ бизнес-процессов и разработка концепции проведения автоматизации производства;
• поставка и подключение сетевого и аппаратного обеспечения;
• поставка и внедрение программного обеспечения для автоматизации инженерной деятельности (CAD/CAM/CAE- и TDM/PDM-системы);
• поставка и внедрение программного обеспечения для управления ресурсами производства в целом (ERP/MRP-системы).

На анализ и разработку концепции реализации проекта автоматизации, являющейся главной частью проекта, приходится большая часть проектных затрат. Здесь должны быть рассмотрены все без исключения вопросы, связанные с жизнедеятельностью предприятия. И если первый пункт успешно выполнен, то за ним последовательно следуют остальные три составляющие проекта. Принципиальной ошибкой, на мой взгляд, являются игнорирование этапа конструкторско-технологической подготовки и переход от аппаратной части непосредственно к решению задач управления ресурсами. А между тем основой любой автоматизации промышленного производства является прежде всего компьютеризация инженерной деятельности, в результате чего формируются необходимые данные для эффективного функционирования верхушки пирамиды, построенной с привлечением той или иной ERP-системы.

Вот почему подход компании SCAN к решению задач комплексной автоматизации предприятия мне видится наиболее убедительным.

Компьютерные технологии, предлагаемые SCAN

Что касается компьютерных технологий, предлагаемых SCAN, то речь идет об исключительно западных решениях. Почему российская компания, не связанная никакими обязательствами с заграничными партнерами, которые могли бы препятствовать использованию в ее решениях отечественных технологий, столь категорична в своем выборе?

Прежде всего потому, что здесь превалирует, на мой взгляд, устаревшая точка зрения о надежности российского софта, по причине нестабильности российской экономики, вследствие чего ни один отечественный разработчик не может гарантировать пользователю того, что тот как минимум в ближайшие пять лет сможет получать техническую поддержку и новые версии программ с учетом развития технологий.

Казалось бы, после более чем десятилетних испытаний, выпавших на долю российских разработчиков программного обеспечения, которые сумели в условиях зарождающейся рыночной экономики страны не только доказать свое право на существование, но и завоевать доверие у российских и зарубежных пользователей, вряд ли кому-либо потребуется еще что-то доказывать, во всяком случае у себя на родине. Но, по-видимому, право на существование необходимо доказывать постоянно, тем более что в течение тех же десяти лет мы стали свидетелями ухода с мирового рынка информационных технологий компаний-разработчиков (а вместе с ними и их компьютерных решений) из куда более благополучных западных стран.

Так что, в любом бизнесе есть элемент риска (а выбор партнера — это тоже риск); важно, чтобы риск был оправдан или сведен к минимуму.

Кстати, мне известны представители в России западных компаний, весьма охотно предлагающие пользователям наряду с собственными российские разработки — как оптимальные по цене и функциональным возможностям, а то и вовсе не имеющие мировых аналогов. Более того, системная интеграция, особенно на российских машиностроительных предприятиях, зачастую требует автоматизации таких областей инженерной деятельности, где реально способны работать только российские разработки. Я имею в виду, в частности, технологическое направление, лишь частично перекрываемое CAM-системами, и организацию производства на уровне цеха и производственного участка, где успешно работают российские программы. Поэтому я надеюсь, что в будущем компания SCAN пересмотрит свое отношение к российским компьютерным технологиям и в списке ее партнеров появятся отечественные компании-разработчики.

В настоящее время специалисты SCAN напрямую работают с такими известными компаниями, как Hewlett-Packard, SDRC, Mentor Graphics, Xilinx, Texas Instruments, Cisco Systems, Tektronix, Agilent Technologies, Oracle, разрабатывая и поставляя комплексные решения для космической, радиоэлектронной, авиационной, автомобильной промышленности, телекоммуникаций и банков.

Мы не будем рассматривать все решения, продвигаемые компанией SCAN на российском рынке. Остановимся лишь на некоторых из них.

Автоматизация инженерной деятельности

В своих инженерных решениях для промышленных предприятий SCAN базируется на возможностях CAD/CAM/CAE- и PDM-систем компании SDRC (Structural Dynamics Research Corporation, США), до недавнего времени входящей в четверку признанных мировых лидеров, разработчиков САПР верхнего уровня (Dassault Systems, PTC и Unigraphics Solutions)¹.

Компания SDRC предлагает CAD/CAM/CAE-систему I-DEAS Master Series, одной из примечательных особенностей которой до недавнего времени было наличие модулей для анализа экспериментальных данных и корреляции экспериментальных и расчетных конечно-элементных моделей. Система верхнего уровня I-DEAS Master Series дает возможность оптимизировать концепцию изделия на ранней стадии проектирования, позволяя значительно улучшить его качество и одновременно сократить сроки разработки и снизить затраты на изготовление. I-DEAS предоставляет пользователям широкий набор средств, ориентированных на параллельную работу группой, для решения многодисциплинных инженерных задач в процессе разработки механических изделий.

Программный комплекс I-DEAS Mаster Series является базовым пакетом во многих ведущих компаниях мира, таких как Ford, Nissan, Mazda, Lockhead, Siemens, Reanult, Xerox. В СНГ пользователями I-DEAS являются Государственный космический научно-производственный центр (ГКНПЦ) им. М.В.Хруничева, АООТ «ГАЗ», ПО «БЕЛАЗ» и «МАЗ», АО «Туламашзавод», АО «Ижорасталь», ABB-Uniturbo и другие крупные предприятия.

Хотелось бы отметить следующие ключевые особенности I-DEAS Mаster Series:

• возможность работы на различных современных компьютерах (NT, HP, Sun, IBM, DEC, SGI и др.);
• высокая функциональность и интегрированность. Комплекс содержит около 100 модулей для трехмерного проектирования деталей и узлов, компоновки, исследования кинематики механизмов, подготовки чертежей, конечно-элементного расчета конструкций в линейной и нелинейной областях и их оптимизации как в статике, так и в динамике, экспериментального исследования конструкций, подготовки программ для станков с ЧПУ и т.д.;
• обеспечение возможности параллельного проектирования изделия, одновременной работы над проектом группы разработчиков и предоставление средств ведения проекта;
• полная параметризация геометрии изделия и единая база данных по геометрии, используемая всеми модулями комплекса, в результате чего при изменении главной модели происходит автоматическое изменение чертежа, ЧПУ-обработки и т.п.;
• интуитивный, высокопроизводительный интерфейс пользователя, обеспечивающий значительное сокращение времени проектирования и удобство работы;
• возможность оптимизации формы детали за счет ассоциативности геометрической и конечно-элементной моделей;
• использование баз знаний в модулях конечно-элементного анализа и программирования станков с ЧПУ, которые могут изменяться и дополняться пользователями с учетом правил и методов, используемых в их организации;
• широкий набор стандартных интерфейсов (DXF, IGES, VDA-FS, SET, STEP) для передачи данных между различными пакетами. Легкость создания постпроцессоров для любых станков с ЧПУ, включая станки российского производства;
• открытая архитектура комплекса, позволяющая интегрировать с I-DEAS собственные прикладные программы заказчиков.

Ряд перечисленных особенностей системы обусловлен тем, что в ней используются только собственные модули, изначально разработанные на основе единой идеологии и перекрывающие практически все возможные сферы инженерной деятельности.

Поскольку компания SDRC сосредоточила все свое внимание на развитии CAD/CAM/CAE- и PDM-систем (последняя носит название Metaphase Enterprise), для решения задач проведения испытаний SDRC два года назад продала часть своих продуктов компании MTS, специализирующейся на выпуске испытательного оборудования и программного обеспечения для определения прочности, долговечности и вибрационного поведения и характеристик материалов, изделий и конструкций. Сегодня, используя технологии компаний SDRC и MTS, пользователи имеют уникальную возможность объединить натурный эксперимент с расчетным анализом.

Наряду с системой верхнего уровня I-DEAS Master Series компания SDRC несколько лет назад выпустила САПР среднего уровня I-DEAS Artisan Series, построенную на той же основе, что и I-DEAS Master Series, и абсолютно совместимую с последней. На сегодняшний день ни одна компания в мире не может предложить своим пользователям более глубоко интегрированного двухуровневого решения, чем решение, построенное на базе I-DEAS Master Series и I-DEAS Artisan Series. Более того, I-DEAS Artisan Series практически полностью наследует функциональные возможности I-DEAS Master Series, связанные с геометрическим моделированием изделия.

В прошлом году компания SDRC отказалась от жесткого деления своих разработок на системы верхнего и среднего уровней. Сегодня пользователям предлагается так называемое масштабируемое решение. Пользователь имеет возможность на модульном принципе постепенно наращивать оснащенность своего рабочего места, докупая и устанавливая программные модули, необходимые на следующем этапе развития уровня автоматизации производства и расширения класса решаемых задач. Такой подход оказался более целесообразным для пользователей с точки зрения как последовательности освоения информационных технологий, так и окупаемости затрат на их внедрение.

Почти все системы, реализованные компанией SCAN на промышленных производствах, включают в себя весь спектр инженерных задач: проектирование — расчет и анализ — изготовление — испытание.

Компьютерное моделирование процессов дает качественное представление того, что требуется предпринять разработчику по улучшению изделия и в каком направлении ему следует двигаться. Здесь он может оценить степень влияния разных факторов на выходные показатели. Далее требуются проверка корректности заключений, сделанных по результатам CAE-анализа, планирование и проведение экспериментального исследования. Программное и аппаратное обеспечение, поставляемое SCAN, позволяет выполнять самые сложные инженерные исследования.

Нередки случаи, когда расчетную модель с реальными условиями нагружения создать очень сложно. В то же время на хорошо оборудованном испытательном стенде можно максимально точно воспроизвести условия эксплуатационного нагружения изделия — а значит, точно смоделировать условия нагружения. В этом случае моделируется весь стенд вместе с анализируемым объектом, и тогда для данных условий закрепления и нагружения с помощью компьютерного расчета можно получить точные данные, совпадающие с данными натурного эксперимента. Таким образом, стыкуются расчет, натурные и виртуальные испытания. Правда, все это стоит немалых денег и реально окупается при производстве сложного и дорогостоящего оборудования или в условиях массового производства.

Приведем несколько примеров успешных внедрений, выполненных компанией SCAN.

Аэрокосмическая отрасль

В 1993 году компания SCAN вместе с Московским представительством компании Hewlett-Packard выиграла тендер на переоснащение Центра управления полетами (ЦУП) (г. Королев, Московская область) у таких конкурентов, как SUN, DEC, Silicon Graphics, IBM. Совместными усилиями специалистов SCAN и ЦУП на основе оборудования Hewlett-Packard была разработана структура нового информационно-вычислительного комплекса ЦУП, объединяющего в многоуровневой локальной сети комплексы приема и обработки телеметрии, баллистических расчетов, отображения информации и управления космическими объектами. Новый комплекс эксплуатируется уже много лет и доказал свою работоспособность, в том числе во время успешно проведенных стыковок американского космического корабля «Атлантис» со станцией «Мир», а также управления «Международным» сегментом международной космической станции «Альфа». Компания SCAN совместно со специалистами ГКНПЦ им. М.В.Хруничева разработала решение «под ключ» для проектирования функционального модуля международной космической станции «Альфа», а также для создания новых поколений ракетных систем для вывода космических аппаратов на околоземную орбиту. Аппаратно-программный комплекс включает оборудование Hewlett-Packard и систему I-DEAS Master Series для выполнения проектирования, расчета и анализа, проведения испытаний и производства.

По мнению независимых экспертов, вычислительные системы центров управления полетами в Хьюстоне и Королеве имеют равные функциональные возможности и выполняют сходные задачи, однако вычислительный комплекс, построенный специалистами SCAN для российского ЦУП, оценивается в несколько раз дешевле!

Работы по оснащению ГКНПЦ им. М.В.Хруничева с участием компании SCAN начались в 1995 году. По мнению ведущих сотрудников научно-производственного центра, созданный программно-аппаратный комплекс позволил значительно ускорить проектирование и изготовление летательных аппаратов, уменьшить затраты и улучшить качество выпускаемых изделий.

Весной 1997 года на ГКНПЦ им. М.В.Хруничева был введен в эксплуатацию комплекс приема и обработки телеметрической информации при транспортировке и полете летательного аппарата. Данный комплекс тесно интегрирован с компьютерным проектированием и расчетом изделия и функционирует с ним на единой информационной основе. Там же в 1998 году был подготовлен к эксплуатации комплекс для сбора данных и управления наземно-стендовыми испытаниями. Помимо функций обработки результатов и управления испытаниями комплекс позволяет сравнивать результаты испытания реального изделия с его электронной моделью. В настоящее время специалисты SCAN заняты внедрением PDM-системы Metaphase Enterprise, призванной существенно повысить эффективность работы всего информационного комплекса ГКНПЦ им. М.В.Хруничева в таких направлениях деятельности, как финансы, поставщики, склады, процесс разработки изделия и его стадии, насчитывающего более 100 действующих рабочих мест конструктора, расчетчика, технолога и испытателя.

Автомобилестроение

Другой проект связан с автомобилестроением. В феврале 1996 года компания SCAN приступила к оснащению конструкторского и испытательного отдела ОАО «ГАЗ» многофункциональным аппаратно-программным комплексом на базе Hewlett-Packard и I-DEAS Master Series. За время эксплуатации комплекса сотрудниками завода произведены, в частности, работы по доводке крыши, кузова и кронштейна амортизатора автомобиля ГАЗ-2705, по уменьшению металлоемкости платформы автомобиля ГАЗ-3302, доводочные работы по кузову автомобиля ГАЗ-3110, по рулевой трапеции автомобиля ГАЗ-2308, а также по кузову автомобиля «Лимузин». Кроме того, было произведено исследование жесткости несущих систем автомобиля-прототипа «Атаман». В целом, благодаря использованию комплекса специалистами завода, удалось существенно ускорить доводку и испытания автомобилей и снизить их стоимость — главным образом за счет оптимизации их конструкций уже на ранних стадиях проектирования и сокращения числа промежуточных испытательных образцов.

Программно-аппаратный комплекс оказался способен решать действительно сложные и даже во многом уникальные задачи. Например, в нем были выполнены исследования собственных форм колебаний крыши автомобиля ГАЗ-2705 с построением конечно-элементной модели, имеющей 13 800 степеней свободы и состоящей из 2560 конечных элементов. По результатам исследований были разработаны решения для смещения резонансной частоты, верность которых подтвердили стендовые динамические испытания, эквивалентные 300 000 км пробега. Важно отметить, что весь комплекс работ был проведен менее чем за две недели, в то время как при использовании традиционных подходов для решения аналогичной задачи потребовалось бы несколько месяцев.

***

Безусловно, в рамках одной статьи даже кратко невозможно рассказать обо всех проектах, реализованных фирмой.

В числе наиболее интересных проектов значатся также оснащение вычислительного центра Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ), решение задач гидродинамики, внедрение комплексных решений на НПО «Интеграл» (Минск), «Ангстрем» (Москва) и «Электроника» (Воронеж), являвшихся крупнейшими производителями радиоэлектроники бывшего СССР (кстати, в качестве программного обеспечения здесь использовалась САПР радиоэлектронной аппаратуры Mentor Graphics), оснащение аппаратно-программным комплексом НИИИС (Нижний Новгород), специализирующегося на создании и внедрении систем управления газопроводами и компрессорными станциями, и многие другие.

Успех реализации всех этих проектов во многом объясняется тем, что специалисты компании SCAN руководствуются принципом, суть которого сводится к тому, что не существует двух одинаковых проектных решений, как и двух одинаковых задач. Каким бы ни был априорный опыт системного интегратора, он должен каждый раз добросовестно анализировать новую конкретную задачу и предлагать пользователю единственное, оптимальное решение.

«САПР и графика» 6'2001