Почему UGS занимает одно из лидирующих положений в авиационной промышленности

Виктор Абакумов

Система Unigraphics занимает ведущее положение на мировом рынке САПР для авиационных компаний, а также для компаний, производящих газотурбинные двигатели и другую высокотехнологичную продукцию. Например, на рынке США 90% компаний, производящих авиационные двигатели, используют Unigraphics. Крупнейшими пользователями системы являются два мировых гиганта — Pratt&Whitney и General Electric, Unigrpahics/iMAN являются базовыми системами в военном и космическом отделениях компании Boeing. Аналогичная ситуация складывается и в России. Особенно удачным для UGS были конец 2000-го и первая половина 2001 года. Большинство российских КБ и авиационных заводов подтвердили свою приверженность UGS и продлили контракты на обслуживание (ОКБ Яковлева, НАЗ «Сокол», Казанский ВЗ, КБ «Евроазия»). Многие пошли на значительное увеличение количества рабочих мест (ОКБ Сухого, КнААПО, ИАПО, ВАСО, ОКБ им. Ильюшина). У каждой из российских авиадвигательных компаний своя история сапростроения, но на сегодняшний день Unigraphics закрепила свои позиции в качестве базовой, стратегической системы развития для ОАО «Авиадвигатель»

(г. Пермь), СНТК им. Н.Д.Кузнецова (г. Самара),

AO «Рыбинские моторы» (г. Рыбинск), УМПО (г. Уфа), ММПО «Салют» (г. Москва), ММП им. Чернышева, ЛМЗ (г. Санкт-Петербург), ЗТЛ (г. Санкт-Петербург), Инжиниринговый центр Энергомашкорпорации

(г. Санкт-Петербург), ЗМКБ «Прогресс» (г. Запорожье), НПП «Машпроект» (г. Николаев).

Подобное положение вещей не может быть случайным. Данной статьей автор попытается объяснить, почему Unigraphics рассматривается как стратегическое решение в отрасли, которая отличается сложностью своих изделий и уникальными технологическими процессами. Сегодня многие системы умеют строить твердотельные геометрические модели и демонстрируют возможности их использования на последующих этапах выпуска изделия. В чем же специфика Unigraphics? Почему другие системы, на первый взгляд имеющие аналогичную функциональность, не могут претендовать на роль базовой системы там, где создается действительно сложное машиностроительное изделие, например авиационный двигатель, самолет, автомобиль и т.п. Ситуация в чем-то напоминает ту, что была на рынке реляционных баз данных лет 10-15 тому назад. Множество решений на платформе PC создавало иллюзию, что можно получить такое же по качеству решение, не прибегая к большим затратам, связанным с приобретением дорогих систем типа Oracle или Informix. Но жизнь показала, что декларируемая и даже демонстрируемая на небольших задачах функциональность многих систем не выдерживает проверки масштабированием в рамках реальных производственных задач. Большие объемы данных, требования к надежности, возможности реструктуризации и распределенного доступа к данным являются теми критериями, на которых проверяются реальные возможности, и «тендер» выиграли только действительно серьезные профессиональные решения.

Наши российские пользователи сегодня подошли к тому этапу, который ведущие западные компании прошли несколько лет тому назад. Интенсивный путь развития САПР себя исчерпывает, и компании, сделав большие инвестиции в информационные технологии, начинают осознавать, что простое увеличение рабочих мест уже не способно существенно повысить производительность. Необходимо искать новые пути, которые связаны с принципиальным изменением методологии проектирования, основанной на возможности получения твердотельной параметрической модели. Интересен в этом смысле опыт компании General Electric.

В 1999 году GE инициировала программу IHPTET, направленную на реорганизацию процессов проектирования в соответствии с новыми технологиями, которые могли бы удовлетворить требования программы истребителя нового поколения JSF. В ходе проектирования принципиально нового авиационного изделия часто возникает необходимость внести изменения в исходные проектные данные. Подобные требования имеют специальное название — CTQ (customer Critical To Quality requirements — требования заказчика, критичные для качества). Ставилась задача в максимально сжатые сроки обеспечить процесс изготовления двигателя, оптимальным образом отвечающего всем заданным требованиям. Тщательный анализ существующего положения дел показал, что наибольшего эффекта можно достигнуть в трех областях:

• улучшение качества самого проекта двигателя за счет использования современных методов построения управляемой ассоциативной модели;
• обеспечение максимальной степени параллельного инжиниринга;
• обеспечение информационного взаимодействия всех подразделений GE, разбросанных по всему миру.

Для улучшения качества проекта двигателя используется технология WAVE. На рис. 1 приведена схема использования технологии WAVE для оптимизации проекта двигателя с учетом быстро изменяющихся требований к проекту. Заказчик определяет основные тактико-технические требования (CTQ), на основании которых с помощью газодинамических расчетов определяется управляющая структура двигателя, связывающая проектные и геометрические параметры. В свою очередь, управляющая структура используется для автоматического обновления трехмерной компоновки двигателя, которая позволяет провести детальный анализ возможности выполнения технических требований. Ключевым моментом, который отличает этот, в принципе, типовой цикл предварительного проектирования, является автоматическое обновление трехмерной твердотельной компоновки. Для решения данной задачи необходима технология WAVE, которая дает возможность построить ассоциативную управляемую модель любой степени сложности с любым количеством иерархически наследуемых связей. Такой технологией на сегодня обладает только Unigraphics.

Построение твердотельной модели и использование ее на последующих этапах создания изделия является революционным шагом на пути повышения качества изделия, избежания ошибок и общего сокращения затрат. Однако значительное сокращение сроков проектирования стало возможным не тогда, когда мы смогли передавать модель с этапа на этап, а когда научились выполнять работу на многих этапах параллельно. Для отработки параллельных процессов GE использовала концепцию мастер-модели Unigraphics (рис. 2). Ассоциативность вторичных моделей (чертеж, расчетная схема, программа обработки для ЧПУ) декларируется многими системами. Но здесь та же проблема — размерности задачи. Даже если система имеет необходимую функциональность, возможность справиться с конкретной задачей остается под вопросом. Во-первых, для построения реального процесса параллельного инжиниринга число ассоциативных моделей и уровней иерархии может быть очень большим. Возьмем, к примеру, такую деталь, как лопатка, и процесс технологической подготовки ее производства. Я опираюсь на данные, предоставленные мне ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь), которое давно и успешно работает над решением задачи сквозного цикла проектирования лопаток. Так вот, по мастер-модели лопатки должны строиться ассоциативные модели для модели отливки и стержня, модель пресс-форм отливки и ее знаков, модель пресс-формы стержня и его знаков, модели электродов. Для каждой из этих моделей должна быть сохранена ассоциативная связь с соответствующей технологической документацией и программами для станков с ЧПУ (рис. 3).

Во-вторых, легко демонстрировать ассоциативность на кубике, в котором просверлено отверстие. На самом деле типичной является ситуация, когда вы привязали размер до элемента к ребру тела, а это ребро в силу изменения топологии перестало существовать. Реальная возможность применения ассоциативности системы зависит от того, насколько хорошо система может справляться с подобными нештатными ситуациями. Unigraphics имеет целый набор средств для решения таких проблем: подавление элементов, переопределение отдельных связей, полное переопределение связей элемента, интеллектуальные элементы, построенные с помощью языка проектирования на основе базы знаний (KBE), пошаговое выполнение дерева построения с выявлением проблемных зон и т.п. Насколько хорошо другие системы могут справляться с сохранением ассоциативности, пока неизвестно. До сих пор UGS не проиграла ни одного прямого сравнения, когда системы проверялись на одной и той же модели, на одних и тех же задачах, на одном и том же мероприятии, в одно и то же время. Хотя ситуация, которая складывается в авиационной и авиадвигательной промышленности России, и есть тот постоянно действующий тендер, который UGS уверенно выигрывает. Хочется привести здесь только два отзыва наших заказчиков, которые были отобраны из материалов, полученных в ходе подготовки апрельского семинара компании UGS в Москве.

ОАО «Авиадвигатель»: «Использование системы Unigraphics, в совокупности с рядом других мероприятий, позволило осваивать в год в 4 раза больше новых турбинных лопаток, чем раньше. Использование электронного макета (рис. 4) позволило:

• сократить цикл проектирования трубопроводных и электрических коммуникаций;
• уменьшить стоимость работ за счет отказа от изготовления «натурного макета»;
• значительно выиграть в качестве проектных работ за счет использования «номинального» электронного макета, проработки необходимых коммуникаций в более ранние сроки и большим количеством исполнителей».

«Ленинградский металлический завод» (ЛМЗ): «Здесь разработаны все компрессорные и турбинные лопатки (рис. 5) газотурбинных установок ГТЭ-60, ГТЭ-16, ГТЭ-25, ГТЭ-150М, ГТЭ-350 (около 130 наименований компрессорных и 40 наименований турбинных лопаток). Все работы выполнены полностью в системе Unigraphics. Время на проектирование, выпуск документации и подготовку производства сократилось в несколько раз. Например, для ГТЭ-60 этот цикл составил около полутора лет».

Организация процессов параллельного инжиниринга не возможна без синхронизации данных на всех уровнях и для всех рабочих групп. Для решения этой задачи GE использовала систему PDM iMAN и ее расширение для построения географически распределенной базы данных Global iMAN. Необходимо сказать несколько слов по поводу систем PDM, которые позиционируются как единственные Web-центрические решения. Во-первых, Web есть не что иное, как дешевый и стандартный способ взаимодействия с удаленным клиентом. Никаких других преимуществ он не имеет. Отсюда следует неприятный для приверженцев чистых Web-центрических решений вывод: функциональность последних всегда будет ограничена стандартами, которые приняты в Internet и поддерживаются, по крайне мере, браузерами от Netscape и Microsoft. В отличие от таких систем iMAN предлагает своим пользователям два равноправных решения: клиентское место iMAN/Portal и iMAN/Web — доступ к базе данных iMAN с помощью стандартных браузеров. Такой подход является более гибким и способным полнее удовлетворить любые потребности заказчика. Архитектура обмена данными между географическими распределенными системами (Global iMAN) построена на публикации объектов в специальной базе данных, доступной для всех внешних клиентов, где они находят нужный объект и «объявляют» о его использовании. Конечно, это упрощенное, но вполне достаточное представление для дальнейших объяснений. В чем преимущество такого подхода по сравнению с широко разрекламированным использованием URL-подобных ссылок, например в Windchill? Архитектура iMAN обеспечивает целостность данных. Поскольку вся информация об использовании опубликованных данных хранится в одном месте, всегда можно узнать, кто использовал ваши объекты и к каким последствиям приведет их удаление или модификация. В случае URL-ссылок вы не знаете, кто ссылается на ваш объект, а значит, не можете прогнозировать последствия от его удаления. Кроме того, внешний доступ, основанный на URL-ссылках, чреват множеством проблем защиты данных. Об этом постоянно напоминают новости об очередных дырах, обнаруженных в защите браузеров, и об успехах хакеров. В то же время архитектура, принятая в iMAN, на практике доказала свою работоспособность. Не стоит забывать, что ее использует в виде корпоративного стандарта самая большая в мире промышленная компания — General Motors, имеющая 30 тыс. мест iMAN.

Все три проекта GE были успешно реализованы. Это дало возможность перейти к принципиально новой организации процесса проектирования. В старой технологии (верхняя часть рис. 6) преимущества от использования твердотельной модели носят лишь локальный характер и не способны оказать серьезного воздействия на поставленные бизнес-цели компании. В результате наблюдается небольшое сокращение цикла изготовления за счет автоматизации существующих задач, некоторое улучшение качества за счет однозначного описания изделия, незначительное преимущество от использования твердотельной модели, минимальное влияние на цели, стоящие перед компанией.

В новой технологии (нижняя часть рис. 4) произошла полная реорганизация всего цикла выпуска изделия. За счет параллельного осуществления процессов конструирования и подготовки производства удается существенно сократить время всего цикла, что дает возможность увеличить время предварительного проектирования. Такой подход позволяет найти оптимальное решение и значительно повысить качество изделия. Преимуществами нового подхода являются:

• сокращение времени цикла за счет изменения процессов;
• более тщательное и продолжительное предварительное проектирование и поиск оптимального решения без увеличения общего срока создания изделия;
• улучшение качества и сокращение затрат (согласуется с новым параллельными процессами);
• создание основы для последующих улучшений;
• качественный скачок к достижению поставленных целей.

Итак, основной резерв, который имеют сегодня российские предприятия для повышения своей конкурентоспособности, с точки зрения САПР заключается в коренном изменении подхода к методологии процесса проектирования. Подобные изменения требуют соответствующего инструмента, и в этом смысле решения, предлагаемые компанией UGS, обладают существенными преимуществами перед конкурентами. Российские авиастроители отчетливо это понимают и отдают предпочтение системе, обеспечивающей долгосрочную перспективу развития.

UGS не только сохраняет, но и усиливает свои позиции в двух ключевых отраслях мировой экономики: авиастроении и автомобилестроении. В заключение статьи хотелось бы напомнить о знаменательных событиях, произошедших за последние три месяца и еще больше укрепивших позиции UGS на рынке высоких технологий. Первое из них — выбор промышленной группой Fiat-Auto системы Unigraphics для всех новых проектов и своих поставщиков (500 мест Unigraphics, 600 мест для визуализации и взаимодействия с использованием продуктов EAI и 1500 мест iMAN). Система iMAN принята в Fiat-Auto в качестве корпоративного стандарта PDM. Второе, самое важное событие — решение EDS о приобретении компании SDRC и слиянии компаний UGS и SDRC в одно CAD/CAM/CAE/PDM-подразделение, нацеленное на быстро развивающийся рынок продуктов для поддержки всего жизненного цикла изделия (Product Lifecycle Management, PLM). После слияния новая компания, которая сохранит название UGS, становится лидером на рынке PLM с годовым оборотом 1 млрд. долл.

«САПР и графика» 7'2001