9 - 2000

Бесплазовое производство авиационной техники: проблемы и перспективы

Виктор Злыгарев, Олег Самсонов

Электронный макет изделия: средство визуализации или подготовки производства?

CALS-стандарты: панацея или ловушка?

Приоритеты внедрения: закупки или разработки?

Электронный макет изделия: средство визуализации или подготовки производства?

Плазово-шаблонный метод вот уже более пятидесяти лет остается основным методом подготовки производства авиационной техники. Сложность формы конструктивных элементов планера самолета не позволяет задавать геометрические свойства сопрягаемых деталей и увязывать их (согласовывать форму и размеры) с помощью традиционных машиностроительных чертежей. Для этого вычерчиваются (разбиваются) плазы, на которых в натуральную величину отрисовываются конструктивные элементы, а их изготовление осуществляется по шаблонам, снятым с плаза. Основными недостатками этого метода являются высокая трудоемкость и длительность цикла технологической подготовки производства, поскольку для запуска в производство самолета необходимо изготовить несколько сот плазов и десятки тысяч шаблонов.

В 80-е годы внедрение в авиационной промышленности систем геометрического моделирования позволило модифицировать этот метод и автоматизировать ряд трудоемких процедур:

  • геометрическая модель поверхности (ГМП) стала использоваться для построения контуров сечений при разбивке плазов и разработки программ изготовления обводообразующей оснастки на оборудовании с ЧПУ;
  • для увязки и отрисовки конструктивных элементов по отдельным сечениям стали использоваться возможности 2D-моделирования и средства чертежных пакетов;
  • для разработки управляющих программ при изготовлении деталей на оборудовании с ЧПУ стали разрабатываться поверхностные геометрические модели.

Эта методология до сих пор остается основой подготовки производства и подкрепляется отраслевой нормативно-технической документацией (НТД). Именно поэтому на многих авиационных предприятиях, несмотря на приобретение импортных CAD/CAM-систем, успешно эксплуатируется система АСК/ТПП «Кредо», имеющая мощные модули поверхностного моделирования и ЧПУ (рис. 1).

Появление тяжелых CAD/CAM-систем, позволяющих моделировать не только детали, но и сборочные единицы, создает предпосылки для перехода на бесплазовое производство. В основе метода бесплазовой увязки лежит возможность создания электронного макета (ЭМ) изделия, при этом процедуры увязки деталей по отдельным сечениям на плазах заменяются процедурами пространственной увязки на электронных макетах. Эта прогрессивная на первый взгляд методология, несмотря на многолетний опыт освоения тяжелых CAD/CAM-систем, не находит промышленного внедрения в силу ряда обстоятельств, характерных для большинства предприятий (рис. 2). Во-первых, разработка чертежей при выпуске конструкторской документации (КД) осуществляется по традиционной бумажной технологии. Методология 3D-конструирования осваивается с большим трудом в силу как объективных, так и субъективных причин. Использование чертежных пакетов для оформления и представления чертежей в электронном виде никак не затрагивает процессов геометрической увязки.

Во-вторых, созданные на основе неувязанных чертежей электронные макеты содержат много ошибок и не могут служить источником информации для решения задач подготовки производства. Разработка ЭМ осуществляется, как правило, не конструкторами, а системщиками, освоившими определенную CAD-систему, но не участвующими в реальном конструировании.

В-третьих, изменения, вносимые в КД в результате плазовых провязок и отработки технологичности, в принципе могут быть внесены в электронные макеты, однако следует подчеркнуть, что ЭМ при таком подходе остается средством, дублирующим хранение (эталонирование) геометрической информации, а не средством пространственной увязки.

В-четвертых, поскольку отсутствует НТД, определяющая информативность и статус электронных макетов в КД, а технологические подразделения по-прежнему работают с чертежами, плазами и шаблонами, то ЭМ практически «подвисают» и не участвуют в процессах подготовки производства. Даже при разработке управляющих программ для механообрабатывающих деталей их геометрия выверяется на основе плазовой информации.

Попытаемся сформулировать основные принципы системы бесплазовой подготовки производства (рис. 3).

1. ЭМ становится эталоном хранения геометрической информации об изделии и используется как средство пространственной увязки сопрягаемых элементов конструкции. Формирование электронных макетов деталей и сборочных единиц осуществляется конструкторами с использованием объектно-ориентированных систем и баз данных типовых и стандартизованных элементов конструкции (подсечки, рифты, отверстия, вырезы, крепежные элементы и т.д.). В создании ЭМ участвуют технологи, которые в режиме группового использования данных проводят отработку технологичности изделия и дают рекомендации по изменению его конструкции.

2. ЭМ используется как первоисточник информации для получения моделей и электронных документов системы бесплазовой подготовки производства:

а) электронных чертежей (ЭЧ — сборочных и деталировочных), номенклатура, количество и состав информации которых должны быть пересмотрены и заново регламентированы. Очерки конструктивных элементов на ЭЧ формируются путем проецирования или построения сечений ЭМ. Чертеж превращается, по существу, в плаз-чертеж, поскольку он эталонирует реальную геометрию изделия;

б) технологических электронных макетов (ТЭМ), содержащих часть геометрической информации, необходимой для решения конкретной технологической задачи. Геометрия ТЭМ может отличаться от исходного конструкторского электронного макета, как, например, геометрия детали до сборки отличается от ее геометрии после выполнения ряда сборочных операций (подгонки, снятия припусков, сверления отверстий и т.д.).

3. Значительную часть шаблонов все равно придется делать (бесплазовое — не значит бесшаблонное), поскольку изготовление и контроль элементов конструкции будет на первых порах осуществляться по традиционной технологии. Отказ от шаблонов возможен только после переоснащения всех этапов производства (включая сборку) новым поколением программно-управляемого оборудования.

4. Проектирование технологических процессов будет осуществляться с использованием прикладных систем, причем исходная информация об изделии будет передаваться в виде технологических электронных макетов и чертежей и поддерживаться интегрированной информационной средой подготовки производства.

Отдавая себе отчет в некоторой идеализированности предлагаемой схемы, остановимся лишь на двух принципиальных вопросах, ответы на которые во многом будут определять успех перехода на бесплазовую подготовку производства.

в начало

в начало

CALS-стандарты: панацея или ловушка?

Обмен электронными данными при бесплазовой подготовке производства должен осуществляться в едином информационном пространстве. Создание этого пространства является одной из приоритетных задач внедрения CALS-технологий в авиационной промышленности. Декларируемый в рамках концепции CALS принцип стандартизации данных нуждается во взвешенной и продуманной реализации. Необходимо выработать ответ на ключевой вопрос: какие решения в области CALS-технологий должны и могут быть закуплены на рубежом, а какие — разработаны самостоятельно, в рамках федеральных или отраслевых программ?

Хотя НТД, действующая в настоящее время в авиационной промышленности, в значительной мере устарела и уже не отражает современных подходов к внедрению новых информационных технологий, она продолжает обеспечивать выпуск конкурентоспособной отечественной авиационной техники. Методическая стройность, комплексность и продуманность действующей у нас системы государственных и отраслевых стандартов отмечаются и зарубежными специалистами. Поэтому так важно не развалить все ценное, что в ней имеется, а адаптировать отечественную НТД к требованиям CALS-технологий.

Понимая всю условность предлагаемого сравнения, вспомним о тех последствиях, к которым привела программа стран СЭВ по выпуску ЕС-ЭВМ. Принимая во внимание благие намерения, обосновывающие принятие этой программы, и ряд положительных результатов (освоение операционных систем, языков программирования, массовая подготовка программистских кадров и т.д.), отметим лишь два негативных фактора, оказавших катастрофическое воздействие на отечественную электронную промышленность:

  • были приостановлены, а затем фактически утрачены некоторые отечественные разработки в области вычислительной техники, в то время способные составить конкуренцию зарубежным, а в ряде случаев вообще не имеющие аналогов в мире;
  • концентрация всех усилий на решении проблемы копирования и производства устаревших к тому времени моделей ЭВМ привела не только к вложению огромных финансовых ресурсов в морально устаревшую технику, но и позволила «прозевать» мировые тенденции в развитии вычислительной техники (переход на персональные компьютеры и рабочие станции).

Сейчас нет необходимости обсуждать, каким образом этих ошибок можно было избежать. Необходимо думать о том, какие опасности поджидают нашу промышленность в настоящее время, когда научные и финансовые возможности государства значительно подорваны. Опишем только ряд «подводных камней», ожидающих нас при односторонней ориентации на зарубежные CALS-стандарты:

  • для изделий авиационной техники в настоящее время не разработаны специализированные протоколы применения (АР STEP), как это уже сделано для судостроения, автомобилестроения, строительства, электротехники и т.д. По всей видимости, решения по CALS-технологиям являются закрытыми в рамках авиационных корпораций;
  • стандарты на технологическую подготовку производства носят фрагментарный характер, охватывают только некоторые виды технологических процессов и не учитывают специфики авиационного производства;
  • поскольку в настоящее время Россия не занимает лидирующего положения в международных комитетах по разработке стандартов и не оказывает влияния на их содержание, согласование и утверждение, то пассивная роль переводчиков и интерпретаторов означает для российской промышленности гарантированное отставание в области CALS-технологий.

Прямое использование CALS-стандартов для внедрения новых информационных технологий является длительным и непростым процессом, а в настоящее время, скорее всего, невозможным. Из десятков томов только одного стандарта ISO 10303 STEP переведены и утверждены Госстандартом России всего три. Для понимания и использования формальных описаний процессов и данных, применяемых в этих стандартах, необходима специальная подготовка, а на наших предприятиях таких специалистов практически нет. Поэтому так важно разрабатывать национальные решения в области CALS-технологий для авиационной промышленности.

в начало

в начало

Приоритеты внедрения: закупки или разработки?

Вложив миллионы долларов в импортные CAD/CAM-системы и не получив ожидаемой отдачи в реальном проектировании и подготовке производства, многие предприятия начинают понимать, что проблема является комплексной и не должна сводиться к закупке базовых программно-технических средств. Многие решения невозможно купить — их необходимо разрабатывать в рамках научно-исследовательских и опытных конструкторских работ. Приоритеты финансирования следует смещать в сторону создания и отработки методик моделирования процессов конструирования и подготовки производства, информационного обмена между этапами жизненного цикла, разработки прикладных систем и баз данных конструкторско-технологического назначения. Для подготовки отраслевых стандартов и руководящих материалов, учитывающих особенности отечественных технологий и организации производства, нужно разработать отраслевую программу в области CALS-технологий. Эта программа должна предусматривать создание методических, организационных и правовых основ внедрения CALS-технологий в авиационную промышленность, подготовку и переподготовку специалистов, а также решение целого комплекса практических задач подготовки производства.

Реализацию отраслевой программы внедрения CALS-технологий можно осуществлять по двум направлениям: «сверху» — разрабатывая нормативные документы и стандарты, и «снизу» — реализуя пилотные проекты, отрабатывающие определенные этапы формирования единого информационного пространства.

В комплексе задач, которые должны решаться с использованием CALS-технологий, обмен информацией между этапами конструирования и технологической подготовки производства следует отнести к числу первоочередных. Решение этой проблемы НИЦ АСК осуществляет в рамках пилотного проекта макета информационной среды обмена данными между конструкторским бюро и производством на базе CALS-стандартов. В качестве объекта для отработки макета выбран агрегат планера самолета (тестовый агрегат).

Работа выполняется в два этапа. На первом этапе тестируются разные PDM-системы, реализованные на ПЭВМ, с целью анализа их функциональности и возможности практического использования для решения поставленной задачи. После выбора программно-технических средств осуществляется наполнение макета информационной среды конструкторскими и технологическими данными модели тестового агрегата. Для заполнения информационной среды используется комбинированный способ, то есть данные в PDM-систему передаются как из CAD/CAM-системы, так и вводятся вручную.

На втором этапе проводятся разработка и обоснование предложений по созданию информационной среды обмена электронными данными между конструкторским бюро и производством на основе CALS-стандартов. Для этого создаются функциональная и информационная модели перспективной и переходных схем процессов обмена, подготавливаются материалы для выпуска первоочередных стандартов предприятия, готовятся предложения по созданию прикладных систем подготовки производства, работающих с данными, которые регламентированы CALS-стандартами.

«САПР и графика» 9'2000