Содержание к диссертации
Введение
1 Становление и развитие методов проектирования изделий ракетно-космической техники 12
1.1 Становление методов проектирования ракетно-космической техники 12
1.2 Роль математического моделирования в проектировании ракетно-космической техники 18
1.3 Внедрение CAD/CAM/CAE – систем 20
1.4 Организация информационной поддержки изделий ракетно - космической техники и управление инженерными данными 23
1.5 Современные методы проектирования изделий ракетно-космической техники 27
1.6 Задачи исследования 29
2 Особенности технологии и информационной поддержки процессов нисходящего проектирования изделий ракетно-космической техники 31
2.1 Особенности проектирования изделий ракетно-космической техники 31
2.2 Выбор базовых программных продуктов 43
2.3 Разработка требований к адаптации системы CreoElements/Pro и Windchill PDMLink к задачам проектирования сложных изделий 52
2.4 Методические основы технологии нисходящего проектирования изделий ракетно-космической техники 57
2.5 Схема организации нового проекта на основе технологии нисходящего проектирования 67
2.6 Выводы по второму разделу 72
3 Математические модели оценки ускорения проектно – конструкторских работ при распараллеливании итерационных процессов разработки 73
3.1 Организация проектно-конструкторских работ при создании изделий ракетно-космической техники 73
3.2 Итерационная модель определения коэффициента ускорения проектно-конструкторских работ с учтом возможности внесения изменений в документацию 76
3.3 Оценка влияния стратегии организации работ на ускорение процесса проектирования по нисходящей технологии 80
3.5 Эффективность распараллеливания без учта и с учтом затрат времени, связанных с координацией параллельно выполняемых работ 86
3.6 Определение оптимального числа параллельных процессов 88
3.7 Выводы по третьему разделу 92
4 Математические модели оценки количества изменений в процессе создания изделий ракетно-космической техники 93
4.1 Модель количества изменений, вносимых в конструкторскую документацию 93
4.2 Формирование объединнной матрицы количества изменений по мере выполнения проекта 96
4.3 Анализ количества изменений в процессе разработки изделий ракетно-космической техники 98
4.4 Выводы по четвертому разделу 115
5 Внедрение нисходящего проектирования в едином информационном пространстве ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» 117
5.1 Создание единого информационного пространства ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-ПРОГРЕСС» 117
5.1.1 Создание коллектива специалистов, нацеленных на создание единого информационного пространства и внедрение технологии нисходящего проектирования 120
5.1.2 Модернизация информационной инфраструктуры предприятия 122
5.1.3 Оснащение программным обеспечением и обучение сотрудников и специалистов 124
5.1.4 Нормативная база 126
5.1.5 Внедрение электронного документооборота и электронной подписи 130
5.1.7 Внедрение технологии нисходящего проектирования 135
5.2 Оценка результатов внедрения технологии нисходящего проектирования в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» 140
5.3 Выводы по пятому разделу 141
Основные результаты работы 142
Список сокращений и условных обозначений 143
Список литературы
- Организация информационной поддержки изделий ракетно - космической техники и управление инженерными данными
- Разработка требований к адаптации системы CreoElements/Pro и Windchill PDMLink к задачам проектирования сложных изделий
- Оценка влияния стратегии организации работ на ускорение процесса проектирования по нисходящей технологии
- Анализ количества изменений в процессе разработки изделий ракетно-космической техники
Введение к работе
Актуальность темы. Современные рыночные механизмы ведения хозяйственной деятельности диктуют жсткие требования предприятиям ракетно-космической отрасли (РКО):
поддержание высокого технологического уровня разработок;
. обеспечение конкурентных преимуществ для эффективной работы на внутреннем и мировом рынке;
. обеспечение и поддержание требуемых качественных показателей ракетно-космической техники (РКТ);
сокращение сроков научно-исследовательских и опытно-конструкторских
работ (НИОКР).
Для выполнения этих требований необходимо постоянное совершенствование как разрабатываемых изделий, так и технологий проектирования и конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) конструктивно сложных наукомких изделий, к числу которых относятся изделия РКТ.
Анализ существующей ситуации в РКО нашей страны показывает, что традиционные способы проектирования и организации проектно-конструкторских работ, применяемые на большинстве предприятий РКО и основанные на бумажном документообороте и стандартах (государственных, отраслевых, предприятия) второй половины прошлого века, в современных условиях, характеризующихся массовым применением вычислительной техники (ВТ), развитой инфраструктуры, систем автоматизированного проектирования (САПР) и средств управления инженерными данными, становятся неэффективными, зачастую вступают в конфликт с прогрессивными направлениями и технологиями электронного сквозного проектирования. Результатом становится торможение разрабатываемых проектов, длительные циклы КТПП изделий, моральное старение техники ещ на стадии е разработки.
Передовой опыт ведущих аэрокосмических предприятий, занимающих лидирующие позиции на мировом рынке, свидетельствует о том, что проектирование и производство технически сложных изделий в современных условиях становится невозможным без использования CALS-технологий. Концепция информационной поддержки жизненного цикла (ЖЦ) продукции предполагает параллельную работу большого коллектива специалистов в области решения проектных задач, конструирования, расчтов, технологической подготовки производства и т.д. Такие коллективы должны:
быть хорошо оснащены технически (современная вычислительная техника, оргтехника, высокопроизводительная информационная вычислительная сеть, мощные центры обработки данных (ЦОД), системы хранения данных и т.д.);
иметь в распоряжении лицензионные программные комплексы различного назначения и уровня (от офисного пакета до САПР «тяжлого» класса и расчтных комплексов инженерного анализа высокого уровня);
. быть обучены работе в условиях применения CAD/CAM/CAE-систем, PDM-и ERP-систем;
иметь возможность согласованного взаимодействия в едином
информационном пространстве (ЕИП) предприятия;
. иметь свободный доступ к хранимой информации;
быть объединены в коллективы, нацеленные на решение чтко
поставленных задач в единой схеме управления проектом.
Указанные требования являются либо техническими задачами, нацеленными на комплексную автоматизацию производственного предприятия, либо организационными и направленными на построение чтко очерченных бизнес-процессов предприятия. Первая часть задач решается построением развитой информационной инфраструктуры и информационного пространства предприятия. Вторая составляющая обеспечивается выпуском организационно-распорядительных документов, формированием команды специалистов, разработкой методическо-нормативной базы, обучением коллектива и консалтинговым сопровождением разработок.
Однако само по себе решение этих задач не решает проблему эффективного использования коллективом предприятия возможностей информационного пространства в целом и программных приложений в частности. По сути это лишь инструментарий проектирования.
В этом свете становится очевидной актуальность создания методологической основы процессов КТПП в условиях:
применения системы управления инженерными данными (PDM-системы) для управления проектом и инженерными данными, формируемыми в ходе реализации проекта;
применения высокоинтеллектуального инструментария САПР, ориентированного на решение конкретных задач;
эффективного использования кадрового потенциала предприятия при параллельном инжиниринге;
минимизации ошибок в ходе реализации проекта, возникновение которых неизбежно в силу различного рода факторов.
Разработка методического и технологического инструментария является актуальной научно-технической задачей, решение которой позволит с наибольшей эффективностью применять CALS-технологии для создания изделий РКТ, осуществлять управление взаимодействием персонала и сформировать ЕИП предприятия.
Цель работы: сокращение сроков создания изделий ракетно-космической техники и повышение их качества за счт разработки и внедрения моделей и алгоритмов управления проектами конструкторско-технологической подготовки производства на основе методологии нисходящего проектирования.
Задачи исследования:
-
Исследовать особенности применения методов нисходящего проектирования при создании изделий РКТ с учтом современных достижений в области информационных технологий.
-
Разработать математические модели и алгоритмы оценки ускорения проектно-конструкторских работ по созданию сложных изделий РКТ с использованием технологии параллельного нисходящего проектирования.
-
Выработать стратегию ведения работ с определением оптимального количества параллельно работающих подразделений.
-
Разработать математические модели оценки количества изменений в итерационных процессах создания изделий РКТ, а также общего объма выпускаемой документации.
-
Предложить критерии оценки качества выпуска проектно–конструкторской документации, модели оценки увеличения сроков разработки изделий из-за внесения изменений в документацию.
-
Сформулировать требования к программным продуктам CreoElements/Pro (Pro/Engineer) и Windchill PDMLink и провести их адаптацию с учетом специфики проектирования и производства изделий РКТ в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс».
-
Разработать конфигурацию ЕИП ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» на основе решений Windchill PDMLink и САПР CreoElements/Pro (Pro/Engineer), реализующих информационную поддержку процедур нисходящего проектирования изделий РКТ.
-
Провести анализ эффективности использования разработанных предложений при проектировании изделий РКТ в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс».
Объектом исследования является процесс конструкторско-технологической подготовки производства изделий ракетно-космической техники.
Предметом исследования является система организации проектно-
конструкторских работ в едином информационном пространстве научно-производственного предприятия.
Методы исследования. В процессе решения поставленных задач использованы методы системного анализа, математического моделирования, математической статистики, объектно-ориентированного программирования и функционального проектирования.
Научная новизна работы характеризуется следующими результатами:
-
Разработаны базовые принципы модернизации технологии нисходящего проектирования изделий РКТ с учтом современных достижений в области информационных технологий.
-
Предложена модификация закона Амдала для учта затрат времени на организацию распараллеливания проектно-конструкторских работ.
-
Предложены математические модели оценки количества изменений в итерационном процессе создания изделий РКТ.
-
Сформирована и решена задача о рациональном распараллеливании процессов проектирования изделий РКТ.
Практическая ценность. Практически значимыми являются следующие результаты диссертационной работы:
-
Стратегии и методики ведения проектно-конструкторских работ по технологии нисходящего проектирования, основанные на выделении доли последовательно и параллельно выполняемых работ, позволяющие оптимизировать организационную структуру проектной организации и процессы разработки изделий РКТ.
-
Методология организации нисходящего проектирования, основанная на решениях Windchill PDMLink и САПР CreoElements/Pro (Pro/Engineer), для разработки изделий РКТ.
3. Результаты внедрения разработанных моделей и алгоритмов в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» для организации конструкторско-технологической подготовки производства ракеты-носителя (РН) «Союз-2-1В», блока-выведения (БВ) «Волга», космического аппарата (КА) «Сервал», КА «Обзор-Р», а также при разработке электронного макета самолта «Рысачок».
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Методологические основы нисходящего проектирования изделий РКТ с использованием современных информационных технологий и реализацией в среде Windchill PDMLink и САПР CreoElements/Pro (Pro/Engineer).
-
Математические модели оценки эффективности проектно-конструкторских работ за счт распараллеливания итерационных процессов разработки.
-
Принципы формирования ЕИП территориально распределнного предприятия РКО для реализации технологии нисходящего проектирования изделий РКТ.
-
Результаты внедрения технологии нисходящего проектирования и анализа путей ускорения проектно-конструкторских работ реальных изделий РКТ.
Реализация и внедрение научно-технических результатов работы в промышленности.
Результаты работы используются в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» при разработке перспективных изделий РКТ (РН «Союз-2-1В», БВ «Волга», КА «Сервал», КА «Обзор-Р»), реализованы в четырх стандартах предприятия, 65-ти регламентах и инструкциях, определяющих методологию, порядок и правила применения систем Windchill и CreoElements/Pro с адаптацией для разработки изделий РКТ.
Апробация результатов, полученных в диссертационной работе,
осуществлялась на научно-техническом совете ОАО «Ракетно-космическая
корпорация «Энергия» имени С. П. Королва» и в рамках следующих научно-
технических конференций: Симпозиум с международным участием
«Самолтостроение России. Проблемы и перспективы» (г. Самара, 2012 г.); XV и
XVI Международная научно-практическая конференция «ИТ-БИЗНЕС в
Металлургии, Машиностроении, ТЭК и Химии» (г. Москва, 2012 г., 2013 г.);
Научно-техническая конференция «Актуальные проблемы ракетно-космической
техники» (II Козловские чтения) (г. Самара, 2013 г.); Международная научно-
техническая конференция «Перспективные информационные технологии (ПИТ-
2013)» (г. Самара, 2013 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 работ, из них 9 в изданиях из перечня российских рецензируемых научных журналов, рекомендуемых ВАК.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, содержащего 102 наименования, двух приложений. Работа изложена на 163 страницах, содержит 62 рисунка, 2 таблицы.
Организация информационной поддержки изделий ракетно - космической техники и управление инженерными данными
Принцип ракетного движения, известный со времен древнего Китая, имеет такую же большую и богатую историю, как и мечты людей об аэродинамическом способе полта, заимствованном из наблюдений за птицами. Однако, в отличие от авиации, которая имела определенное историческое время для развития научно-обоснованных методов проектирования, РКТ развивалась в гораздо более жстких условиях.
Природу аэродинамической подъмной силы пытался объяснить Исаак Ньютон. Основы теоретической аэродинамики и первые аэродинамические опыты принадлежат нашему соотечественнику Н.Е. Жуковскому. Начиная с 1892 года, им опубликован ряд статей и капитальных трудов по аэродинамике [36].
Летательный аппарат конструкции А.Ф. Можайского, имеющий все основные элементы современного самолета, был собран и совершил подлет в 1885 году [15]. Полеты Отто Лилиенталя на аппарате, напоминающем современные дельтапланы, заложили основу пилотирования. Официально признаваемый всем миром первый полет самолета принадлежит братьям Райт и датируется 1903 годом [37]. С этого момента начался довольно длительный бурный период развития авиационной науки и практики, движущими силами которого были не в малой степени романтика полта, рекордные достижения и тому подобные стимулы. Господствующим методом проектирования в период от зарождения авиации до начала второй мировой войны можно считать метод «проб и ошибок». Представление об этом методе дает написанное в форме памфлета предисловие к одной из первых серьезных книг по проектированию самолета Карла Вуда [24].
Следующий период развития теории и методов проектирования самолетов принято называть эволюционным [76]. Он базируется на огромном статистическом материале, накопленном в ходе создания ранее построенных самолтов. Обобщение этих методов нашло отражение в фундаментальных работах по конструкции и проектированию самолтов [29, 89, 9]. В настоящее время в авиастроении ставится задача о совершенствовании методов проектирования на основе высокоточного математического моделирования и многодисциплинарной оптимизации [19, 51].
Развитие ракетной техники происходило в несколько иных условиях. Теоретические основы ракетного движения и идеи первых конструкций ракет с жид-костно-реактивными двигателями можно найти в работах К.Э. Циолковского (СССР) [98, 99] и Г. Оберта (Германия) [78]. К этим работам в целях исторической справедливости следует добавить [6, 97]. Исторический период, в который были заложены основы современной ракетной техники, отличался большим влиянием предвоенных, военных и послевоенных факторов. Именно в этот период и под влиянием его факторов в самые кратчайшие сроки были построены первые эффективные ракеты. Их создание осуществлялось в Германии под руководством Вернера Фон Брауна и в СССР под руководством С.П. Королва [59].
Особенность разработки методов проектирования и самих жидкостных ракет состояла, прежде всего, в том, что с самого начала этих работ во главу угла ставилось боевое применение. Ход второй мировой войны и последовавшие годы гонки вооружений ставили чрезвычайно жсткие требования по секретности, срокам разработки и наджности.
В начальный период (вторая половина 40-х и начало 50-х годов) разработчики РКТ столкнулись с рядом проблем методологического характера, а именно с необходимостью проведения баллистических, аэродинамических, прочностных, тепловых расчтов при полном отсутствии нормативной базы, отраслевых стандартов. Положение усугублялось тем, что создание баллистических ракет было поручено не наркомату авиационной промышленности (их усилия были сосредоточены на развитие реактивной авиации), а наркомату вооружений. Основным заказывающим органом было Главное артиллерийское управление (ГАУ) Красной армии. Впоследствии долгие годы в конструкторских чертежах на ракеты указывались нормативы ГАУ. Кроме того в авиации основные направления исследова 14 ний лежали в области аэродинамики и прочности, а в ракетной технике - в области баллистики и динамики ракет. Заказчики из ГАУ категорически отказались от применения на первой ступени ракет больших сбрасываемых аэродинамических поверхностей - крыльев. Сразу возникла проблема по созданию системы управления для поддержания устойчивости движения статически неустойчивого тела (когда центр давления внешних сил на ракету находится выше центра е масс). Кроме того конструировать ракеты приходилось в условиях отсутствия знаний о свойствах атмосферы и влиянии космоса (вакуума, невесомости, низких температур) на материалы. Поэтому начальный этап проектирования можно охарактеризовать также как и в авиации - методом «проб и ошибок». Только в ситуации с ракетами сроки для исправления ошибок и цена самих ошибок были сверхэкстремальными. В этот период эффективно работал метод «мозгового штурма». Острая потребность в разработке методов проектирования особо сложных и ответственных технических систем нашла отражение в появлении в 70-е годы прошлого века серии фундаментальных работ в этой области [26, 95, 28].
По прошествии времени в ракетной технике сформировалось три основных центра по баллистическим расчтам: у военных - НИИ 4 (Тихонравов М.К., Нариманов Г.С., Эльясберг П.Е. [68, 69]), ОКБ -1 (Лавров С.С., Аппазов Р.Ф.[16]), ИПМ АН СССР (Охомницкий Д.Е., Энеев Т.М. [72]). Позже все межпланетные и пилотируемые миссии осуществлялись только после сверки расч-тов, проведнных этими организациями.
В области нагрузок и прочности лидерами оказались ОКБ -1 (Гладкий В.Ф.), ЦНИИМАШ с его экспериментальной базой (Кармишин А.В.), МВТУ им. Н.Э. Баумана (Феодосьев В.И.).
При создании изделий РКТ конструкторы столкнулись также с необходимостью решения ряда принципиально новых проблем, таких как разработка герметичных конструкций и теплозащитных материалов, преодоление «теплового барьера», преодоление эффектов спайки материалов и испарения смазки в подшипниках в условиях вакуума, защита элементов конструкции от солнечной и космической радиации.
Разработка требований к адаптации системы CreoElements/Pro и Windchill PDMLink к задачам проектирования сложных изделий
Копии в электронной форме - «Электронные документы, выполненные способом, обеспечивающим идентичность их с подлинниками (дубликатами), подписанные установленными ЭЦП лиц, ответственных за их изготовление» [30]. 5) Определены понятия электронных моделей:
. «Электронная модель детали - Документ, содержащий электронную геометрическую модель детали и требования к ее изготовлению и контролю (включая предельные отклонения размеров, шероховатости поверхности и
«Электронная модель сборочной единицы - Документ, содержащий электронную геометрическую модель сборочной единицы, соответствующие электронные геометрические модели составных частей, свойства, характеристики и другие данные, необходимые для сборки (изготовления) и контроля. К электронным моделям сборочных единиц также относят электронные модели для выполнения гидромонтажа и пневмомонтажа» [30].
. «Основной конструкторский документ изделия в отдельности или в совокупности с другими записанными в нем конструкторскими документами полностью и однозначно определяют данное изделие и его состав. За основные конструкторские документы в зависимости от формы выполнения принимают: - для деталей - чертеж детали и (или) электронную модель детали; - для сборочных единиц, комплексов и комплектов - спецификацию и (или) электронную структуру изделия» [30]. 6) В привязке к электронным документам определено понятие электронно-цифровой и электронной подписи: «ЭЦП - неотъемлемая часть реквизитной части ЭД, предназначен ная для удостоверения и подтверждения его подлинности и целостности» [34]. . «Оформление документа: Проставление необходимых реквизитов и атрибутов, установленных правилами документирования» [32]. . «Подпись: Реквизит документа, представляющий собой собственноручную подпись полномочного должностного лица. Для электронных документов используется аналог собственноручной подписи - электронная цифровая подпись» [32]. «ЭЦП используют, как правило, последовательно или параллельно. При последовательном использовании каждая последующая ЭЦП, подтверждающая ранее подписанную информацию и все предыдущие ЭЦП, обеспечивает проверку целостности по предыдущим подписям. При параллельном использовании каждая ЭЦП подтверждает только подписываемую информацию» [34].
Для документации, выполняемой в электронной форме на изделия, разрабатываемые по заказу Министерства обороны, порядок использования ЭЦП и применяемые программно-технические средства должны быть согласованы с заказчиком (представительством заказчика)» [34].
Таким образом, результаты анализа уже существующей нормативной базы, несмотря на е недостатки и неполноту с точки зрения решения вопросов электронного документооборота, в настоящее время позволяют решать указанные вопросы. Детализация нормативной базы может осуществляться выпуском отраслевых стандартов и стандартов предприятия.
С появлением современных средств вычислительной техники, средств формирования информационной инфраструктуры, программных продуктов организации ЕИП, САПР с необходимыми функциональными возможностями, систем управления инженерными данными, с накоплением опыта и методического мате 41 риала использования возможностей современных информационных технологий появляется понимание того, что кроме всего сказанного выше в современных условиях необходима специальная технология разработки изделий. В противном случае разработчик изделия даже в условиях развитого информационного пространства остатся работать за тем же кульманом пусть и электронным.
В чм же принципиальная разница предлагаемой в данной работе технологии нисходящего проектирования, основанной на решениях САПР CreoEle-ments/Pro и Windchill PDMLink, от традиционной технологий разработки изделий? Отличий много, но главное - это отличие традиционно сложившегося плана. В отличие от сложившихся в 50-70 г. на большинстве предприятий отрасли традиций «держать в голове ведущих специалистов» технологию разработки изделия и его элементов, технология нисходящего проектирования строго регламентирована, описана в методических, нормативных и регламентирующих документах и в меньшей степени зависит от человеческого фактора.
Несмотря на то, что технология нисходящего проектирования может применяться различными специалистами, участвующими в разработке изделия, в первую очередь она нацелена на создание конструкции изделия. Конструкция изделий РКТ как нельзя лучше подходит для разработки по технологии нисходящего проектирования и в первую очередь это относится к конструкции КА. В отличие от РН, где преобладает мелкосерийное производство, КА в настоящее время стали уникальными изделиями. За исключением КА, разработанных ещ в 80-90 годы прошлого века и к числу которых относятся пилотируемые и грузовые КА, а также отдельные типы КА связи и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), все новые изделия стали уникальными. Практически каждый вновь создаваемый КА разрабатывается с весьма ограниченными возможностями по заимствованию разработок, выполненных ранее. Следовательно, выполнение новых разработок в условиях ограниченных финансовых ресурсов, сжатых сроков, жсткой конкурентной борьбы за заказы, должно осуществляться с использованием высокоэффективных технологий. В пользу технологии нисходящего проектирования говорит ещ и конструктивная сложность изделий РКТ, которая заключается не только в плотности и оригинальности компоновок, но и в использовании сложных геометрических форм. В этой части ограничений нет. Геометрия внешних обводов и внутреннего исполнения могут быть любой сложности, т.к. во главу угла в изделиях РКТ ставится не простота исполнения, а достижение требуемых характеристик.
Предлагаемая информатизированная технология нисходящего проектирования опирается на следующие положения: возможность сквозного наследования геометрических данных. Эта особенность заключается в том, что создаваемые на более высоком уровне иерархии проекта геометрические данные (оси, плоскости, поверхности, базовые точки, и т.д.) наследуются с использованием функционала системы САПР и PDM-системы на более низкий уровень иерархии проекта. При этом указанные данные могут изменяться только на верхнем уровне и обязательны для всех нижестоящих уровней; создание системы геометрических привязок, через которые осуществляется взаимная увязка моделей с базовой геометрией и моделей между собой. Система геометрических привязок пронизывает весь проект от начальной стадии до элементарных деталей; формирование электронного состава разрабатываемого изделия в PDM-системе. Электронный состав изделия становится основным документом для планирования производства через ERP-систему предприятия, от электронного состава идт при необходимости разработка спецификаций, электронный состав изделия должен быть всегда актуальным; решение вопросов входимости, применяемости, комплектности и изменения данных; конфигурирование создаваемого изделия, позволяющее от состава базового изделия генерировать электронные составы экспериментальных установок, технологических изделий и новых модификаций изделия;
Оценка влияния стратегии организации работ на ускорение процесса проектирования по нисходящей технологии
В среде совместной с PDM-системой работы САПР должны иметь механизмы создания, проведения и согласования изменений, которые реализуются в совместной сборке через обмен данными в общепринятых форматах. Кроме того, должна обеспечиваться визуализация данных, полученных как от системы PLM, так и данных непосредственно в САПР механики и электрики.
В свете изложенного сформулируем требования к комплексу CAD-PDM в части поддержки изменений: необходим механизм визуального контроля проводимых изменений в режиме «новое - предыдущее» положение компонента или формы печатной платы; необходим механизм согласования проводимых изменений, которые после согласования вступают в силу автоматически; . необходим механизм передачи текстовой информации - комментариев -совместно с информацией об изменении, согласовании; необходима реализация механизма передачи данных только об изменнном компоненте (ах)- его положении; необходима реализация механизмов визуализации, причм печатная плата должна быть визуализирована с компонентами и проводниками любого вида; необходима реализация механизма визуальной навигации по компонентам и цепям печатной платы, а также одновременное отслеживание информации об исследуемом компоненте на схеме и печатной плате; . необходима реализация механизма сравнения версий данных с отображением их отличий. Следующим шагом является формулирование требований к системе управления инженерными данными: система управления инженерными данными и документацией должна быть инвариантна по отношению к используемым в разработке изделий средствам CAD/CAM/CAE. Система должна обеспечивать поддержку работы основных CAD систем, таких как CreoParametric (Pro/Engineer), NX(Unigraphics), CATIA, SolidWorks, AutoCAD и др.; . система должна иметь пользовательский интерфейс, соответствующий современным стандартам WEB: контекстные меню, подсветка ссылок, выпадающие списки, возможность обновления страниц и т.п. Интерфейс должен также иметь возможность настройки и модификации как часть процесса адаптации системы; система должна быть основана на стандартных WEB-технологиях и языках; система должна быть защищнной как для внутренних, так и для внешних пользователей путм использования стандартных технологий защиты данных; . система PDM должна быть открытой, легко настраиваемой на специфические требования предприятия в проектах разработки изделий, желательно без использования программирования на начальных этапах; ПО должно быть открытым, использующим принятые в промышленности стандарты обмена информацией, а также выполняться на современных вычислительных платформах; система PDM должна иметь инструментальные средства для создания библиотек и механизмы настройки для использования уже применяемых библиотек и баз данных. Система должна поддерживать управление библиотеками компонентов, стандартных документов и других объектов, которые могут использоваться при разработке изделий; система PDM должна позволять создание изделий как в режиме нисходящего, так и восходящего проектирования; система PDM должна поддерживать технологию коллективной работы во время выполнения проекта.
Пользователи должны легко видеть работу других пользователей в контексте среды коллективной работы. Среда коллективной работы должна различать все типы порождаемых данных, включая данные механических и электрических CAD, текстовые документы, медиа-файлы и т.д. Система должна обеспечивать управление работы со сборками, включающими электрические и механические компоненты. Система должна обеспечивать контроль коллективной работы в гибкой и простой среде коллективной работы; система PDM должна иметь функциональность управления проектами, обеспечивающую планирование работ, мониторинг процессов разработки и формирование различных отчтов; система PDM должна быть простой во внедрении и иметь минимальную стоимость обладания (лицензии и поддержка); система должна быть масштабируемой, включая охват участников проекта разработки изделий, находящихся в географически удалнных точках; система должна иметь средства, при помощи которых инженерные данные могут быть предоставлены для доступа пользователям-партнрам или контролирующим органам. Данные об изделии должны иметь возможность быть открытыми в общий доступ, но с абсолютной гарантией от неавторизованного изменения и несанкционированного доступа. Система должна иметь возможность предоставлять доступ пользователю только к необходимым фрагментам данных, а не ко всему контенту данных по изделию. Остальные данные должны оставаться закрытыми для сторонних пользователей; система должна иметь полную функциональность по управлению данными: управление структурой изделия, управление конфигурациями, изменениями, управление ЖЦ данных, управление потоками работ, электронный документооборот.
Анализ количества изменений в процессе разработки изделий ракетно-космической техники
Применение процесса последовательного проектирования эффективно для проектов, в которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования и предоставить разработчикам свободу реализовать их как можно лучше с конструкторской точки зрения. Однако данная технология обладает рядом существенных недостатков, основным из которых является то, что требования к создаваемому изделию закреплены в ТЗ, и заказчик не имеет возможности менять свои требования и вносить замечания в ходе работы над изделием.
Существенным преимуществом параллельного проектирования является то, что обеспечивается устранение известных недостатков последовательного проектирования, в частности, когда изменения в документацию вносятся на последних стадиях разработки изделия. Как показывает опыт автора, 50 – 70% имеющихся дефектов готовой продукции машиностроения возникают из-за недоработок в конструкторской работе, 20-30% из-за недостаточной технологичности изделия, 5 – 15% – по вине производства.
Организационная структура ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» построена таким образом, что проектные проработки, включающие создание УСП разрабатываемого изделия, как правило, осуществляются в одном проектном подразделении и представляют собой последовательный процесс, результатом которого является построение проектного облика изделия и формирование требований к нему. Сво реальное воплощение данный процесс получает в ТЗ на ККС, содержащем текстовую часть и электронное приложение.
Разработка же КД, для которой уже определены геометрические ограничения и необходимые технические требования, может осуществляться в параллельном режиме в нескольких конструкторских подразделениях, что обусловлено базовыми принципами нисходящего проектирования – наследованием геометрии верхнего уровня, системой сквозных ссылок и ассоциативностью геометрических данных.
Таким образом, создатся возможность для последовательно-параллельного проектирования по нисходящей методологии. При этом неизбежно возникают ите рации (процесс согласований, изменений и уточнений) как по вертикали – между проектантами и конструкторами, так и по горизонтали – между конструкторскими отделами (Рисунок 3.3).
Организация последовательно-параллельных работ по методологии нисходящего проектирования Подобная организация проектных работ позволяет сократить время разработки и варианты исполнения изделий, однако предусматривает дополнительные потери, связанные с координацией параллельно выполняемых работ с учетом итеративности процесса. Таким образом, возникает задача об оптимизации рационального количества параллельно выполняемых процессов и минимизации издержек на информационную поддержку параллельных работ.
Распараллеливание проектно-конструкторских работ в значительной мере повышает скорость их выполнения, но требует совмещения последовательно и параллельно выполняемых работ (как показано в пункте 3.1). Кроме того, возникает вопрос о количестве параллельно работающих подразделений и координации их работы. Совершенно очевидно, что четыре параллельно работающих конструкторских подразделения выполнят работу по проекту быстрее, чем два. В тоже время, увеличив их количество, например, до 6-8 можно и не получить нужного ускорения работ и сокращения сроков проектирования из-за возможных больших трудозатрат на координацию их работы и согласование получаемых в процессе параллельной работы инженерных данных.
Примем, что основой для оценки производительности при последовательно-параллельном выполнении работ могут быть использованы подходы, признанные в теории параллельных вычислений и сформулированные в законе Д. Амдала: «В случае, когда задача разделяется на несколько частей, суммарное время е выполнения на параллельной системе не может быть меньше времени выполнения самого длинного фрагмента» [1].
Закон Д. Амдала дат нижнюю оценку достижимой производительности параллельных работ и записывается следующим образом:
Закон Амдала позволяет подсчитать реальное ускорение вычислений на многопроцессорных системах, то есть определить нужное количество процессоров для более эффективных вычислений, но при этом не учитывает потери времени на межпроцессорный обмен сообщениями. При этом, рассматривая чтко регламентированный и формализованный круг задач конкретного исполнителя, очерченный геометрией верхнего уровня, геометрическими привязками и прочими элементами технологии нисходящего проектирования, можно с некоторыми допущениями сопоставить работу конкретного специалиста в коллективе с от дельным процессором в многопроцессорной системе. Указанные допущения в рассматриваемой задаче при распараллеливании проектно-конструкторских работ обусловлены необходимостью учитывать потери, связанные с долей работ, которые следует дополнительно затратить на координацию параллельных процессов и согласование результатов.
С учтом этого величину ускорения целесообразно рассчитывать следующим образом: где D - суммарное ускорение решения проектно-конструкторской задачи в результате ряда итераций (/ ) по уточнению проекта. Характеристика выражает отношение времени решения определнной задачи при последовательном выполнении работ ко времени е решения с распараллеливанием работ и с учтом затрат на их координацию;
