С.А. Борисов, В.В. Смолянинов, М.Н. Терентьев

Опыт внедрения САПР на ВМП "Авитек"

Одной из важных особенностей современного состояния промышленных предприятий ВПК РФ является то, что многим из них для выживания в новых экономических условиях приходится (часто в экстренном порядке) осуществлять глубокую конверсию основного производства.

При этом нередки случаи, когда предприятиям приходится браться за изготовление несвойственной их прежнему профилю сложной продукции, требующей специфического оборудования и новых для данного предприятия (хотя и хорошо известных в промышленности) технологий. Ситуация осложняется не только отсутствием опыта производства вновь осваиваемых изделий, но и дефицитом высокопрофессиональных кадров.

Все это вынуждает предприятия ВПК внедрять современные технологии, позволяющие обходиться минимальным количеством сотрудников и обеспечивающие:

• сокращение времени разработки и выпуска изделия
• эффективное использование станочного парка
• снижение затрат на переоборудование производственных мощностей
• минимальное изменение сложившейся структуры предприятия

Такими “спасительными” технологиями для предприятий являются современные CAD/CAE/CAM-технологии, реализующие распараллеливание работ на всех этапах создания изделия (от разработки конструкции до ее изготовления) и позволяющие обеспечить выпуск высококачественной продукции меньшим числом специалистов и изготовить продукцию, которую легко сертифицировать, что очень важно для успешного выхода предприятий на международный рынок.

Параллельная разработка

Современные CAD/CAE/CAM-технологии обеспечивают коллективный режим работы над проектом, когда одновременно большое число специалистов работает над различными частями и стадиями проекта.

Основное идеологическое отличие современных компьютерных технологий разработки изделий машиностроения от традиционных заключается в том, что здесь в качестве главного результата конструирования и проектирования изделия выступает единая трёхмерная геометрическая модель объекта, а не комплект чертежей на бумажных носителях и набор спецификаций. При этом чертежи и спецификации также могут существовать как в виде электронных копий на машинных носителях, так и в виде твёрдой копии на бумаге, но они есть лишь слепок или копия с эталона.

Интенсивное развитие компьютерных технологий за последние 5 лет привело к возможности совмещения этапов разработки и подготовки производства изделия. Это достигается следующими возможностями современных систем CAD/CAE/CAM и особенностями процесса разработки:

• наличие единой трехмерной геометрической модели
• наличие развитого аппарата параметризации как при построении моделей отдельных деталей, так и при создании сборок
• возможность коллективной работы над данными проекта
• вспомогательный характер этапа выпуска документации

Сегодня в мире известны несколько зарубежных фирм, которые предлагают решения для реализации современных технологий. Каждый такой комплекс состоит из значительного количества (десятки и сотни) достаточно сложных взаимосвязанных программных продуктов, решающих следующие задачи:

• управление данными проекта
• управление коллективной работой
• дизайн и геометрическое моделирование
• выполнение инженерного анализа
• стереолитография
• изготовление комплекта чертежей
• подготовка производства
• выпуск сопутствующей документации

Естественно, что эти программные комплексы являются очень дорогостоящими, и поэтому предприятие вынуждено остановиться на какой-либо одной линии программных продуктов, используя компоненты конкурирующих технологий лишь для каких-то специфических целей, где их применение особенно эффективно. В соответствии с выбранным программным обеспечением и решаемыми задачами подбираются аппаратные средства. Как правило, в современных условиях это либо достаточно мощные персональные ЭВМ на базе микропроцессоров Intel Pentium, Pentium PRO, либо графические рабочие станции на RISC-процессорах (HP, SGI, SUN, DEC).

Одним из эффективных решений в данном направлении является комплекс программных средств корпорации Intergraph (США).

Набор программных продуктов прекрасно вписывается в существующую структуру предприятий благодаря тому, что с одной стороны, целые группы продуктов из общего набора являются достаточно универсальными и используются как в основном цикле, так и во вспомогательных производствах (системы трехмерного геометрического моделирования, чертежно-графические и т.д.), а с другой стороны, специализированные программные продукты (расчетные программы, технологические модули и т.д.) соответствуют потребностям конкретных подразделений предприятий.

Интегрированная компьютерная технология легко стыкуется с системами управления деятельностью промышленного предприятия, что еще более повышает эффективность автоматизации рабочих процессов.

Современные программные средства легко настраиваются на имеющийся станочный парк. Например, модуль создания управляющих программ для станков с ЧПУ - I/NC - позволяет создавать программы для любых станков, так как содержит встроенный генератор постпроцессоров. Данный программный комплекс может легко адаптироваться к принятым на предприятии технологическим схемам, делая традиционный процесс менее трудоемким и более упорядоченным за счет связи с полной геометрической моделью.

Технология Jupiter

В современной организации программное обеспечение должно обслуживать определенные потребности конечных пользователей при условии соблюдения установленных правил разделения данных, интеграции и использования стандартной технологии в рамках всего предприятия. Для удовлетворения этих потребностей необходимо обеспечение интеграции на промышленном уровне, а не только на уровне одного поставщика программного обеспечения. Кроме того, интеграция должна быть обеспечена в условиях быстро развивающегося технологического прогресса и в условиях возрастания спроса на более мощные и простые в использовании приложения.

Фирма Intergraph (США) предложила новую технологию, известную как проект Jupiter, которая обеспечивает основу для интеграции процессов внутри предприятия с одновременным обеспечением потребностей отдельных пользователей. Технология Jupiter расширяет концепцию technical desktop и открывает новые технические и деловые возможности для всех пользователей, а не только технических специалистов.

Приложения, созданные на основе технологии Jupiter - это естественные Windows-приложения, ориентированные на конкретную предметную область (говорят на профессиональном языке пользователя) и независимые от традиционных систем CAD, и что очень важно, они предназначены не для замены, а для расширения возможностей существующих технологий. Jupiter-приложения функционируют без традиционных пакетов автоматизированных проектирования, типа MicroStation, AutoCAD или I/EMS, но все же позволяют использовать файлы, созданные в этих традиционных системах CAD, благодаря новому стандарту ядра геометрического моделирования открытой архитектуры ACIS, предложенному фирмой Spatial Technology. Таким образом, сохраняются инвестиции в аппаратные средства, программное обеспечение и обучение, уже сделанные предприятием, и открывается путь к технологическому будущему.

Стандарт, на основе которого фирма Intergraph развивает компоненты программного обеспечения нового поколения - это Microsoft’s Component Object Model (COM), который определяет двоичный стандарт для создания объектов и позволяет приложениям связываться друг с другом. Конечные пользователи не должны знать COM. Они видят результат как объект OLE (Object Linking and Embedding) или OLE4DM (OLE for Design and Modeling Applications). Последний является стандартом, который разработан фирмой Intergraph и представляет собой расширение OLE для работы с данными CAD/CAE/CAM и GIS.

Спецификация стандарта OLE4DM позволяет разработчикам программного обеспечения CAD/CAE/CAM и GIS создать такое программное обеспечение, которое помогает пользователям связывать и включать техническую графическую информацию в 2- и 3-мерные документы. При использовании OLE4DM техническая информация становится более доступной, чем когда-либо прежде, так как "живые" геометрические объекты интегрируются в файлы приложений и документы.

Технологии COM и OLE освобождают разработчиков от необходимости использовать общий формат данных в качестве основы для интеграции приложений. Вместо этого разработчики могут объединять через стандарты связи COM любые OLE-приложения - деловые, технические или производственные. Это позволяет техническим специалистам работать с объектами точно так же, как они работают в традиционных системах автоматизированного проектирования, но со многими дополнительными преимуществами.

Если попытаться коротко сформулировать основные преимущества, которые предоставляет конечному пользователю новое поколение технических приложений фирмы Intergraph, то на наш взгляд следует отметить следующие:

• Возможность приобретения специализированных решений для конкретных задач, которые не имеют избыточных (и часто совершенно не используемых) команд
• Экономия средств: приложения меньше по объему и не требуют традиционного ядра автоматизированного проектирования
• Новый уровень простоты в использовании, благодаря интерфейсу Windows
• Сохранение инвестиций, уже сделанных в существующие данные, обучение, аппаратные средства, программное обеспечение
• Возможность постепенного приобретения необходимых приложений
• Работа с программным обеспечением, которое говорит на профессиональном языке, а не на языке чертежа
• Повышение производительности, благодаря использованию объектов, которые функционируют как реальные 3-мерные объекты, а не элементы чертежа
• Улучшение и качества проекта, благодаря автоматизации документооборота
• Улучшение характеристик программного обеспечения, потому что оно непосредственно использует преимущество аппаратных средств и ресурсов операционной системы
• Возможность использования стандартных средств разработки и настройки, таких как Visual Basic или Visual C++, вместо необходимости использовать специализированные средства систем CAD типа MDL или AutoLisp

И в заключение, несколько наиболее важных преимуществ, которые новая технология предоставляет предприятиям:

• Возможность приобретения системы, программного обеспечения и услуг, которые точно отвечают потребностям
• Лучшее использование ресурсов - людских, аппаратных, программных
• Увеличение индивидуальной и, в итоге, общей производительности предприятия
• Возможность выбрать и совместно использовать лучшее в своей области программное обеспечение, и отказаться от ориентации на единое ядро для всех приложений
• Работа в единой операционной среде и как следствие - простота в использовании, управлении и обслуживании
• Внедрение технических приложений в общий вычислительный процесс предприятия и устранение отдельных "островков" автоматизации
• Использование любой новой технологии, которая улучшает конкурентоспособность изделий или производительность
• Подъем на новый уровень собственных программных разработок
• Обеспечение доступа к данным проекта для всех пользователей, исходя из того, что они должны делать, а не через процедуры, разработанные с целью защитить систему
• Одновременное обеспечение доступа к единой модели и моделям частных решений

Jupiter и OLE4DM имеют потенциал для кардинального изменения технологии, которая используется предприятием и отдельным пользователем для управления информацией. Они представляют собой будущее и, в то же самое время, сосуществуют с имеющимися технологиями и расширяют их возможности.

В настоящее время фирма Intergraph предлагает на рынке программных продуктов два приложения нового поколения:

Solid Edge^TM - революционный программный продукт, предназначенный для трехмерного геометрического моделирования в среде Windows NT и Windows 95, отличительными особенностями которого являются исключительная простота в использовании, технология Plug-and-Play и ориентация на работу со сборочными узлами, которые можно формировать, непосредственно подключая (без конвертора формата данных!) файлы моделей, созданные в таких системах, как MicroStation, AutoCAD, I/EMS.

Imagineer Technical - программный продукт, предназначенный для создания чертежей в среде Windows NT и Windows 95, который также отличается простотой в использовании и чрезвычайно “интеллектуальными” командами создания и манипулирования графическими элементами.

Внедрение компьютерных технологий на ВМП Авитек

Перечисленные выше преимущества в значительной мере проявились в ходе решения практической задачи для одного из крупнейших российских предприятий ВПК - Вятского машиностроительного предприятия Авитек в г. Кирове.

Это хорошо оснащенное современное предприятие в ходе конверсии переходит к выпуску малого вертолета Ми-34. Поскольку ранее изделия подобного профиля заводом не выпускались, в ходе подготовки производства ВМП Авитек столкнулось со следующими серьезными проблемами:

• отсутствие плазово-шаблонного хозяйства
• имеющееся оборудование не обеспечивало изготовления всех элементов фюзеляжа вертолета в соответствии с разработанной ранее технологией
• требовалось подготовить в сжатые сроки значительное количество рабочих чертежей вертолета на базе переданных с головного предприятия КБ Миля плазов

Прежде всего, предприятию требовалось доказать, что можно осуществить изготовление вертолета без создания собственного плазово-шаблонного хозяйства.

Далее конструкторам предприятия надо было несколько изменить конструкцию панелей обшивки вертолета (и, соответственно, некоторых элементов силового набора фюзеляжа вертолета) так, чтобы все панели вертолета можно было выпускать на установленном на предприятии оборудовании. Кроме того, для осуществления своевременной технологической подготовки производства требовалось изготовить большое количество технологических карт.

Для отказа от плазово-шаблонного хозяйства требовалось убедительно показать конструкторам и технологам, что пространственные модели элементов конструкции, построенные по теоретическим чертежам, эквивалентны моделям, восстановленным с имеющихся плазов. Это было выполнено на примере конструкции хвостовой балки вертолета.

С помощью пакета I/EMS были построены параметрические модели шпангоутов хвостовой балки. Вначале были построены модели по теоретическим чертежам, а затем по сканированным плазам. С моделей были получены чертежи, которые сравнивались между собой. Чертеж одного из шпангоутов был выведен на графопостроитель HP DraftMaster SX Plus для непосредственного сравнения с оригиналом плаза.

Проведенное сопоставление (измерение размеров) доказало практическую идентичность созданных моделей с плазом. Совпадение происходило с отклонением не более 0.5 толщины линии на плазе. При размерах хвостовой балки: длина - несколько метров, диаметр - до 0.8 м данное расхождение следует признать несущественным.

Результаты данного анализа легли в основу решения предприятия об отказе от изготовления собственных плазов и создания плазово-шаблонного хозяйства.

Наряду с достижением поставленной цели, в ходе выполнения работ был обнаружен целый ряд конструктивных недоработок и ошибок в плазах, приводивших в результате к дорогостоящей и трудоемкой подгонке некоторых деталей вручную.

Для некоторых деталей, изготавливаемых фрезерованием, были получены программы для станков с ЧПУ, которые и были опробованы на модельном примере.

Элементы конструкции вертолета, геометрия которых была изменена при подготовке производства, рассчитывались на прочность методом конечных элементов (продукт I/FEM). Результаты расчетов подтвердили достаточный запас прочности измененных деталей конструкции.

Предложенная технология позволила существенно упростить получение рабочих чертежей и подготовку технологических карт для скорейшего начала производства вертолета Ми-34 на предприятии.