Виртуальное моделирование процессов
технического обслуживания.
Самостоятельным направлением технологического развития логистической поддержки, ведущим к появлению CALS-систем наиболее высокого уровня, является виртуальное моделирование процессов технического обслуживания. Моделирование процессов технического обслуживания дополняет уже существующие использование других технологий, объединяемых в отечественной практике понятием ИАСО (интерактивная автоматизированная система обучения). Также основные на общей компьютеризации эти технологии включают в себя:
- автоматизированные комплексы группового обучения
- автоматизированные средства индивидуального обучения
электронные справочно-информационные системы
библиотеки обучающих программ
процедурные тренажеры
Разумеется, при переходе к CALS-системам более высокого уровня все эти технологии также получают соответствующее развитие. Например, определенным развитием процедурных тренажеров должно быть появление так называемого встроенного моделирования, а развитием автоматизированных средств индивидуального обучения - переход к так называемому е-обучению.
Фирмы «Локхид Мартин» в конкурсе проектов по программе JSF, стала достаточно глубокая технологическая продвинутость работ по системе логистической поддержки ALS, создававшейся фирмой одновременно с разработкой проекта самолета F-35. В частности используется средства виртуального моделирования системы ALS, разработчики смогли наглядно продемонстрировать возможность проведения ремонтных работ по самолету F-35 в условиях его эксплуатации на борту авианосца. Это было сделано с помощью компьютерной системы виртуального моделирования, созданной на основе программного обеспечения.
Важным элементом этого обеспечения является программный комплекс «Эрго», реализующий динамическое моделирование человека в операциях, имеющих место в техническом обслуживании авиационной техники. Визуальным отображением работы этого комплекса является кинематическая модель человека, получившая обозначение манекена. При моделировании конкретных технологических процессов такой манекен может нагнуться, чтобы поднять инструмент, или наоборот, вытянуть вверх руки, чтобы дотянуться до обслуживаемой зоны, может изогнуться самым необычным способом, чтобы пролезть рукой внутрь технологического отсека для выполнения каких-либо действий и т.д.
Согласно общей концепции создания перспективной CALS-системы, принятой в программе JSF, технология виртуального моделирования является замыкающим звеном в цепи технологического совершенствования логистической поддержки, отсутствия которого может свести на нет многообещающий эффект других звеньев. Используя систему АНМ, наземные службы технического обслуживания будут не только получать информацию о состоянии самолетов, находящихся в полете, и необходимых для них видах технического обслуживания и оперативного ремонта.
Рассмотрение элементов
CALS-технологий, применяемых на ФНПЦ ММПП ”Салют” для поддержки следующих
основных этапов жизненного цикла продукции
проектно-конструкторские работы;
технологическая подготовка производства;
изготовление продукции;
испытания;
сервисное обслуживание и ремонт,
а также в финансово-экономической деятельности, управлении предприятием и маркетинге.
При проведении проектно-конструкторских работ современные компьютерные технологии применяются для решения таких задач, как тепловые и прочностные расчеты (ANSYS), расчеты газодинамики и процессов горения (STAR-CD), трехмерное моделирование (UNIGRAPHICS) и подготовка чертежной документации (Autocad). Все работы выполняются в соответствии с требованиями стандартов ИСО 9000, управление проектированием и подготовкой документации компьютеризованы.
Применяемые решения позволяют выполнять компьютерное макетирование двигателя и его узлов (эта процедура ранее проводилась на материальной части и была сопряжена с затратами на изготовление и переделку множества деталей, а также примерками двигателя на объекте). Работа организована в соответствии с сетевой архитектурой с четко выраженной иерархией задач и автоматизированных рабочих мест. Опытный проектант проводит контроль деталей и узлов, создаваемых на других рабочих местах, соединяя их в сборочные единицы, иногда насчитывающие сотни наименований. Центральные конструкторские места оснащены мощными рабочими станциями, позволяющими работать с графическими файлами больших размеров. Вокруг таких мощных станций группируются разработчики узлов с более простыми графическими системами.
В разработанной на ФНПЦ ММПП ”Салют” концепции технологической подготовки производства (ТПП) авиационных двигателей, применение компьютерных технологий основывается на двух основных положениях /1/:
. Автоматизированное проектирование технологических процессов и технологического оснащения (CAD/CAM);
. Внедрение нового оборудования с ЧПУ, предусматривающего работу в контуре CAD/CAM.
Внедрение компьютерных технологии в ТПП выполнялось на ФНПЦ ММПП ”Салют” в несколько этапов:
. Электронное моделирование и создание управляющих программ для обработки медных электродов для получистовой и чистовой обработки штампов после термообработки;
. Электронное моделирование модельной пресс-формы рабочей лопатки из стали и отработка технологии ее фрезерования по управляющей программе на станке Маhо с минимальным припуском только под безразмерную полировку;
. Отработка методов проектирования оснастки при помощи CAD-системы Cimatron.
Полученный опыт позволил разработать новую технологию изготовления рабочих и сопловых лопаток для четырехступенчатой турбины энергоагрегата, реализуемую на базе отдела станков с программным управлением (ОСПУ):
. Электронное моделирование лопаток;
. Электронное моделирование отливок и штамповок с учётом припусков на мехобработку, усадки металла после литья и т. п.;
. Электронное моделирование элементов пресс-формы с определением поверхности разъема и оптимального направления разъема;
. Проектирование компоновочного чертежа пресс-формы;
. Электронное моделирование пресс-формы или медных электродов;
. Разработка управляющих программ обработки деталей пресс-формы или медных электродов;
. Обработка деталей пресс-формы или медных электродов на высокоскоростном фрезерном станке с ЧПУ;
. Контроль геометрических параметров деталей на КИМ с ЧПУ фирмы LK Limited с использованием электронных моделей;
. Обмер полученной отливки на КИМ с ЧПУ с использованием электронных моделей;
. Аттестация пресс-формы.
Кроме компьютерной поддержки этой технологии в отделе Главного технолога организовано автоматизированное решение следующих основных задач:
Проектирование оснастки и выпуск чертежей (Autocad, MDT, Cimatron);
Расчет параметров круглорежущего и зуборезного инструмента;
Получение полного комплекта технологической документации - операционных карт с эскизами (пакеты СИТЕП, ТЕХНОПРО,TECHCARD);
Разработка управляющих программ (UNIGRAPHICS, Cimatron).
На этапе изготовления деталей применение элементов CALS-технологий основывается на использовании оборудования с ЧПУ для формообразующих и контрольных операций. Наиболее сложное технологическое оборудование с ЧПУ сосредоточено в ОСПУ. Это, прежде, всего пятикоординатные фрезерные станки Starrag, Liechti и Willemin. Управляющие программы (обработка крыльчаток, моноколес, профиля пера лопаток) для этих станков разрабатываются в CAM-системах TS-CAM (TurboSoft AG) и PSI5D (Fluid Engineering).
Наряду с использованием покупных CAM-систем на ФНПЦ ММПП ”Салют” ведётся разработка собственных специализированных CAM-процессоров для программирования обработки деталей турбомашин. К настоящему времени реализована первая версия процессора CAM-импеллер, позволяющая выполнять расчет управляющих программ всех технологических переходов фрезерной обработки крыльчатки центробежного компрессора (см. рис.2). Система позволяет вводить геометрическое описание зоны обработки из внешних CAD-систем в формате IGES. Имеется также прямой интерфейс с модулями расчета центробежного и осевого компрессоров, применяемыми в КБ ФНПЦ ММПП ”Салют”.
На этапе испытаний авиадвигателей применяются такие специализированные программно-технические комплексы, как:
Автоматизированная система управления испытаниями изделий;
Автоматизированная система управления технологическим процессом испытаний камер сгорания;
Автоматизированный комплекс вибродиагностика ГТД (пакет “Динамика”);
Пакет “Расчет параметров изделий”.
На этапе эксплуатации и ремонта с использованием информационных технологий выполняются такие работы, как учет состояния парка и дефектов изделий, учет выполнения доработок, а также учет поступлений изделий на завод, их движение, отгрузка и исследование.
Функции координации и управления поддерживаются на ФНПЦ ММПП ”Салют” информационно-вычислительным центром (ИВЦ), решающим задачи хранения данных по составу изделий, материалам и деталям, кадровым ресурсам, нормативам и трудоемкости. Одновременно ИВЦ является внутризаводским провайдером Интернет-связи, что позволяет осуществлять оперативные контакты как с филиалами внутри России, так и с партнерами за рубежом. ИВЦ разработаны и развиваются такие автоматизированные подсистемы, как:
· подсистемы управления пропускным режимом, кадрами и заработной платой,
· складская подсистема,
· подсистема планирования поставок основных материалов,
· подсистема учета выпуска изделий,
а также компьютерные программы, решающие специальные задачи в различных подразделениях предприятия.
В настоящий момент CALS понимается как Continuous Acquisition and Life Cycle Support - непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделия или продукта, в нашем случае - системы качества. По своей сути CALS является глобальной стратегией повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе жизненного цикла продукта за счет информационной интеграции (обмена информацией) и преемственности информации, порождаемой на всех этапах жизненного цикла. По мнению многих зарубежных экспертов, в ближайшие несколько лет весь мировой рынок наукоёмких технологий и промышленной кооперации полностью перейдёт на стандарты CALS-технологий и будет оперировать только с продукцией, имеющей цифровую документацию. Наши ведущие предприятия-экспортёры уже сегодня сталкиваются с ситуацией, когда зарубежные заказчики требуют представления пользователю технической документации в электронной форме в соответствии с требованиями стандартов CALS. В ближайшие годы такое требование станет нормой. Средствами реализации стратегии CALS являются CALS-технологии и CALS-методологии.
Предметом CALS-технологий является формат представления в электронном виде результатов решения прикладных задач, независимо от источников их происхождения, безопасность этой электронной информации и юридические вопросы ее совместного использования. CALS-технологии - это совокупность программных продуктов российских версий и технических средств, реализующих положения стандартов СРПП ВТ, международных стандартов ISO серии 10303 STEP, FIPS 183 (IDEF/0), FIPS 184 (IDEF/1x) и др. методологии - это система взаимосвязанных и взаимообусловленных методов, методик, правил, моделей, показателей, критериев, форм, классификаторов и др. составляющих информационную поддержку процессов обработки данных, и принятие решений на этапах жизненного цикла и являющихся основой создания и формирования баз данных, баз знаний и баз системных знаний в автоматизированной информационной системе (АИС). В настоящее время "Союзом по сертификации" и научно-исследовательским центром CALS-технологий завершена разработка компьютерных систем обеспечения качества продукции. В этих системах на базе современных информационных технологий реализуются все элементы системы качества, необходимые для её сертификации на соответствие требованиям стандартов ИСО серии 9000. Таким образом была решена задача перевода всей технической документации, необходимой для создания и обеспечения эффективного функционирования системы качества, в электронную форму. Использование разработанных программных средств, легко адаптируемых к структуре конкретного предприятия и особенностям применяемых технологических процессов, позволяет в несколько раз сократить время и стоимость выполнения работ по подготовке к сертификации создаваемой (действующей) системы качества.
Разработанная компьютерная система содержит:
Cруктурированные требования и рекомендации стандартов ИСО 9000 применительно к данному производству.
Перечень нормативной документации, описывающий и поддерживающий виды деятельности, необходимые для эффективного функционирования системы качества.
Описание процессов разработки, применения и поддержания всех элементов системы качества, включая взаимосвязь и последовательность их применения.
Перечень и описание функций по поддержанию процессов управления системой качества.
Распределение ответственности высшего руководства предприятия, руководящего и исполняющего звена по работам по обеспечению качества проектируемой, изготавливаемой и эксплуатируемой продукции.
Преимущества использования CALS-технологий:
Представление системы качества в более наглядном виде. Как совокупность процессов, от большого к малому. (Разрабатывается функциональная модель качества в соответствии с требованиями IDEF-методологии. Метод IDEF/0 предназначен для функционального моделирования, то есть моделирования функций объекта, путём создания описательной графической модели, показывающей что, как и кем делается в рамках функционирования предприятия. Функциональная модель представляет собой структурированное изображение функций производственной системы или среды, информации и объектов, связывающих эти функции. Модель строится методом декомпозиции: от крупных составных структур к более мелким, простым. На основе разработанной функциональной модели может быть построена информационная модель типа IDEF/1x, содержащая логическую модель базы данных о качестве. Средства моделирования не только обеспечивают проверку целостности и полноты информационной модели, но и позволяют автоматически сгенерировать текст описания структуры базы данных на языке SQL, поддерживаемого большинством современных систем управления базами данных (СУБД). На основе данного описания СУБД автоматически создаёт необходимые файлы, таблицы и индексы.)
Использование CALS-технологий позволяет иметь базы данных в виде стандарта ИСО.
Возможность видеть процессы, изложенные в тех или иных стандартах.
Взаимосвязь между процессами при
внесении изменений, то есть система автоматически, при внесении изменений в
один процесс, изменяет другой связанный или зависящий от первого.
Вывод
Как видим, внедрение CALS-технологий приводит к существенной экономии и получению дополнительной прибыли. Поэтому эти технологии и их отдельные компоненты широко применяются в промышленности развитых стран. Вот некоторые количественные оценки эффективности внедрения CALS в промышленности США:
прямое сокращение затрат на проектирование - от 10 до 30%;
сокращение времени разработки изделий - от 40 до 60%;
сокращение времени вывода новых изделий на рынок - от 25 до 75%;
сокращение доли брака и объема конструктивных изменений - от 20 до 70%.
сокращение затрат на подготовку технической документации - до 40%;