Информационные системы и технологии в авиастроении

5. Задачи, решаемые при помощи CALS-технологий

Моделирование жизненного цикла продукта и выполняемых бизнес-процессов.  Это первый и очень существенный шаг к повышению эффективности организационной структуры, поддерживающей одну или несколько стадий ЖЦ продукта, – моделирование и анализ ее функционирования.

Цель  бизнес-анализа – выявить существующее взаимодействие между составными частями и оценить его рациональность и эффективность. Для этого с использованием CALS-технологий разрабатываются функциональные модели, содержащие детальное описание выполняемых процессов в их взаимосвязи. Формат описания регламентирован CALS-стандартами IDEF и ISO 10303 AP208. Полученная функциональная модель не только является детальным описанием выполняемых процессов, но также позволяет решать целый ряд задач, связанных с оптимизацией, оценкой и распределением затрат, оценкой функциональной производительности, загрузки и сбалансированности составных частей, то есть вопросов анализа и реинжиниринга бизнес-процессов.

Методы  функционального моделирования, например,  с успехом могут быть использованы при создании систем обеспечения качества продукции. В этом случае в качестве функциональной модели могут быть описаны функции системы обеспечения качества продукции, регламентированных стандартами ISO серии 9000. Разработанная функциональная модель позволяет выявить логические ошибки, допущенные при построении системы обеспечения качества, уточнить распределение полномочий и ответственности, автоматически генерировать отчетные документы по структуре системы. Функциональная модель системы качества продукции описывает сеть процессов обеспечения качества продукции и их интерфейсы, связанные с ними обязанности, полномочия, процедуры и ресурсы, распределение обязанностей и полномочий подразделений и персонала предприятия.

Проектирование и производство изделия. Совместное, кооперативное проектирование и производство изделия может быть эффективным в случае, если оно базируется на основе единой информационной модели изделия.

Разрабатываемая на данной фазе конструкторско-технологическая  информационная модель базируется на использовании стандарта ISO 10303 (STEP). Созданная однажды модель изделия используется многократно. В нее вносятся дополнения и изменения, она служит отправной точкой при модернизации изделия. Модель изделия в соответствии с этим стандартом включает: геометрические данные, информацию о конфигурации изделия, данные об изменениях, согласованиях и утверждениях.

Стандартный способ представления конструкторско-технологических  данных позволяет решить проблему обмена информацией между различными подразделениями  предприятия, а также участниками  кооперации, оснащенными разнородными системами проектирования. Использование международных стандартов обеспечивает корректную интерпретацию хранимой информации, возможность оперативной передачи функций одного подрядчика другому, который, в свою очередь, может воспользоваться результатами уже проделанной работы.

Эксплуатация изделия. Известно, что объемы разрабатываемой документации для сложного наукоемкого изделия очень велики. Поэтому традиционное бумажное документирование сложных изделий требует огромных затрат на поддержку архивов, корректировку документации, а также снижает эксплуатационную привлекательность и конкурентоспособность изделия.

Решение проблемы заключается в переводе эксплуатационной документации на изделие, поставляемой потребителю, в электронный вид. При этом комплект электронной эксплуатационной документации - интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР), электронные справочники и т.д. следует рассматривать как составную часть интегрированной информационной модели изделия. Электронная документация может поставляться на электронных носителях или размещаться в глобальной сети Интернет. Стандартизация гарантирует применимость такой электронной документации на любых компьютерных платформах.

Важно отметить, что в электронный вид  может быть преобразована эксплуатационная документация, созданная ранее без  использования компьютерных систем.

6. Что дают CALS-технологии

CALS рассматривается  как комплексная системная стратегия  повышения эффективности всех  процессов ЖЦ промышленной продукции,  непосредственно влияющая на ее конкурентоспособность. Применение стратегии CALS является условием выживания предприятий в условиях растущей конкуренции и позволяет:

• расширить области деятельности предприятий (рынки сбыта) за счет кооперации с другими предприятиями, обеспечиваемой стандартизацией представления информации на разных стадиях и этапах жизненного цикла. Новые возможности информационного взаимодействия позволяют строить кооперацию в форме виртуальных предприятий, действующих в течение ЖЦ продукта;
• за счет информационной интеграции и сокращения затрат на бумажный документооборот, повторного ввода и обработки информации обеспечить преемственность результатов работы в комплексных проектах и возможность изменения состава участников без потери уже достигнутых результатов;
• повысить «прозрачность» и управляемость бизнес-процессов путем их реинжиниринга, на основе интегрированных моделей ЖЦ и выполняемых бизнес-процессов, сократить затраты в бизнес-процессах за счет лучшей сбалансированности звеньев;
• повысить привлекательность и конкурентоспособность изделий, спроектированных и произведенных в интегрированной среде с использованием современных компьютерных технологий и имеющих средства информационной поддержки на этапе эксплуатации;
• обеспечить заданное качество продукции в интегрированной системе поддержки ЖЦ путем электронного документирования всех процессов и процедур;
• сократить издержки производства и снизить стоимость продукции;
• сократить время создания изделия, его модернизации и увеличить его реальное время «жизни за счет высокого качества и электронной поддержки во время эксплуатации.

7. Системы автоматизированного проектирования

В настоящее  время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной  наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM/CAE-систем.

Термин  САПР "Система автоматического  проектирования" (CAD) появился в конце пятидесятых годов, когда Д.Т.Росс начал работать над одноименным проектом в Массачусетском Технологическом Институте (MIT). Первые CAD-системы появились десять лет спустя.

За  последние годы CAD/CAM/CAE-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа. Например, создание модели двигателя обойдется в полмиллиона долларов, а полномасштабный прототип самолета будет стоить уже десятки миллионов долларов.

Например, широко известен проект разработки компанией  Shorts Brothers фюзеляжа для самолета бизнес-класса Learjet 45 при помощи современных CAD/CAM/CAE-систем. Результаты выполнения проекта просто впечатляют.

Ранее компания Shorts использовала в проектно-конструкторских работах проволочное моделирование деталей. В создаваемых Shorts Brothers фюзеляжах самолетов обычно насчитывалось до 9500 структурных деталей. Подобные проекты могли потребовать более 440000 человеко-дней (до 4-х лет для завершения проекта).

Фюзеляж Learjet 45 оказался не только наиболее сложным среди существующих, но и был разработан в значительно меньшие сроки (на 40%), чем его предшественники. Кроме того, примерно в 10 раз было улучшено качество деталей и самой сборки фюзеляжа, а общее число деталей сокращено на 60% (при снижении объема основных переделок на 90% по сравнению с предыдущими проектами). В целом, компания Shorts смогла уменьшить число компонентов с 9500 до 3700 (на 60%). Полное время на проектирование и технологическую подготовку производства было сокращено до 125000 человеко-дней. Общее время разработки и технологической подготовки производства до 60000 человеко-дней, а весь цикл разработки типового фюзеляжа сократился с 4-х лет до 1,5-2 лет.

3. CALS-технологии в российском авиастроении

8. Проблемы внедрения CALS-технологий в Российском авиастроении

Отечественное авиастроение, не смотря на явные успехи, переживает и проблемы в авиастроении, не решение которых может привести к некоторому отставанию в области  разработки и производства российской авиационной техники. Ведущие авиастроительные корпорации - Boeing и европейский концерн Airbus - контролируют почти 99% мирового рынка аэробусов. Однако разработка не только новых авиадвигателей, но и практически всех основных их составных частей и компонентов осуществляется в основном за пределами стран - финальных производителей авиационной техники. Поэтому для российских производителей этой техники наиболее остро встает проблема не только участия в мировых процессах создания летательных аппаратов, но обеспечения повышения конкурентоспособности своей производимой продукции, которая должна соответствовать высоким требованиям мировых авиационных стандартов.

Решение данной проблемы должно носить системный характер на федеральном уровне, так как связано с необходимостью в кратчайшие сроки организовать работу так, чтобы устранить некоторое инновационное и технологическое отставание, которое образовалось в последние десятилетия, и одновременно развернуть работы, направленные на создание научно-технического задела в обеспечение разработки самолётов и составных частей с учетом новых требований к авиастроению, которые будут действовать в 2025 - 2030 гг.

Нестабильное  состояние авиастроительного производства усугубляется обострением общих  для авиационной отрасли проблем:

1. Все возрастающее отставание от мирового уровня в технологическом развитии научно-исследовательского, проектного и производственного секторов.
2. Большие кадровые потери – как в количественном отношении, так и в отношении владения современными конструкторскими и производственными навыками.
3. Высокие затраты производства.
4. Сокращение доходов от экспорта авиационных вооружений и дальнейшая утрата рынков сбыта гражданской и военной авиатехники, и, в силу этого, отсутствие средств на создание принципиально новых двигателей, только на глубокую модернизацию уже существующих моделей.
5. Доминирование на российском авиационном рынке продукции зарубежного производства, полностью адаптированной под международные авиационные стандарты и имеющей более высокие экономические и экологические показатели.
6. Самая больная проблема - это низкая эффективность управления двигателестроительными предприятиями и внедрения принципов внутрикорпоративного управления.

Тем не менее, следует признать, что на сегодняшний  день авиастроение представляет собой  единую интегрированную систему  высокотехнологичного производства и  современной технологии проектирования. Однако проблемы управления от этого  легче не становятся. Производственные процессы предприятий данной отрасли  являются чрезвычайно сложным и  насыщенным информационными потоками. Значительное место занимают инженерно-конструкторская документация и данные контроля технологических процессов. Поэтому очень важно интегрированное использование в корпоративных информационных системах КСУП, САПР, АСУТП и систем бизнес-анализа. Для предприятий авиастроения они обеспечивают решение не только задач планирования, но и более комплексное управление ресурсами. Привлекает функциональность таких систем, но настораживает не очень активное их внедрение.

Конкурентная  среда в авиастроении, сформировавшаяся за последние годы, предъявляет к системам управления предприятием высокие требования, связанные со способностью быстрого запуска новых изделий для оперативного заполнения возникающих рыночных ниш; способностью оперативного введения конструкторских изменений с учетом требований конкретного заказчика и/или условий эксплуатации.

В этих условиях решение проблем выживания  и успешного развития предприятия  требует автоматизации управленческих и технологических процессов, оперативной реакции на изменения рынка и принятия решений в условиях ограниченного объема информации и предполагает широкое использование математического моделирования, компьютерной техники и информационных технологий.

Одной из наиболее серьезных ошибок, допускаемых  руководством предприятий авиационного двигателестроения, является восприятие информационных технологий как вспомогательных, как дополнительных и второстепенных инструментов управления. Производители отдают предпочтение совершенствованию технологий, связанных с развитием производственного процесса.

Тем не менее, замечено, что чем более  высокотехнологична продукция, тем  более активно применяются в  управлении всеми процессами информационные технологии. В свою очередь, использование IT – технологий в настоящее время является признаком интегрированности производственных систем.

В настоящее  время на рынке программного обеспечения  представлен широкий арсенал  программных средств, автоматизирующих как отдельные составляющие, так  и весь процесс корпоративного управления предприятием. Таким образом, складываются достаточно благоприятные условия для создания корпоративных информационных технологий и систем (КИС) и успешного их внедрения.

Наиболее  распространена структура КИС, представленная на рис. 3.