Современные информационные технологии на НПП "Машпроект" 

А. П. Бадюков 

Опубликовано: "САПР и Графика" N 3, 2001

Автоматизация отдельных процедур проектирования и технологической подготовки производства, дальнейшее увеличение количества ПК дает эффект, однако не приводит к существенному сокращению цикла создания ГТД , так как не вносит принципиальных, качественных изменений в технологию проектирования и доводки ГТД. Поэтому для создания сложных образцов новой техники (таких, как ГТД) необходимо использование самых современных мощных систем CAD/CAM/САЕ с трехмерным моделированием.

При проектировании ряда ответственных деталей и узлов (например, турбинных и компрессорных лопаток, роторов), определяющих конструкцию двигателя, его технико-экономические характеристики и цикл изготовления опытного образца, требуется автоматизация конструкторских работ на высоком программно-техническом уровне. Например, цикл создания охлаждаемой турбинной лопатки, включая расчетно-исследовательские и проектно-конструкторские работы, подготовку производства (проектирование и изготовление прессформ, оснастки и т.п.) и само изготовление комплекта лопаток, составляет около 12 месяцев. А если учесть, что в процессе создания двигателя необходимо спроектировать и изготовить несколько вариантов лопаток до принятия окончательного конструктивного решения, то становится очевидной актуальность комплексной автоматизации на всех стадиях создания лопатки на базе единой трехмерной геометрической модели. Аналогичные примеры можно привести по другим деталям ГТД.

Для обеспечения доводочных работ необходимо в сжатые сроки изготавливать опытные образцы двигателей и их узлов. Времени на проектирование и изготовление оснастки и приспособлений, как правило, не хватает. Это определяет актуальность задачи изготовления сложных деталей на станках с ЧПУ и автоматизации процессов подготовки управляющих программ, что, в свою очередь, требует интеграции систем автоматизации конструкторских работ и технологической подготовки производства на базе единых трехмерных моделей деталей и узлов ГТД.

Одной из таких систем является внедренный на нашем преприятии программный пакет Unigraphics (UG) американской фирмы EDS на базе графических рабочих станций Hewlett Packard. Unigraphics является гибкой гибридной системой, сочетающей традиционные принципы геометрического моделирования с параметрическим проектированием, что открывает широкие перспективы в автоматизации конструкторских работ.

Проектирование ГТД требует проведения большого количества теплофизических, газодинамических и прочностных расчетов, для которых нами разработаны прикладные программы, входящие в подсистемы САПР. Языки программирования и трансляторы, входящие в UG, позволяют соединить эти программы с UG и использовать их при разработке геометрических моделей. Наличие в UG интерфейса к пакету ANSYS позволяет решать сложные проблемы инженерного анализа конструкций ГТД на основе единой геометрической модели, полученной в UG , что значительно повышает точность и достоверность результатов анализа, сокращает время решения задач.

Нас привлекает в UG и широкий набор программных модулей CAM, особенно пакет VERICUT для графического моделирования процессов металлообработки.

Модули сборки и контроля сборки, кинематики механизмов, черчения, в том числе получение чертежей на основе 3D модели, значительно расширяют круг пользователей-конструкторов.
На нашем предприятии UG успешно используется для проектирования и подготовки производства наиболее ответственных деталей ГТД.

В частности, в системе UG были спроектированы охлаждаемые рабочие лопатки и сопловые аппараты для четырех новых газотурбинных двигателей ГТД 10, ГТД 15000, ГТД 25000, ГТД 110, лопатки и центобежное колесо компрессора, газосборник, газоотвод и другие сложные детали, а также разработаны программы для станков с ЧПУ для их изготовления.

Произведена компьютерная макетная сборка и прокладка трубопроводов ГТД 10, выполнены эскизные компоновки электростанций ГТГ-6, ГТГ-25.

Проверена на моделях заполняемость форм для литья рабочей лопатки и соплового аппарата двигателей ГТД 25000 и ГТД 110.

На рисунках приведены примеры моделей, выполненных в Unigraphics.

Охлаждаемая лопатка со стержнем турбины низкого давления GT25000

Газотурбинный двигатель ГТД 110

Для совершенствования подготовки производства и существенного повышения качества изготовления наиболее ответственных деталей ГТД в ближайшее время будут интегрированы в единую систему следующие компоненты: проектирование (UG, КОМПАС), подготовка производства (UG, программы для станков с ЧПУ), производство (станки с ЧПУ, контрольно-измерительная машина).

Создание полного электронного макета ГТД

Электронный макет представляет собой совокупность взаимоувязанных трехмерных моделей деталей, узлов и систем двигателя и создается на базе систем автоматизированного проектирования: системы высокого уровня CAD/CAM/CAE — Unigraphics, системы среднего уровня SolidWorks и конструкторской системы КОМПАС.

Эффективная работа по формированию и использованию электронного макета изделия возможна в том случае, если данные по этому макету хранятся в единой базе данных разрабатываемого проекта и все взаимодействия по проекту осуществляются через эту БД. При этом данные, получаемые на основании электронного макета ГТД, являются единственным источником информации для всех автоматизированных систем предприятия.

Система управления проектными данными

В настоящее время ведущие зарубежные фирмы, в том числе близкие к нам по ГТД General Electrics, Pratt & Whitney, внедрили систему управления проектными данными IMAN (Information Manager — управляющий информацией), которая работает совместно с Unigraphics. Эту же систему планируется внедрить и на "Машпроекте".

IMAN позволяет создать единую информационную модель проекта в условиях параллельного процесса ведения разработки, а также на протяжении всего жизненного цикла изделия формировать и сохранять в базе данных всю информацию о нем.

В информационную модель проекта легко интегрируются данные систем автоматизированного проектирования, электронных таблиц, текстовых процессоров, а также произвольная относящаяся к проекту информация, как то: фотореалистические изображения, аудио- и видеоинформация, данные для автоматизированной технологической подготовки производства, включающие информацию для операционных технологических процессов, нормирования, снабжения, учета и т.п. 

IMAN обеспечивает:

• ассоциативную связь между набором данных и элементами структуры проектируемого объекта;
• автоматическое отслеживание всех изменений, которые вносятся в процессе проектирования;
• получение информации о проектируемом объекте непосредственно в процессе проектирования;
• создание полных сборочных спецификаций;
• визуальное редактирование иерархической модели изделия;
• определение процедур реализации объекта и электронных подписей, которые поддерживают механизм временного согласования работ над проектом и контроля их выполнения;
• автоматическое создание протокола процесса проектирования;
• управление проектом с большим количеством модификаций изделия.

Автоматизированная система подготовки, выпуска и хранения технической документации

Автоматизированная система подготовки выпуска технической документации (АСТД) создается для автоматизации процедур ввода и вывода различных данных, поиска, контроля, хранения, компоновки, редактирования, изготовления документации, информационно-справочного обслуживания, для быстрой подготовки документации на любую техническую продукцию в электронном и печатном виде с уровнем качества, отвечающим современным требованиям.

Отдел САПР оснащен современными периферийными устройствами

АСТД позволяет создать электронный архив технической документации и обеспечивает:

• распределенный доступ к этому архиву любого пользователя;
• получение на основе электронного документа (ЭД) технической документации в любом виде: на магнитных носителях в виде файлов, на бумаге в виде текстов, чертежей, рекламных проспектов и т.п.;
• передачу ЭД заказчику по электронной почте.

АСТД создается на базе:

• комплексной системы, состоящей из сервера, рабочих мест пользователей и программного обеспечения САПР;
• высокопроизводительных сканеров, сетевых плоттеров, копировальных аппаратов для чертежей (все для формата А0);
• дополнительного копировально-множительного оборудования (полноцветный ксерокс и черно-белые КМА, ризограф);
• аудио- и видеооборудования, цифровых фотокамер. 

Система управления предприятием

В начале 90-х годов на "Машпроекте" была создана АСУП на базе ЕС ЭВМ и ПК. Она обеспечила решение следующих комплексов задач:

• расчет заработной платы;
• учет трудовых затрат и в основных цехах опытного производства;
• учет выпуска продукции в основных цехах ОП;
• учет движения материалов;
• накопление учетных данных;
• формирование и выдачу ежедневных, ежемесячных справочных и отчетных документов.

В 1998 году взамен ЕС 1055М была введена в эксплуатацию ЭВМ IBM 9121. Это существенно повысило качество и скорость работы системы управления предприятием.

Пересмотр стандартов предприятия на систему автоматизированного документооборота и гармонизация их с международными стандартами

Важной составляющей информационных технологий являются стандарты на представление моделей объектов проектирования в независимом от применения формате и без потери полноты информации. Начиная с середины 80-х годов передовые страны в рамках соответствующего комитета (ISO) ведут работы по созданию таких стандартов.

На "Машпроекте" частичный пересмотр нормативной базы вызван, прежде всего, необходимостью создания электронного макета изделия, геометрических моделей деталей и узлов, формирования данных для технологической подготовки производства, а также необходимостью передачи заказчикам сопроводительной документации в электронном виде.

Сложность этого процесса заключается в том, что отечественные стандарты по документообороту ориентируются на "бумажную" технологию подготовки технической документации, а стандарты ISO — на электронную.

Подготовка молодых специалистов

В декабре 1991 г. на "Машпроекте" был организован филиал кафедры информационных технологий Украинского Государственного морского технического университета. Один день в неделю студенты непосредственно на предприятии участвуют в семинарах, выполняют практические задания по изучению всех систем автоматизированного проектирования и подготовки производства. Ежегодно несколько выпускников защищают дипломные проекты по темам, предложенным "Машпроектом". 

О некоторых проблемах компьютеризации процессов создания ГТД и внедрения современных информационных технологий

За более чем 20-ти летний период эксплуатации САПР ГТД получила большое развитие: от автоматизации расчетов на базе ЕС ЭВМ до автоматизации проектирования и конструирования с использованием графической системы КОМПАС, систем высокого уровня Unigraphics и среднего — SolidWorks на базе современных персональных компьютеров и графических станций.

Разработка и внедрение систем автоматизации сопровождалось преодолением известных трудностей:

• нестабильное финансирование;
• психологические барьеры со стороны отдельных руководителей и исполнителей;
• отсутствие у конструкторов опыта работы с ЭВМ;
• недостаточный уровень мощности вычислительной техники.

Сегодня все осознают необходимость внедрения современных информационных технологий. Мы должны создавать ГТД, конкурентоспособные не только на украинском, но и на мировом рынке. Сейчас устанавливаются деловые связи НПП "Машпроект" с рядом зарубежных фирм. Мы не имеем права отставать от них как в технико-экономических характеристиках, так и в сроках создания новых ГТД.

Об авторе

Анатолий Петрович Бадюков — заместитель Главного инженера НПП "Машпроект", кандидат технических наук, член-корреспондент Академии Наук судостроения Украины, заведующий филиалом кафедры информационных технологий Украинского Государственного морского технического университета.

В 1955 году окончил Московский энергетический институт по специальности "Турбостроение". С мая 1955 года работает на НПП "Машпроект".

Автор 15 научных публикаций по компьютерным системам и информационным технологиям.