CC BY
94
УДК 621.452
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВИАЦИОННОГО ГТД В СРЕДЕ РБМ
© 2006 С.С. Ганжа, М .Е. Проданов Самар ский госу дар ственны й аэр окосмический у нивер ситет
Использование возможностей современных РБМ-систем при проектирования такого сложного технического объекта, как авиационный ГТД дает качественный скачок, позволяющий повысить общую эффективность процесса проектирования, организовать работу над проектом коллектива специалистов в параллельном режиме, минимизировать ошибки и затраты времени, возникающие при согласовании работ на различных этапах и при передаче работ между исполнителями и, в конечном итоге, сократить сроки выполнения проекта и технологической подготовки
Разработка и подготовка производства сложной, высокотехнологичной продукции -современного авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) - процесс коллективный. В него вовлечены десятки и сотни специалистов предприятия или даже группы предприятий.
Перед коллективом предприятия постоянно ставится задача существенного сокращения сроков проектирования и технологической подготовки производства.
При этом, одной из основных проблем, влияющих на успех реализации проекта, является сложность организации совместной работы коллектива специалистов предприятия и компаний, поставляющих компоненты для разрабатываемого изделия. Решить ее позволят создание единого информационного пространства (ЕИП) предприятия - единого пространства данных о корпоративной пр одукции.
Параллельное выполнение работ и тесное взаимодействие всех участников процесса реализуется с помощью информационных систем специального класса - систем управления данными об изделии (РБМ-систем). В ЕИП могут быть реализованы следующие фу нкции [1]:
• получение и хранение проекта изделия в электронном виде;
• эффективное отслеживание текущего
состояния процессов проектирования и конструктор ско-технологической подготовки
производства (КТПП) изделия;
• организация быстрого авторизованного просмотра всех моделей и документов;
• обеспечение оперативного обмена информацией между пользователями и системами, выполняющими поддержку различных этапов жизненного цикла изделия;
• обеспечение информационной согласованности работы всех подсистем;
• поддержка открытости, удобства адаптации к меняющимся условиям проектирования и производства.
Главная задача РБМ-системы заключается в предоставлении специалисту -участнику проекта необходимой информации в нужное время и в удобной для него форме (в соответствии с его правами доступа) [2]. Информация включает большие, постоянно обновляющиеся массивы инженерно-технических данных, необходимых на этапах проектирования, производства, поддержки эксплуатации и утилизации технических изделий для реализации РЬМ-решений (управление жизненным циклом изделия).
Жизненный цикл авиационного ГТД, как и практически любого сложного технического объекта, согласно ГОСТ Р 50.1.0312001, можно разделить на следующие основные этапы: маркетинговые мероприятия и изучение рынка, составление технического задания, проектирование и разработка, производство, ввод в эксплуатацию, обслуживание - и т.д. вплоть до утилизации в конце полезного срока службы.
В проектировании сложного объекта, как правило, участвуют различные группы специалистов - в соответствии с его теку -щим этапом. Каждая из этих групп имеет свой взгляд на процесс и объект проектирования, т.е. описывает один и тот же объект в разных терминах на разных стадиях.
Для создания единого описания различных объектов в среде РБМ определим термин “РБМ-модель”. РБМ-моделью бу-дем считать совокупность определенным образом структурированных данных, которой описывается какой-либо сложный объект (техническое изделие) на соответствующих этапах его жизненного цикла (ЖЦ).
Таким образом, можно говорить о том, что РБМ-модель - это совокупность различных представлений (взглядов на объект), которые наиболее эффективно могут быть реализованы только в виде объектноориентированной информационной модели при использовании функционала РБМ-системы. А каждый такой “ взгляд на объект проектирования” в терминах РБМ-системы -это некий набор определенных классов объектов.
На рис. 1 схематично представлена базовая РБМ-модель данных о проектируемом ГТД, используемая в сквозном конструктор -ском курсовом проекте (СККП), реализованном на факультете ДЛА СГАУ.
Здесь представлены два множества: объектов - объектов описание которых на этапе проектирования позволяет подготовить наборы данных для выполнения последующих этапов ЖЦ. И объектов-процедур, описание которых позволяет формализовать процесс управления о организовать этап
проектирования. Описание объектов-
процедур в виде документов, присоединенных к самим процедурам, использую технологию WorkFlow.
Рассмотрим подробнее процесс проектирования авиационного ГТД. В нем можно выделить следующие составляющие:
• Составление технического задания на проектирование
• Функциональное проектирование, включающее:
■ Газодинамическое проектирование
■ Пр оектир ов ание лопаточны х маш ин
• Прочностное проектирование конструкции, включающее:
■ Расчеты на прочность
■ Проработку конструкции
• Технологическое проектирование, включающее:
■ Разработку технологии изготовления деталей
■ Разработку технологии сборки сбор очных единиц
Рис. 1. РБЫ- модель данных о ГТД в СККП
В результате выполнения работ на каждом этапе проектирования в хранилище РБМ-системы помещаются данные, формирующие состав проекта и полностью описывающие проектируемый ГТД. Таким образом, компонентное наполнение структуры, представленной на рис. 1 может быть различным и разнотипным. Это могут быть как электронные документы (файлы)
САБ/САМ/СЛЕ систем, используемых на предприятии (чертежи, пространственные и конечно-элементные модели, технологические карты и проч.), так и различная текстовая и атрибутивная информация, которую целесообразно хранить в среде РБМ-системы.
Реализацию любого вида проектирования на современном этапе развития, невозможно без использования хранилища данных о реализованных на практике функциональных моделях, конструктивных решениях, технологических процессов, называемых пр ототипами.
Для реализации соответствующей процедуры в каждой составляющей проектирования используется, а при необходимости разрабатывается своя система классов, при помощи которой участники каждого такого этапа смогут выразить свой взгляд на объект проектирования, совместно работая над созданием РБМ -модели ГТ Д.
Такая специал изиров анная сист ем а классов представляется необходимой составляющей при построении интегрированной информационной системы управления ЖЦ изделия - РЬМ-решения.
Ввиду того, что проектирование ГТД в целом является весьма сложной для моделирования и описания задачей, проиллюстрируем описание этапов проектирования на примере одного из узлов ГТД - рабочего колеса турбины.
Газодинамическое проектирование лопаток турбины является частью газодинамического расчета ГТД в целом - сначала выполняется проектный термогазодинамический расчет ГТД [3], далее формируется проточная часть турбокомпрессора [4] и после этого производится газодинамическое проектирование лопаточных машин, определяется профиль пера лопатки [5].
На данном этапе проектирования возникает первоначальный вариант конструктивного исполнения, необходимый для вы-
полнения расчетов на прочность, зачастую этот вариант основывается на конструкции двигателя-пр ототипа.
Спроектированная лопатка рабочего колеса рассчитывается на прочность и производится оптимизация ее конструкции [6]. Следует обратить внимание на то, что при необходимости осуществляется перепрофилирование пера лопатки, в соответствии с требованиями по прочности и технологичности - что требует повторного проектирования лопаточной машины. Далее производится расчет на прочность диска турбины и всего рабочего колеса в целом (рис. 2).
На следующем этапе проектирования рабочего колеса выполняется более детальная проработка конструкции [7, 8, 9], выпускаются рабочие чертежи лопатки и диска, сборочный чертеж рабочего колеса.
В ходе технологического проектирования технолог решает ряд задач, наиболее важными из которых являются проектирование технологии изготовления деталей (в нашем случае - лопатки и диска) и проектирование технологии сборки рабочего колеса. Кроме того, технолог (или конструктор оснастки) выполняет проектирование специальной станочной оснастки, контрольно-измерительных и сборочных приспособлений [10]. Проектируя технологию изготовления детали (диска или лопатки), технолог анализирует разработанную конструкцию детали (условия ее работы, геометрические характеристики, характеристики заготовки и материала диска) и формирует маршрутную и операционную технологии. Далее выпускаются маршрутно-операционные карты, конструируется оснастка, выпускаются рабочие и сборочные чертежи оснастки. Проектирование технологии сборки также начинается с анализа конструкции, условий работы рабочего колеса и технических требований. После этого технолог может выполнить построение принципиальной схемы сборки и приступить к проектированию маршрутно- операционного техпроцесса и сборочных приспособлений.
Описанные выше этапы проектирова- пов, правил для подтверждения каждого
ния, поддающиеся формализации, целесооб- этапа, условных переходов, параметров
разно представить с помощью РБМ-системы синхронизации, конкретных исполнителей
в виде согласованных потоков заданий и ра- и др. можно описать графически и в даль-
бот ^огкИо’^. В среде современной РБМ- нейшем использовать по мере необходимо-
системы потоки заданий и работ в виде по- сти (см. рис. 3).
следовательности и сроков выполнения эта-
""I 1 Іиіі |Ь*ил-н -Н.НГГ-Т ч ч-и іігі-Ьчнт Iі; - Щ?
1 1> Ч— -іА— ЦҐІ Л - щ "I
п е и і 1 <Ь (Ц О -Зі ^ 'ПП.
И
"и
V
Рис. 3. Выдача задания на проектирование, представленная в виде
WorkFlow -даграммы
Таким образом, использование возможностей современных PDM-систем при проектирования такого сложного технического объекта, как авиационный ГТД дает качественный скачок, позволяющий повысить общую эффективность процесса проектирования, организовать работу над проектом коллектива специалистов в параллельном режиме, минимизировать ошибки и затраты времени, возникающие при согласовании работ на различных этапах и при передаче работ между исполнителями и, в конечном итоге, сократить сроки выполнения проекта и технологической подготовки
Список литературы
1. Зильбербург Л.И., Молочник В.И., Яблочников Е.И.. Реинжиниринг и автоматизация технологической подготовки производства в машиностроении. СПб: «Компьютер -бург», 2003. - 152 с.
2. Зыков Олег. «Промышленная автоматизация: движение от САПР к PLM», ГГ news № 5 (30) 8 марта 2005.
3. Кулагин В.В. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энер -гетических установок: Учебник. 2-еизд., ис-правл. - М.: Машиностроение, 2003. - 616с.
4. Проектный расчет основных параметров турбокомпрессоров авиационных ГТД: Учеб. Пособие / В.С. Кузьмичев, А.А. Трофимов; Куйбышев: КуАИ, 1990 - 72с.
5. Мамаев Б.И., Мусаткин Н.Ф., Аронов Б М. Газодинамическое пр оектир ование осевых турбин авиационных ГТД: Учебное пособие. - Куйбышев: КуАИ, 1984 - 70с.
6. Расчет на прочность деталей машин: Справочник / Н.А. Биргер, Б.Ф. Шор, Г.Б. Иосилевич. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: М ашиностр оение, 1979. - 702с.
7. Конструкция и проектирование авиационных ГТД. Под общ. редакцией Д.В. Хронина. - М.: Машиностроение, 1989. -368с.
8. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. - М.: Машиностроение, 1981. - 550 с.
9. Старцев Н.И. Проектирование авиационных ГТД: Учебное пособие по курсовому проектированию / Под ред. Проф. Белоусова. - Куйбышев: КуАИ, 1985. - 44 с.
10. Шманев В.А., Шулепов А.П., Анип-ченко Л. А. Приспособления для производства двигателей летательных аппаратов (конструкция и проектирование). М.: «Машиностроение», 1990. 256 с.
DESIGNING OF AIRCRAFT GTE IN PDM ENVIRONMENT
© 2006 S.S. Ganzha, M.E. Prodanov Samara State Aerospace University
The problem of organizing a teamwork of experts, participating in the process of designing of an aircraft GTE is considered. The basic stages of an aviation GTE life cycle are resulted, components of a design stage and an modern PDM-systems' capabilities, allowing to raise general efficiency of process of designing are in detail analysed. It is shown, that designing of GTE in the PDM-system environment allows to reduce terms of design and technological preparation and execution of the project as a whole.
