CC BY
21
УДК 623.4.01
ВОЗМОЖНОСТЬ ПЕРЕХОДА НА ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Т.В. Привалова, М.В. Карпов
Рассматриваются вопросы перехода на цифровую технологию проектирования сложных технических систем. Предлагается разбить разработку новой системы на ряд этапов. Выделяются особенности этапов и определяется возможность применения цифровой технологии проектирования на каждом из этих этапов. Для реализации цифровой технологии необходима автоматизированная система разработки -программно-технический комплекс.
Ключевые слова: этапы проектирования, цифровые технологии, автоматизация проектирования, программно-технический комплекс.
В настоящее время на мировом рынке средств вооружения и военной техники существуют довольно жесткие требования по уровню и технологии компьютерной поддержки продаваемых изделий и лицензий на производство продукции. Развитие идет в сторону полного перехода на безбумажную цифровую электронную технологию проектирования, изготовления и сбыта.
В условиях конкуренции на рынке вооружений и военной техники одной из важнейших задач для предприятий, ведущих разработку новых образцов вооружения, является создание в сжатые сроки высоконадежных образцов техники с опережающим мировые стандарты уровнем характеристик на основе оптимальных технических решений и прогрессивных технологий.
Технология проектирования представляет собой определенную последовательность проектно-конструкторских работ, приводящую к созданию изделия.
За годы проектирования сложились определенные стереотипы работы: «Мы разрабатываем рабочую конструкторскую документацию (не конструкцию изделия, а документацию), руководствуясь действующими стандартами, в которых ключевое слово - документ» [1]. К такой постановке работы привыкли тысячи инженеров.
Большая советская энциклопедия определяет документ (от лат. ёосишепШш - «образец, свидетельство, доказательство») как материальный объект, содержащий информацию в зафиксированном виде и специально предназначенный для её передачи во времени и пространстве [2].
Это определение передает все существенные свойства данной формы представления информации:
- наличие носителя (бумажный или иной);
- возможность обособленного хранения (передачи во времени);
- передача в пространстве.
Как видим, такая форма представления информации позволяет решить одновременно задачи результата инженерной деятельности, хранения и передачи по назначению.
Однако в последнее десятилетие «документ» постепенно перестал быть единственной формой представления информации. С развитием компьютерных сетей и прочным вхождением их в жизнь даже для людей далеких от техники все более привычными становятся такие понятия, как «интернет-ресурс», «сайт», «база данных» и т.д.
Речь идет о хранилищах структурированной информации в форме, обеспечивающей многопользовательскую работу. В специализированных хранилищах, таких, как системы Product Data Management (PDM), содержится сложным образом структурированная информация о разрабатываемой машиностроительной продукции: электронные конструкторские макеты, математические, кинематические, прочностные и другие модели наряду с привычными текстовыми документами и другими данными. Цель -обеспечить одновременную работу сотен или тысяч инженеров и менеджеров в ходе разработки и производства продукции.
Возникает противоречие между набирающими обороты новыми методами проектирования и производства в цифровой среде, построенными вокруг единого конструкторско-технологического электронного макета изделия, и существующими нормами, регламентированными действующими системами стандартов ЕСКД, ЕСТД и др., ориентированных на представление результатов работы в форме документов (что следует уже из названия перечисленных систем стандартов: «Единая система конструкторской документации», «Единая система технологической документации»).
Получается, что работа ведется вокруг электронного макета, но ее результатом должен стать не упомянутый макет, который собственно и пойдет в производство, а набор документов.
Очевидно, что результаты конструкторской деятельности могут быть представлены в виде традиционных конструкторских документов в бумажной форме, а также в виде конструкторских данных в электронной форме, полученных с использованием различных компьютерных систем. Полученные в ходе работы данные (электронные конструкторские данные - ЭКД) могут «складываться» в систему PDM или храниться в форме автономных электронных файлов (конструкторских) данных.
В первом случае эти данные доступны исключительно с использованием PDM, поскольку они хранятся в БД системы PDM-способом, который обычному пользователю не известен и зависит от типа используемой СУБД. На прикладном уровне используются правила логической организации и идентификации данных в соответствии с используемой моделью данных.
Во втором случае (в случае их представления в форме файлов) хранение, использование и обращение данных возможно без использования системы РБМ.
Эти файлы, содержащие соответствующие технические (конструкторские) данные, могут быть оформлены по определенным правилам (например, ЕСКД) и рассматриваться как электронные конструкторские документы.
Представление данных в структурированном виде в информационной системе подходит для систематизации разнородных результатов интеллектуальной деятельности и предоставления доступа к ней. С использованием этой формы можно более эффективно организовать взаимодействие участников (например, в ходе проектирования, проверки и утверждения результатов), поскольку все они имеют доступ к одним и тем же данным и решают свои задачи с использованием согласованного набора признаков (электронных виз, статусов и т.д.), без пересылки копий данных друг другу.
Форма представления информации в виде документов подходит для передачи данных от одного предприятия другому, особенно если они используют разные информационные системы.
Под цифровой технологией проектирования будем понимать технологию, при которой потоки используемой и возникающей в процессе разработки информации осуществляются в виде, не требующем бумажных носителей, например, электронном.
Для разработки современного вооружения используются и постоянно совершенствуются сложные математические модели и расчетные алгоритмы, специализированные и универсальные программные продукты для функционального моделирования изделия и всех его основных компонентов. Внедряются автоматизированные системы проектирования, обеспечивающие выполнение целого круга конструкторско-технологических работ. Широко применяются трехмерное моделирование, всесторонний инженерный анализ. Разрабатываются конструкторская документация, управляющие программы для станков с числовым программным управлением и др.
Как правило, перед началом разработки проектировщик не располагает исчерпывающими данными, позволяющими однозначно определить облик и основные параметры разрабатываемого изделия.
Процесс создания новых систем состоит из трех существенно отличающихся стадий жизненного цикла изделия (рис. 1):
- научно-исследовательские работы (НИР);
- опытно-конструкторские работы (ОКР);
- серийное производство.
После третьей стадии образец поступает к потребителю.
На этапе НИР проводятся научные исследования и поиск технических решений, при которых достигаются новые качества создаваемого изделия, разрабатывается тактико-техническое задание (ТТЗ).
224
На этапе ОКР [3] по конкретному техническому заданию (ТЗ) создается опытный, а затем серийный образец, выпускается техническая документация.
Рис. 1. Стадии разработки изделия
Представляется целесообразным выделить пять этапов разработки нового изделия (рис. 2):
первый - формирование облика системы вооружения, тактико-технического задания (ТТЗ) на систему разработки и частных технических заданий (ТЗ) на составные части системы;
второй - разработка конструкторской документации (КД); третий - технологическая подготовка производства; четвертый - испытания опытного образца;
пятый - формирование рабочей конструкторской документации (РКД) для организации серийного производства образцов вооружения.
На первом этапе формируется облик системы вооружения в целом и разрабатываются ТЗ на основные компоненты изделия. Здесь принимаются основные технические решения, определяющие эффективность комплекса. Для этого необходимо провести поисковые и исследовательские работы, включающие изучение аналогов.
В результате всего комплекса работ, связанного со сбором информации, её анализом, предложением новых технических решений, расчётами, моделированием, определяются структура и основные проектные параметры будущего изделия.
Первый этап характеризуется использованием, с одной стороны, научных методов анализа и синтеза, опыта разработки, а, с другой стороны, - творческого поиска новых технических решений, основанных на достижениях научно-технического прогресса и конструкторской интуиции. В связи с этим полная формализация этого этапа проектирования не представляется возможной на современном этапе развития ИТ-технологий.
Формирование облика системы, 1 тактико-технического задания
и частных технических заданий
Разработка рабочей конструкторской документации
Технологическая подготовка производства
Проведение испытаний опытного образца
Формирование рабочей конструкторской 5 документации для организации
серийного производства образна
Рис. 2. Этапы разработки изделия
Поэтому полностью процесс проектирования на этом этапе не может быть представлен в рамках формальной технологии.
Вместе с тем уже на этом этапе проектирования используют ПЭВМ, а на отдельных участках и автоматизированное проектирование для решения отдельных частных задач, что позволяет получить научно обоснованные требования к обобщенным параметрам будущих структур.
Решение подобных задач требует привлечения квалифицированных специалистов, способных на основе рациональной идеализации отдельных участков системы преобразовать общие требования к комплексу в требования к оптимальным структурам и параметрам его составных частей.
На этом этапе особенно высока цена системных ошибок. Поэтому научно-техническая инновационная разработка современных систем невозможна без качественной высокопроизводительной вычислительной техники со специализированным, общесистемным прикладным программным обеспечением.
С появлением ТЗ, как электронного документа, становится возможным и электронный документооборот, то есть обмен (движение) документов в электронном виде. Результаты этого этапа могут быть представлены в безбумажном (электронном) виде.
Второй этап - разработка проектной конструкторской документации на элементы изделия, соответствующего требованиям ТЗ.
В ТТЗ и ТЗ на составные части системы заданы общие основополагающие требования к разрабатываемому образцу. При эскизном и техническом проектировании синтезируется облик изделия, отвечающего этим требованиям, и создается необходимая конструкторская документация (КД) для изготовления опытных образцов.
Процесс создания КД так же, как и на первом этапе, в значительной степени связан с неформальными приемами конструирования. Он зачастую требует новых технических решений и специализированных программ для их обоснования. Поэтому этот процесс не может быть полностью сведен к цифровой технологии.
226
Разработка (модернизации) изделия
Вместе с тем, на данном этапе также наряду с традиционными применяются и системы автоматизированного проектирования (САПР) (например, САПР конструирования электрических схем и печатных плат, системы 3Б моделирования и т.п.). Результаты этого проектирования могут быть представлены в цифровой электронной форме.
Третий этап (технологической подготовки производства), где определяющей структурой в создании изделия и его составных частей является звено «конструктор (конструкторская документация) - технолог (технологическая документация) - производство (программы для станков с числовым программным управлением)», представляется наиболее формализуемым и отвечающим требованиям цифровой технологии. Автоматизация данного этапа реально позволит перестроить процессы разработки конструкторской и технологической документации и создать опытный образец изделия. Именно здесь можно ожидать наиболее существенного положительного эффекта от внедрения цифровой технологии в процесс разработки.
На четвертом этапе проектирования происходит оценка опытных образцов посредством натурных испытаний. Например, для комплекса управляемого вооружения - это полигонные испытания. Такие испытания нужны для подтверждения соответствия фактических тактико-технических характеристик комплекса заданным, для проверки функционирования всех систем, наземного оборудования, для определения путей совершенствования изделия и т.д.
На основании результатов испытаний вносят необходимые изменения в конструкцию разрабатываемого изделия. Опыт показывает, что такие изменения бывают столь существенными, что приводят к значительным, а нередко к коренным изменениям и переделкам многих узлов и блоков изделия и даже всего изделия в целом вплоть до корректировки ТЗ и ТТЗ. В связи с необходимостью внесения существенных изменений возможен возврат к первому этапу проектирования. Испытываемый образец корректируется, а нередко и существенно изменяется по результатам испытаний.
Этап анализа испытаний не может быть полностью автоматизирован, так как является неформальным творческим процессом, требующим глубокого понимания работы системы, опыта, интуиции и т.д. Основным его содержанием являются выявление причин отказов и разработка мероприятий по их устранению, идентификации параметров системы, а также определение ТТХ системы.
На четвертом этапе цифровой технологии должны подлежать процессы регистрации, передачи и первичной обработки информации.
На пятом этапе выпускается и утверждается рабочая конструкторская документация для организации промышленного производства образцов вооружения.
При наличии документации в электронном виде этот этап может проходить в рамках цифровой технологии.
Таким образом, процесс проектирования состоит в объединении формальных и неформальных операций.
Формальные операции логично вписываются в рамки цифровых технологий. Для их реализации необходима автоматизированная система разработки - программно-технический комплекс (ПТК).
ПТК представляет собой взаимоувязанную совокупность программных, информационных и технических средств.
ПТК обеспечивает реализацию цифровой безбумажной технологии процесса разработки и модернизации изделия, что в целом позволит снизить затраты, существенно повысить качество и сократить сроки разработки.
ПТК обеспечивает электронный документооборот на всех этапах разработки, включая представление ТЗ и КД в электронной форме, а также реализацию на формализованных этапах цифровой технологии процесса разработки сложных технических изделий.
Список литературы
1. Пичев С.В., Судов Е.В. От бумажных конструкторских документов к электронным. А дальше? // Электронный журнал «Технологии PLM и ИПП». Вып. 3 [Электронный ресурс]. URL: http://cals.ru/additionale/e-magazine (дата обращения: 19.08.2018).
2. Большая советская энциклопедия [Электронный ресурс]. URL: http://bse. Sci-lib/com/article 031017. htme (дата обращения: 19.08.2018).
3. ГОСТ 2.103-2013. ЕСКД. Стадии разработки. М.: Стандартин-форм, 2015. 9 с.
Привалова Татьяна Владимировна, канд. техн. наук, начальник сектора, khkedratula.net, Россия, Тула, АО «КБП»,
Карпов Михаил Владимирович, начальник отделения, khkedr@,tula.net, Россия, Тула, АО «КБП»
POSSIBILITY OF CHANGE-OVER TO DIGITAL TECHNOLOGIES WHEN DEVELOPING SOPHISTICATED TECHNICAL SYSTEMS
Т. V. Privalova, М. V. Karpov
The article deals with issues related to change-over to the digital technology of designing sophisticated technical systems. It is suggested that development of a new system should he hroken down into several stages. Specifics of the stages are pointed out, and assessment is made whether it is possihle to use the digital design technology at each of these stages. Realization of the digital technology requires an automated development system - a software and hardware suite.
Key words: design stages, digital technologies, design automation, software and hardware suite.
Privalova Tatiana Vladimirovna, candidate of technical sciences, chief of section, khkedratula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»,
Karpov Mikhail Vladimirovich, chief of division, khkedra tula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»
УДК 519.872
К ПРИСТРЕЛКЕ БОЕВЫХ ОТДЕЛЕНИЙ
Н.И. Хохлов, Ю.Б. Подчуфаров, Н.С. Митрофанова
Рассмотрена методика пристрелки, позволяющая при приемо-сдаточных испытаниях оценивать и настраивать каждое боевое отделение в тире и при этом исключить полевые испытания.
Ключевые слова: боевое отделение, методика пристрелки.
Для сокращения объема натурных испытаний боевых отделений бронетанковой техники [1] при настройке и юстировке автоматических пушек используется пристрелка боевого отделения в тире.
Для оценки достоверности и уточнения области применения пристрелки боевых отделений БМП в тире процесс пристрелки рассмотрим как физическое моделирование стрельбы автоматической пушкой.
В соответствии с требованиями технического задания при приемке боевого отделения БМП должна оцениваться эффективность поражения трех типов целей. Причем две мишени движущиеся, третья неподвижная.
При натурных испытаниях само боевое отделение должно устанавливаться на технологическое шасси и двигаться по грунтовой дороге относительно цели параллельно плоскости движения цели или по параметру к неподвижной цели.
К физической модели пристрелки автоматической пушки БМП предъявим следующие требования.
1. В натурных условиях на полигоне стрельба ведется по цели, расположенной на расстоянии 1800 м от боевого отделения (рис. 1).
1800 м
Рис. 1. Схема натурной стрельбы
229
