- Проектирование авиационной техники стало едва ли не первой отраслью, где ЭВМ нашли широкое применение на самых ранних стадиях своего существования, - рассказывает директор АООТ "ОКБ Сухого" по информационным технологиям Евгений Савельевских. - Авиаконструкторы быстро оценили возможности этой техники для проведения аэродинамических и прочностных расчетов, связанных с большим количеством итераций. Со временем эволюция вычислительных комплексов и подхода, связанного с информационными технологиями, позволили увязать в единый комплекс все этапы жизненного цикла самолета, начиная от концептуальной разработки, проектирования и заканчивая утилизацией.
Развитие информационных технологий в ОКБ началось еще в 70-е годы. Курировал эту работу заместитель Генерального конструктора Олег Сергеевич Самойлович. Под его руководством разработана стратегия развития информационных технологий применительно к проектированию летательных аппаратов. В то время были разработаны уникальные программы для моделирования облика самолета и множество специальных расчетных программ. Создавались они в течение многих лет совместно с институтами Российской академии наук, ЦАГИ и другими отраслевыми институтами. Тогда же удалось решить целый ряд сложных вычислительных задач, но решения были разрозненными, не связанными единой стратегией создания полного электронного описания самолета. Такая задача возникла к началу 90-х годов. К тому времени появились относительно недорогие и доступные технологии, дающие возможность создать интегрированную вычислительную систему, в которой работает одновременно много исполнителей. Разумеется, за прошедшие годы и сами задачи вычислительного комплекса существенно изменились.
- Сейчас в "ОКБ Сухого" последовательно реализуется "Стратегия развития информационных технологий", позволяющая не только повысить уровень проектирования, но и кардинально изменить всю технологию создания самолета, - говорит руководитель бригады программно-математического обеспечения Александр Берхен. - Для того чтобы осуществить новый подход к проектированию, нужно было связать в единую систему компьютеры в разных структурных подразделениях и разработать способы их взаимодействия. С середины 90-х годов у отечественных предприятий появилась возможность приобретать достаточно производительную вычислительную технику и программное обеспечение для нее.
В середине 90-х годов в ОКБ появилась концепция создания электронного макета самолета. О том, что это такое, стоит рассказать подробнее. Традиционная технология создания самолета в чрезвычайно упрощенном виде такова: в зависимости от первоначального замысла и от исходных требований заказчика, разрабатываются аэродинамическая схема и компоновка, проводятся основные аэродинамические расчеты, определяются главные характеристики будущего изделия. Затем наступает очередь отдельных узлов, подбираются или проектируются вчерне основные агрегаты и системы, и потом создается физический макет самолета в натуральную величину. Все это предъявляется заказчику, и он решает, стоит ли работать дальше. Стадия создания физического макета весьма трудоемка, требует больших затрат времени и денег.
Если заказчик дает добро, выпускается полный объем рабочей конструкторской документации, которая передается в опытное производство. Здесь решается множество вопросов, связанных с технологией изготовления и сборки самолета. Один из наиболее длительных и дорогостоящих этапов - этап плазовой провязки. Суть его сводится к тому, что все формирующие обводы самолета детали тщательно вычерчиваются в натуральную величину, увязываются между собой, все изменения вносятся в конструкторскую документацию. И даже после этого этапа в конструкции самолета остаются места, в которых могут содержаться если не ошибки, то уж по крайней мере неточности, "вылезающие" при сборке самолета. В результате дорогостоящие детали уходят в брак, срываются сроки, повышается стоимость разработки изделия.
Новый метод построен на принципе создания единой электронной модели, как бы сверху вниз. На начальном этапе конструктор задает параметры, определяющие функциональные характеристики изделия: пространственную конфигурацию, основные технические требования, некоторые специфические функции. Затем на основе этих параметров компонуются основные узлы, агрегаты, системы и проектируются связи между ними. В принципе, так конструкторы работали и раньше, но теперь информационная система дает возможность сделать это быстрее и качественнее. А самое главное - единая информационная модель виртуального изделия объединяет всю информацию об изделии и всех его деталях.
- Работа с электронным макетом изделия дает еще и экономический выигрыш, - продолжает разговор заместитель директора по информационным технологиям Галина Львова. - Известно, что стоимость каждого изменения в конструкции от этапа к этапу возрастает. Поэтому важнее всего максимальное количество вариантов "проиграть" на ранних стадиях, до стадии рабочего проектирования. Поясню на примере: при изменении конструкции даже одной детали на стадии подготовки производства придется заменить и сопряженные с ней детали, оснастку, инструмент и, в конечном итоге, весь технологический процесс. Если же говорить об изменениях, возникающих уже на стадии эксплуатации готового самолета, то затраты становятся весьма ощутимыми.
Итак, современная комплексная система проектирования позволяет всю информацию об изделии как бы нанизывать на сквозной состав проекта, то есть собирать проектные данные в едином массиве. Каждый участник проектирования добавляет данные, проводит их обработку в соответствии со своими задачами, не тратя времени на их первичную подготовку, на их ввод в свой "отдельно стоящий" компьютер. Например, конструктор создает электронную модель детали, затем подразделения, рассчитывающие прочность, не перерисовывая эту деталь, не измеряя ее заново, создают вычислительную модель, проводят расчеты (в "ОКБ Сухого" используется система прочностных расчетов NASTRAN). А если требуется, конструктор может вернуться на этап проектирования и внести изменения.
Так же обстоит дело и с технологической подготовкой, и, в конечном итоге, с выпуском изделия. Скажем, разработка программ для станков с числовым программным управлением может быть проведена на основе все той же электронной модели.
За время жизни конструкция самолета неизбежно подвергается модернизации. Появляются новые приборы, материалы, меняются задачи техники. Раньше (при "бумажной" технологии проектирования) только на "бюрократическую" проработку (выпуск, согласование и утверждение чертежей) уходила масса времени. Теперь для того, чтобы изменить какую-то сборку или объект, описанный в электронном виде, потребуется приложить гораздо меньше усилий.
Создание электронного макета позволяет вместо огромного количества неудобных "бумажных" книг применить интерактивные электронные технические руководства - компактный справочный материал, снабженный к тому же удобным и оперативным поисковым аппаратом.
В проектировании самолетов участвует множество различных организаций. Чтобы все они могли полноценно работать над созданием электронного макета, необходимо создать единую сеть, единые стандарты, единый подход к системе обработки и представления данных, а иначе интеграция будет попросту невозможна. Но решить проблему стандартов раз и навсегда нельзя, ведь с изменением задач могут меняться и стандарты. Однако основные принципы остаются постоянными в течение длительного времени. В "ОКБ Сухого" перед началом нового проекта проводят анализ имеющегося опыта, ревизию и обновление регламентирующих документов в области организации проектно-конструкторских работ.
- Второй важный вопрос, это транспортная среда, которая позволила бы разным подразделениям КБ обмениваться информацией, - вступает в разговор заместитель начальника вычислительного центра Евгений Костин. - В 1996 году в "ОКБ Сухого" создали проект местной сети предприятия. К тому времени была выбрана система проектирования, определены технические средства, которые нужны для того, чтобы запустить ее и развить до уровня промышленной эксплуатации и перехода на методы электронного проектирования как на основную технологию. В 1996-1997 годах сеть, с заложенными в нее большими возможностями по расширению, была построена. Саму вычислительную технику менять приходится достаточно часто из-за колоссальной скорости ее развития, а вот системы связи более консервативны, и, несмотря на появление новых систем, "старые" еще долго остаются вполне пригодными для работы. Кабельные каналы, созданные в те годы, не будут ограничивать развитие сети еще по крайней мере ближайшие пять-шесть лет.
- Первым самолетом, для которого в ОКБ был создан трехмерный электронный макет, стал легкий сельскохозяйственный самолет Су-38Л (17 июля 2001 года Су-38Л совершил первый вылет, сейчас проводятся летные испытания. - Прим. ред.), - рассказывает менеджер электронного проекта Андрей Зудилов. - Даже этот небольшой самолет включает в себя более 8000 деталей и сборок. Все его детали, как обводообразующие, так и внутренние, связанные с ними системы и оборудование увязаны между собой в электронном макете. На основе этого опыта несколько позднее спроектировали киль многофункционального истребителя Су-30МК. Принципиальным моментом стало то, что на завод-изготовитель были переданы электронные модели и электронные чертежи. Там на их основе специалисты завода провели технологическую подготовку и внедрили изделие в производство. Так удалось пройти полный цикл: от электронного описания изделия до выпуска его в металле. Чтобы охарактеризовать сложность этой задачи, можно привести такой пример. Прежде чем взяться за электронное проектирование Боинга-777, американские конструкторы осуществили семь пилотных проектов. На их основе они готовили специалистов, технологические службы, отрабатывали взаимодействие служб с департаментами, решали вопросы, связанные с "жизнью" проекта.
- Применение информационных технологий, несомненно, требует качественно нового подхода как к проектированию, так и к подготовке специалистов, - добавляет заместитель начальника конструкторского бюро Алексей Матвеев. - Они должны уметь не только работать с виртуальными объектами, но и использовать те традиции и навыки конструкторской школы, которые существуют в "ОКБ Сухого".
Электронный макет еще на этапе разработки предъявляется заказчику, и в процессе конструирования это дает колоссальный выигрыш во времени разработки самолета. В виде физических макетов сейчас приходится оставлять только макет кабины, поскольку он связан с множеством субъективных эргономических параметров, электронное моделирование которых пока до конца не проработано. Хотя и в этой части существуют интересные программные решения, позволяющие, например, смоделировать зоны обзора летчика, его работу с рычагами управления, приборным оборудованием, что в будущем позволит отказаться от физических макетов кабины и заменить их электронными. В 2001 году электронный макет легкого учебно-тренировочного самолета Су-49 впервые был предъявлен заказчику на этапе защиты эскизного проекта.
Компьютерная технология призвана не автоматизировать традиционно существующие технологические звенья, а принципиально изменить саму технологию проектирования и производства. Это требует качественно новой организации труда, структурных изменений в КБ и постоянного, углубленного взгляда на процесс создания самолета всех его участников, от главного конструктора до рядовых конструкторов и технологов.
Возможность тщательной и точной увязки всех элементов, входящих в конструкцию самолета, делает электронный макет в целом значительно более точным, чем тот, который выполнен традиционным способом, на бумаге. Если какая-то деталь не укладывается в заданные обводы, то на электронном макете это сразу можно увидеть.
- Электронный макет позволяет увидеть и ликвидировать на ранних стадиях проектирования не только "конструкторские" нестыковки, но и возникающие в процессе производства сложности, - добавляет Евгений Савельевских. - К примеру, на заводе, где предполагается собирать самолет, нет какого-то оборудования, не отработана технология. Раньше эти обстоятельства выявлялись после завершения разработки, испытаний и передачи из КБ на завод готовой документации. Электронный макет позволяет уже на ранних этапах привлекать к проектированию заводские технологические и конструкторские службы. Все вопросы решаются, таким образом, еще до передачи проекта на завод, и процесс подготовки производства идет почти параллельно с созданием электронного макета (с небольшой форой по времени для макета). Поэтому никаких "сюрпризов" для завода изделие в себе уже не содержит.
В производстве самолета принимает участие огромное число различных организаций. Это разработчики приборов и двигателей, металлурги, технологи, испытатели и многие другие. Специфика создания самолета такова, что смежники работают над устройством приборов, оборудования, узлов, агрегатов одновременно с разработкой планера, систем управления и прочего. На практике нередко получается, что нужно уже устанавливать, например, локатор и делать под него в каркасе самолета посадочные места, а его еще нет. В такой ситуации без электронного макета не обойтись. Постоянный обмен информацией, а точнее, одновременная работа в едином информационном пространстве, позволяет всем участникам процесса создания самолета увидеть, насколько их изделие соответствует заданным требованиям.
Именно поэтому так необходимо создание общей программно-аппаратной базы, которая даст возможность всем работать в единой системе так, чтобы данные об определенном элементе конструкции можно было ввести один раз и все подразделения могли этими данными пользоваться.
Новые технологии позволят связывать данные, созданные в различных системах, в единый электронный макет. Организационно это лучше всего осуществить в рамках крупных интегрированных структур, уже создающихся в российской авиационной промышленности. Одна из них - авиационный комплекс "Сухой", в котором "ОКБ Сухого" играет роль идеологического лидера в создании новой авиационной техники.
В основе организации компьютерной технологии лежит полный виртуальный электронный макет изделия, так как именно создание трехмерных электронных моделей, соответствующих реально проектируемому изделию, открывает небывалые доселе возможности повышения качества конечного продукта, укорачивает сроки его появления на свет. В идеале все участники процесса проектирования и производства авиационной техники должны работать одновременно и, наблюдая работу друг друга, создавать электронные модели деталей, узлов, агрегатов, систем и всего изделия в целом, решая при этом задачи концептуального проектирования, всевозможных видов инженерного анализа, моделирования ситуаций, а также компоновки изделия и формирования внешних обводов. Одновременно (не дожидаясь полного окончания разработки нового изделия) эта информация используется для технологической подготовки производства и самого производства.
Компьютерная технология - это не вспомогательное средство автоматизации традиционных процессов, а иная технология проектирования. Она не может быть автоматически перенесена на традиционно организованный процесс проектирования самолетов.
Это качественное изменение сознания, идеологии и связей между людьми и службами, создающими самолет.
Работы по созданию электронного макета - не только работы над математической моделью поверхности, компоновки, агрегатов или подготовкой чертежей в электронном виде, это формирование базы знаний, которая найдет воплощение во всех последующих проектах.
