15. МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ
Разработка проектного облика ракеты-носителя в системе твердотельного моделирования является лишь одним из этапов в цепи автоматизации проектных и конструкторских работ. На основе этого проектного облика в дальнейшем разрабатывается конструкция всех составных частей ракеты. Твердотельные модели используются в качестве основы для построения конечно-элементных моделей и проведения расчетов на прочность, аэродинамических расчетов, расчетов тепловых потоков и т.д. Эти же модели используются для технологической подготовки производства, а также для решения многих других вопросов, возникающих в процессе жизненного цикла сложных технических изделий.
15.1. Информационная поддержка жизненного цикла изделий
Сведения о CALS -технологии
В настоящее время проектирование, создание и эксплуатация наукоемких промышленных изделий (ракет-носителей, космических аппаратов и др.) немыслимы без так называемых CALS -технологий.
Термин CALS (Continuous Acquisition and Lifecycle Support —
непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла) означает совокупность принципов и технологий информационной поддержки жизненного цикла продукции на всех его стадиях. Русскоязычный аналог понятия CALS — Информационная поддержка жизненного цикла изделий (ИПИ).
CALS-технологии состоят из нескольких основных методов, реализованных в соответствующих автоматизированных системах, которые укрупнённо соответствуют трем группам:
- CAD – (Computer Aided Design) - компьютерные системы авто-
матизированного проектирования;
321
-САМ – (Computer Aided Manufacturing) - системы автоматизи-
рованной подготовки производства;
-САЕ – (Computer Aided Engineering) - системы инженерных расчетов и т.п.
Иногда CALS-технологии называют CAD/CAM/CAE - технологиями.
Среди наиболее распространенных систем информационной поддержки жизненного цикла изделий, получивших мировое признание, следует отметить следующие системы: Pro/Engineer, Unigraphics,
CATIA и др.
Сведения о PDM–системах
Одной из ключевых составных частей CALS-технологий являет-
ся технология PDM (Product Data Management). PDM-технология -
это технология управления всеми данными об изделии и информационными процессами жизненного цикла изделия. PDM-технология является основой при построении единого информационного пространства для всех участников жизненного цикла изделия.
Наибольший выигрыш от использования PDM-системы лежит в двух областях:
-сокращение времени выхода изделия на рынок;
-повышение качества изделия.
Для реализации PDM-технологии существуют специализированные программные средства, называемые PDM-системами. PDMсистемы, т.е. системы управления данными об изделии, представляют собой новое поколение компьютерных средств для управления всеми связанными с изделием данными и информационными процессами ЖЦ.
Среди задач PDM-системы можно выделить две основные:
-PDM-система как средство интеграции данных на протяжении всего жизненного цикла изделия;
-PDM-система как рабочая среда пользователя.
Данные об изделии включают:
-состав и структуру изделия, геометрические данные, чертежи;
-планы проектирования, планы производства, спецификации, нормативные документы, программы для станков с ЧПУ, результаты анализа, корреспонденцию, данные о партиях изделия и отдельных
322
экземплярах изделия и др.
Основной задачей PDM-системы как рабочей среды сотрудника предприятия является обеспечение доступа сотрудника к нужной ему информации в нужное время в нужной форме.
Это означает, что сотрудник предприятия в процессе своей работы должен постоянно находиться в PDM-системе, а система, в свою очередь, обеспечивать все потребности сотрудника, начиная от просмотра спецификации узла и кончая изменением твердотельной модели детали или утверждением измененной детали начальником.
Рабочая среда сотрудника содержит следующие функции PDMсистемы:
-управление хранением данных и документов;
-управление процессами;
-управление структурой и составом изделия;
-классификация;
-календарное планирование и др.
PDM-система обеспечивает поиск: по значениям свойств (с заданными идентификаторами или характеристиками), по хранящимся в системе документам, по расположению геометрических объектов твердотельной модели изделия.
При управлении доступом к данным в хранилище PDM-система должна осуществлять авторизацию этого доступа. Помимо процедур
идентификации и аутентификации пользователя, входящего в сис-
тему, существует два направления авторизации доступа: по правам пользователей и по статусу данных.
Среди функций управления процессами можно выделить три основные группы:
-управление работой (эти функции касаются того, что происходит с данными, когда кто-либо над ними работает);
-управление потоком работ (эти функции управляют передачей данных между людьми);
-протоколирование работы (эти функции отслеживают все события и действия, которые происходят при выполнении первых двух групп функций в течение всей истории проекта).
Управление структурой и составом изделия возможно потому, что PDM-система хранит информацию о входящих в состав изделия компонентах, конфигурациях изделия, а также предоставляет воз-
323
можность редактирования состава изделия (обычно с применением графического интерфейса, моделирующего конструкторский граф).
Классификация – это функция PDM-системы, с помощью которой можно значительно упростить поиск изделий, отвечающих определенным характеристикам, например документы, чертежи, трехмерные модели, технические публикации и др.
Календарное планирование – это функция PDM-системы, с помощью которой осуществляется автоматизированное разбиение всего проекта на совокупность задач и предоставляется возможность задания взаимосвязей между различными задачами, распределения имеющихся ресурсов по задачам, а также отслеживания хода выполнения отдельных задач и проекта в целом и выявления аномалий.
Системы твердотельного моделирования
Существуют системы твердотельного моделирования, встроенные в большие интегрированные системы Pro/Engineer, Unigraphics, CATIA и др. Они дорогостоящи, требуют для своей работы мощных компьютеров. Для проведения твердотельного моделирования можно использовать и специальные системы (относящиеся к CAD - системам), разработанные как самостоятельные продукты для твердотельного моделирования, например, SolidWorks, Компас и др.
С методической точки зрения не столь важно, какую систему изучать, лишь бы она была общепризнанной. Принципы твердотельного моделирования у многих систем схожи. Освоив одну систему, можно относительно быстро перейти на другую.
15.2. Особенности разработки твердотельных моделей ракеты
Твердотельное моделирование ракеты и ее составных частей предполагает наличие навыков работы в соответствующей системе. Однако, имея соответствующие навыки в моделировании общетехнических систем, не всегда удается грамотно построить модели отсеков ракет-носителей. Так, в ракете присутствуют тонкостенные подкрепленные и неподкрепленные оболочки вращения, которые требуют особых подходов при разработке твердотельных моделей. При этом следует учитывать функциональные особенности этих отсеков,
324
в частности наличие систем крепления и разделения составных частей ракеты. Обязательно должны быть предусмотрены технологические членения отсеков ракетных блоков и учтены технологические вопросы изготовления элементов и их сборки.
Общие методические рекомендации
Допускается на первых этапах строить упрощенные отсеки и узлы, которые будут детализироваться на более поздних этапах проектирования.
1. Прежде чем приступить к твердотельному моделированию, рекомендуется сначала вспомнить конструктивные схемы соответствующих отсеков, посмотрев, например, учебное пособие [33].
2. Желательно освоить какую-либо систему твердотельного моделирования по встроенным учебным пособиям, а также ознакомиться с материалами источника [59], где описаны методы построения твердотельных моделей ракет-носителей.
3. Рекомендуется для моделирования каждого отсека ракетыносителя составлять план действий. При составлении плана следует использовать альтернативные возможности систем твердотельного моделирования, касающиеся последовательности построения твердотельной модели какой-либо сборки:
-создаётся каркас изделия, в который затем вставляются подсборки (нисходящее проектирование);
-создаются модели всех деталей, а затем производится их сборка путем сопряжения отдельных деталей (восходящее проектирование);
-создаются модели некоторых основных деталей, а затем производится построение моделей остальных деталей в сборке (комбинация методов восходящего и нисходящего проектирования).
4. Процесс освоения технологии твердотельного моделирования различных отсеков РН рекомендуется начать с освоения методик построения простых (упрощенных) моделей отсеков ракеты, а затем модернизировать эти модели, учитывая ошибки, которые неизбежно возникают на начальных стадиях освоения методики создания твердотельных моделей тонкостенных конструкций с учетом особенностей конструкции отдельных узлов и сочленений.
5. Необходимо предусматривать возможность сопряжения (в дальнейшем) разработанных отсеков с другими отсеками РН.
325