Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
МАГИСТРА
магистерская программа “Проектирование и конструирование ракетно-транспортных систем”
Тема:
УПРАВЛЕНИЕ ИНЖЕНЕРНЫМИ ДАННЫМИ НА ЭТАПЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ
Научный руководитель
доцент, к.т.н. Горячев О.А.
Магистрант
Паршин С.С.
Самара 2014
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка:126 стр., 82 рис., 25 источников, 3 приложения.
ЕДИНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ ПРОСТРАНСТВО, ЖЦИ, ИПИ-ТЕХНОЛОГИИ, PDM СИСТЕМА, УПРАВЛЯЮЩАЯ СТРУКТУРА ИЗДЕЛИЯ, УПРАВЛЯЮЩАЯ СБОРКА ПРОЕКТАНТА, ПРОЦЕСС СОГЛАСОВАНИЯ, CREO ELEMENTS, ЭЛЕКТРОННЫЕ МОДЕЛИ, ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ, САПР, ТРЕБОВАНИЯ К МОДЕЛИРОВАНИЮ, СБОРКА, ДЕТАЛЬ, НИСХОДЯЩЕЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СКВОЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАКЕТА-НОСИТЕЛЬ, КАРКАСНАЯ МОДЕЛЬ, КОПИЯ ГЕОМЕТРИИ, ПЛАНИРОВАНИЕ РАБОТ, УПРАВЛЯЮЩАЯ СТРУКТУРА, ПРОЕКТАНТ, КОСТРУКТОР, ПРОЕКТИРОВАНИЕ СНИЗУ ВВЕРХ, СТАНДАРТНЫЕ ИЗДЕЛИЯ, ИМЕНОВАНИЕ УЗЛОВ.
В данной выпускной квалификационной работе предлагается рассмотреть процесс проектирования в ракетно-космическом центре "ЦСКБ - Прогресс". В данной работе, как пример, представлена разработка отсека бака горючего блока ступени РН, отработан процесс автоматизированного управления инженерными данными.
Для организации работы использована методика
нисходящего проектирования. Данная методика применяется к деятельности
проектного отдела. Разработаны требования, предъявляемые к организации работ по
нисходящему проектированию.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АСУП - Автоматизированная Система Управления Предприятием
БП - Бизнес-Процесс
ВГ - Внешняя Геометрия
ГПО - Головной Проектный Отдел
ГР - Модель Границ
ЕИП - Единое Информационное Пространство
КА - Космический Аппарат
КБ - Конструкторское Бюро
КГЧ - Космическая Головная Часть
КД - Конструкторская Документация
КРН - Конструкция Ракеты-Носителя
ЛЗ - Лист Запуска
МГП - Мастер - Геометрия Проектанта
МРП - Модель Распределения Пространства
НИОКР - Научно - Исследовательская и Опытно-Конструкторская Работа
НИР - Научно - Исследовательская Работа
ОКР - Опытно - Конструкторская Работа
ПЗ - Полётное Задание
ПН - Полезная Нагрузка
РКК - Ракетно - Космический Комплекс
РКН - Ракета Космического Назначения
РН - Ракета-Носитель
САПР - Система Автоматизированного Управления Предприятием
СЗБ - Сборочно-Защитный Блок
ТЗ - Техническое Задание
ТП - Техническое Предложение
ТР - Техническое Решение
ТТЗ - Тактико - Техническое Задание
ТЧ - Теоретический Чертёж
УМ - Управляющая Модель
УСП - Управляющая Сборка Проектанта
ФИД - Форма Исходных Данных
ЭМ - Эскизная Модель
ЭЦП - Электронно-Цифровая Подпись
aVAD - adaptive Value Added Chain Diagram -адаптивная диаграмма цепочки процессов, добавляющих стоимость
aeEPC - adaptive extended Event Driven Process Chains - адаптивная расширенная цепочка процесса, управляемого событиями
CAD - Computer Aided Design - компьютерное проектирование
OCL - язык описания ограничений - формальной проверки правильности
PDM - Product Data Management - управление данными о продукте
UML-Unified Modeling
Language- язык визуального моделирования,
основанный на объектно-ориентированном подходе
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОЦЕССА КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАКЕТЫ - НОСИТЕЛЯ
.1Нисходящее проектирование
.1.1 Параллельное проектирование
.1.2 Последовательное проектирование (нисходящее и восходящее)
.1.3 Спиральная модель
.1.4 Сравнительный анализ методов проектирования
.2Методологии моделирования БП
.2.1Методология UML
.2.2 Методология ARIS
.3 Моделирование процесса нисходящего проектирования изделия (диаграммы ARIS и UML)
.3.1 Моделирование процесса нисходящего проектирования изделия; диаграммы ARIS
.3.2 Моделирование процесса нисходящего проектирования изделия; диаграмма UML(диаграмма состояний)
.4 Ракета - носитель как объект проектирования (назначение, особенности проектирования, возникающие сложности)
.5 Постановка задачи дипломной работы
. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА НИСХОДЯЩЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
.1 Основы концептуального проектирования
.2 Моделирование процесса концептуального проектирования РН «как есть»; документооборот внутри проектного отдела
.2.1 Модель процесса концептуального проектирования «как есть»
.2.2 Нотация aeEPC
. РЕАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫМИ ДАННЫМИ
.1 Программные продукты, используемые при реализации управления инженерными данными
.1.1 Creo Elements (Pro/ENGINEER)
.1.2 Windchill PDMLink
.2 Разработка управляющей сборки проектанта
.2.1 Разработка блок схемы управляющей структуры проектанта для изделия типа ракета - носитель
.2.2 Описание блок - схемы управляющей структуры проектанта для изделия типа ракета-носитель
.2.3 Создание управляющей сборки проектанта
.2.4 Создание теоретического чертежа
.3Процесс согласования проектной документации в Windchil
.3.1 Описание процесса согласования ПД
.3.2 Описание ролей
.3.3 Авторизация в системе Windchill
.3.4 Запуск процесса «Согласование ПД»
.3.5 Проверка документации
.3.6 Согласование документации
.3.7 Утверждение документации
.3.8 Отправка документации во входной контроль и в архив
. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
ВЫВОДЫ О ПРОДЕЛАННОЙ РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Вплоть до конца предыдущего столетия вся конструкторская и технологическая документация разрабатывалась на бумаге. Ее созданием вручную были заняты инженеры, техники, служащие на промышленных предприятиях, в государственных учреждениях, коммерческих структурах. С появлением персональных компьютеров началась разработка и широкое внедрение средств и систем автоматизации выпуска бумажной документации:
¾ программные системы геометрического моделирования и автоматизации конструкторских работ CAD (Computer-Aided Design) или системы автоматизированного проектирования (САПР) - для изготовления сборочных, рабочих и габаритных чертежей, спецификаций, схем и т. д.;
¾ программные системы CAE (Computer-Aided Engineering) -системы инженерного моделирования, анализа и оптимизации, реализующие метод конечных элементов. Наиболее эффективными в мире системами CAE являются программные продукты MSC.Software Corporation - Nastran,Marc, Adams, Dytran и другие;
¾ программные системы CAM (Computer-Aided Manufacturing)- системы технологической подготовки производства с использованием ЭВМ.
¾ системы автоматизированного управления производством (АСУП) - для создания планов производства и отчетов о его ходе;
¾ офисные системы - для подготовки текстовых и табличных документов и т. д.
¾ интегрированные CAD/CAE/CAM системы-системы. [1]
По мере усложнения изделий происходит резкий рост объема технической документации. Сегодня он измеряется десятками тысяч форматов А4, а по некоторым изделиям (например, РН) - тоннами. При использовании бумажной документации возникают значительные трудности при поиске необходимых сведений, внесении изменений в конструкцию и технологии изготовления изделий. Возникают ошибки и разночтения, на устранение которых затрачивается значительное время. В результате падает эффективность процессов разработки, производства, эксплуатации, обслуживания, ремонта сложных наукоемких изделий. Возникают трудности при сдаче изделий представителю заказчика.
Для преодоления этих трудностей потребовались новые концепции и новые идеи. Среди них основной стала идея информационной интеграции стадий жизненного цикла изделия, которая и легла в основу 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).
Цель внедрения CALS - минимизация затрат в ходе жизненного цикла изделия, повышение его качества и конкурентоспособности.
Идея CALS состоит в отказе от бумажных носителей, на которых осуществляется традиционный документооборот, и переходе к интегрированной информационной среде, охватывающей все стадии жизненного цикла изделия. Информационная интеграция заключается в том, что все автоматизированные системы, применяемые на различных стадиях жизненного цикла, оперируют не с традиционными документами и даже не с их электронными отображениями (например, отсканированными чертежами), а с формализованными информационными моделями, описывающими изделие, технологии его производства и использования. Эти модели существуют в интегрированной информационной среде в специфической форме информационных объектов. Системы, которым для их работы нужны те или иные информационные объекты, по мере необходимости могут извлекать их из интегрированной информационной среды, обрабатывать, создавая новые объекты, и помещать результаты своей работы в ту же интегрированную информационную среду. [2]
Интегрированная информационная среда представляет собой совокупность распределенных баз данных, в которой действуют единые, стандартные правила хранения, обновления, поиска и передачи информации, через которую осуществляется безбумажное информационное взаимодействие между всеми участниками жизненного цикла изделия. При этом однажды созданная информация хранится в интегрированной информационной среде, не дублируется, не требует каких-либо перекодировок в процессе обмена, сохраняет актуальность и целостность. [3]
Очевидно, что такой подход представляет собой своего рода революцию в организации взаимодействия всех участников жизненного цикла сложных наукоемких изделий.
Революционность подхода состоит в том, что многие поколения конструкторов и технологов, воспитаны на основе совершенно другой культуры, базирующейся на сотнях стандартов ЕСКД, ЕСТД, СРПП, детально регламентирующих ведение дел с использованием бумажной документации. В условиях применения CALS эта культура должна претерпеть коренные изменения:
¾ появляются принципиально новые средства инженерного труда;
¾ полностью изменяется организация и технология инженерных работ;
¾ должна быть существенно изменена, то есть, дополнена и частично переработана нормативная база;
¾ тысячи специалистов должны быть переучены для работы в новых условиях и с новыми средствами труда.
К настоящему времени CALS - технологии образуют самостоятельное направление в области информационных технологий.
Технологии, стандарты и программно-технические средства CALS обеспечивают эффективный и экономичный обмен электронными данными и безбумажными электронными документами, что дает следующие преимущества:
¾ возможность параллельного выполнения сложных проектов несколькими рабочими группами (параллельный инжиниринг), что существенно сокращает время разработок;
¾ планирование и управление многими предприятиями, участвующими в жизненном цикле продукции, расширение и совершенствование кооперационных связей (электронный бизнес);
¾ резкое сокращение количества ошибок и переделок, что приводит к сокращению сроков реализации проектов и существенному повышению качества продукции;
¾ распространение средств и технологий информационной поддержки на послепродажные стадии жизненного цикла - интегрированная логистическая поддержка изделий.
Как видим, внедрение CALS - технологий приводит к существенной экономии и получению дополнительной прибыли. Поэтому эти технологии и их отдельные компоненты широко применяются в промышленности развитых стран. [4]
Одним из предприятий занимающихся активным внедрением CALS технология является «ЦСКБ - Прогресс». Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ - Прогресс" - ведущее российское предприятие по разработке, производству и эксплуатации РН среднего класса и автоматических космических аппаратов для дистанционного зондирования Земли и научного назначения. На предприятии реализуется большая часть ЖЦИ: от маркетинга до сдачи в эксплуатацию. В настоящее время на предприятии «ЦСКБ - Прогресс» осуществляется программа по внедрению цифровых технологий и совершенствованию методов проектирования и хранения данных об изделиях. В рамках этой программы происходит интеграция САПР КОМПАС (ОАО «Аскон-Самара») и системы Creo Elements(ООО «ПТС»). Система управления жизненным циклом продукции «Лоцман» интегрирована с более совершенной системой - Windchill PDM Link.В будущем планируется полный переход на решения систем Creo и Windchill.
В настоящей работе описывается, каким образом осуществляется информационная поддержка производственной деятельности одного из подразделений предприятия «ЦСКБ - Прогресс» - проектного отдела. К целям проводимой работы относятся:
¾ показать необходимость применения бизнес - моделирования для автоматизации производственного процесса;
¾ показать эффективность использования нисходящего проектирования РН;
¾ показать эффективность применения в совокупности CAD - системы и PDM - системы.
Использование нисходящего проектирования предусматривает создание многоуровневой управляющих структуры, содержащей всю основную геометрию и базовые параметры проектируемого изделия. В основе Управляющей структуры лежат модели мастер-геометрии (скелетоны). Данные из мастер-геометрии верхнего уровня передаются на нижестоящий и дополняются уточняющей геометрией, позволяя таким образом сформировать концептуальную схему проектируемого изделия. Разветвленная схема Управляющей структуры дает возможность организовать параллельную работу разных подразделений проектантов и конструкторов. Заключительным этапом является создание реальных конструкторских моделей деталей и узлов со ссылками на мастер-геометрию и выпуск конструкторской документации.
Методология нисходящего проектирования используется для вновь создаваемых изделий, требующих проектно-конструкторских работ, с целью эффективного организации управления данными и конструкторскими изменениями.
1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОЦЕССА
КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАКЕТЫ - НОСИТЕЛЯ
.1 Нисходящее проектирование
ракетный космический инженерный автоматизированный
Проектирование - процесс создания проекта, прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, состояния.
В технике - разработка проектной, конструкторской и другой технической документации, предназначенной для осуществления строительства, создания новых видов и образцов. В процессе проектирования выполняются технические и экономические расчёты, схемы, графики, пояснительные записки, сметы, калькуляции и описания.
Проект - комплект указанной документации и материалов (определённого свойства), результат проектирования. Проект какого-либо объекта может быть индивидуальным или типовым.[5]
При разработке индивидуальных проектов широко применяются типовые проектные решения.
Проект должен содержать:
¾ общий замысел;
¾ план создания изделия;
¾ конкретные технические решения по бортовым системам, агрегатам, элементам.
Затраты на выполнение собственно проекта составляют 5-10 % от общих затрат на создание изделия, включающего кроме проектирования:
¾ подготовку производства;
¾ изготовление опытных образцов;
¾ экспериментальную отработку.
Процесс проектирование один из самых важных этапов в ходе создания изделия. Ошибки на этапе проектирования самые "дорогие". Соотношение затрат на исправление ошибок на этапах проектирования, отработки, производства и эксплуатации примерно составляет 1:10:100:1000.