Магистерская работа: Управление инженерными данными на этапе концептуального проектирования ракеты-носителя

Принципиальные ошибки, как правило, вообще не могут быть исправлены на стадии эксплуатации.

Укрупненные этапы создания и эксплуатации ракетно-космической техники представлены ниже.

. Этап научно - исследовательских работ (поисковые работы, разработка тактико-технических требований).

. Опытно - конструкторские работы (ОКР).

.1. Разработка технического предложения.

.2. Разработка эскизного проекта.

.3. Разработка технического проекта (рабочей документации).

.4. Изготовление опытных образцов и их испытания (этап ОКР).

.4.1. Наземные автономные испытания, включая конструкторско - доводочные испытания.

.4.2. Наземные комплексные испытания.

.4.3. Летные конструкторские испытания.

. Серийное производство.

. Эксплуатация.

Блок - схема алгоритма проектирования РН на начальных этапах разработки ракеты-носителя представлена на рисунке 1.1.

НИР - научно-исследовательские работы

ТЗ - техническое задание

ОКР - опытно- конструкторские работы

Рисунок 1.1 - Алгоритм проектирования

Результатом проектирования является сформированная объемная геометрическая модель машиностроительного изделия или, так называемая, мастер-модель, которая будет играть определяющую роль на многих последующих этапах. Для создания объемной модели изделия проектант может воспользоваться методами трехмерного твердотельного, поверхностного моделирования или сочетанием этих методов.

Рассмотрим основные виды проектирования

Рисунок 1.2 - Виды проектирования

.1.1 Параллельное проектирование

Традиционное параллельное проектирование в разработке новых изделий обычно включает перечень работ по проектированию, сборке, испытанию, анализу, анализу с итеративным повторением цикла до получения нужного результата. В настоящее время параллельное проектирование с успехом развивается ведущими американскими и западноевропейскими фирмами. В частности в США исследовательские проекты в рамках этой технологии разрабатываются по заказу перспективных военных проектов Пентагона.

В основе технологии лежит совмещение проектирования изделия, а также планирования его изготовления и сопровождения, координируемые специально предназначенной для этого распределённой информационной средой. Подобная технология позволяет использовать проектные данные с ранней стадии одновременно различными группами специалистов. Например, в трёх главных конструкторских бюро компании BOING 220 групп «проектирование - изготовление», которые координируют параллельные разработки и состоят из специалистов таких разнообразных областей, как проектирование, разработка материалов и прочее. Фактически, при использовании описанной технологии удаётся достичь перекрытия практически всех стадий жизненного цикла изделий.

Жизненный цикл изделия - это период времени, в течение которого формируются:

¾      потребность в некоторой продукции, удовлетворяющей те или иные пожелания людей (покупателей, пользователей, потребителей) в конкретных условиях потребления;

¾      требования к свойствам продукции с их качественными и количественными параметрами;

¾      облик будущей продукции, соответствующий этим требованиям;

¾      технология производства с приемлемыми затратами в конкретных производственных условиях.

Осуществляются:

¾      оснащение средствами производства и обеспечение материалами и комплектующими изделиями;

¾      производство продукции;

¾      маркетинг, продажа и обслуживание у покупателя произведенной продукции;

¾      собственно использование продукции в соответствии со служебным назначением.

Завершается жизненный цикл утилизацией использованной и невостребованной продукции.

Развитие технологии параллельного проектирования связано, прежде всего, с повышением для потребителя таких неценовых факторов конкурентоспособности, как качество, способность быстрого выполнения индивидуального заказа.[6]

.1.2 Последовательное проектирование (нисходящее и восходящее)

Процесс проектирования изделий с использованием САПР, как правило, может быть реализован в виде двух возможных вариантов:

¾      нисходящего (сверху вниз);

¾      восходящего (снизу вверх) проектирования.

При нисходящем проектировании задачи высоких иерархических уровней решаются прежде, чем задачи более низких иерархических уровней. При восходящем проектировании последовательность противоположная. Функциональное проектирование сложных систем чаще всего является нисходящим, конструкторское проектирование - восходящим.[8] Принципиальное отличие этих вариантов показано на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Принципиальное отличие восходящего и нисходящего вариантов проектирования изделия

Методология нисходящего проектирования предусматривает создание многоуровневой управляющей структуры, содержащей всю основную геометрию и базовые параметры проектируемого изделия. В основе управляющей структуры (древовидная структура отдельных блоков, содержащая перечень участников проекта, в виде отделов, состав каждой управляющей сборки (совокупность МГП и модели распределения пространства (МРП)), обозначение, наименование и название файла модели для каждого элемента, фиксацию, на каком уровне, в каком виде и каким отделом формируются расчетные модели) лежат модели мастер - геометрии (компоненты сборки, в которых определяются габариты узлов и деталей изделия, характерные геометрические размеры компонентов, места расположения и форма сопряжений между элементами, внешние интерфейсы будущего изделия, подвижные соединения и механизмы, анализ движения кинематических схем изделия, учитываются расчётные или внешние данные, характерные для будущего изделия, проводятся работы по оптимизации конструкции изделия). В свою очередь МРП - это виртуальный макет проектируемого изделия. Итак, данные из мастер - геометрии верхнего уровня передаются на нижестоящий уровень 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 МГП и выпуск конструкторской документации.

При восходящем проектировании разработка идёт снизу вверх. На первом этапе разрабатываются изделия самого низкого уровня (геометрия конкретных деталей и агрегатов). На следующем к ним подключаются изделия более высокого уровня (создание комплексов деталей - узлов) и проверяется их работоспособность. На завершающем этапе проектирования разрабатывается управляющая сборка, отвечающая за логику работы всего изделия.

Методология нисходящего проектирования используется для вновь создаваемых изделий при проведении проектно - конструкторских работ, с целью эффективной организации управления данными и конструкторскими изменениями.

Методология восходящего проектирования используется для модификации уже разработанных изделий.[9]

1.1.3 Спиральная модель

Применение процесса последовательного проектирования эффективно для систем, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования, с тем, чтобы предоставить разработчикам свободу реализовать их как можно лучше с технической точки зрения. Данный процесс обладает рядом существенных недостатков, основным из которых является, пожалуй, то, что требования к создаваемой системе "заморожены" в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, заказчики могут внести свои замечания только после того, как работа над изделием будет полностью завершена. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания, пользователи получают изделие, не удовлетворяющее их потребностям.

В реальной жизни оказывается, что на стадии формулировки требований заказчик не может точно определить все требования к продукту. Для преодоления данной проблемы во второй половине 80 - х годов был предложен "спиральный" процесс создания изделия, делающий упор на этапы анализа и проектирования. Разработка системы по данной методологии происходит итерациями, и после прохождения каждого витка спирали заказчик получает очередную версию проекта. После получения заказчиком каждой версии уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, и планируются работы следующего витка спирали.

Рисунок 1.4 - Спиральная модель

Спиральная модель разработки изделия, в тех или иных версиях используемая во множестве конкретных прикладных методик, построена на следующем шаблоне. Прежде всего, в ходе общения с заказчиком определяется набор наиболее важных возможностей будущего изделия. Далее совместными усилиями определяются желаемые сроки для реализации этой базовой функциональности. Формируется план, начинаются работы, и отслеживается их выполнение.

В основу спиральной модели заложены две посылки. Многочисленными исследованиями подтверждено, что и заказчик и исполнитель обычно слишком оптимистично относятся к срокам и бюджету, даже при использовании хороших методик оценки объема работ (по функциональным точкам и т. п.). Поэтому результаты таких оценок предлагается увеличивать (ухудшать) достаточно серьезно - примерно на 50%. Уточнение конкретных требований выполняется итерационно, при этом на каждом витке проектной спирали создается все более точная версия, соответствующая пожеланиям заказчика.

Данный подход, конечно, не гарантирует соблюдения сроков - они могут быть сорваны, например, в случае резкого сокращения бюджета или серьезного изменения требований.

.1.4 Сравнительный анализ методов проектирования

Сравнивая последовательную и спиральную модели, можно сказать о том, что первая более универсальна, т. е. она применима к производству разных изделий, будь то отбойный молоток или графический редактор. Для разных изделий просто будут изменяться количество и название этапов модели. Спиральная же модель более ориентирована именно на информационные системы, особенно на программные продукты, поэтому при разработке информационных систем и их программного обеспечения она предпочтительнее последовательной.

Нисходящие проектирования работает хорошо, потому что оно позволяет нам одновременно сосредотачиваться на меньшем количестве деталей. Это логичная методика, которая поощряет организованную доводку системы и уменьшает уровень сложности (степени интеграции) на каждой из последующих стадий проекта. По очевидным причинам, нисходящие проектирования подходит лучше всего тогда, когда применяется к проблемам, которые имеют ясно выраженный иерархический характер. К сожалению, многие из реальных проблем не иерархические.[8]

Но с другой стороны у последовательного проектирования есть ряд существенных недостатков в сравнении с параллельным проектированием. Существенным преимуществом параллельного проектирования является то, что эта технология обеспечивает устранение известных недостатков последовательного проектирования, в частности, когда ошибки проектирования неожиданно обнаруживаются на последних его стадиях. Как показывает отечественный опыт, 50 - 70% имеющихся дефектов готовой продукции машиностроения возникают из-за ошибок в конструкционной работе, 20-30% из-за недостаточной технологичности изделия, 5 - 15% - по вине рабочих.

Устранение первой группы дефектов осуществляется в основном за счёт совмещения проектирования составляющих технологической системы «изделие - технология - оборудование» и раннего учёта возможных при этом ограничений.

.2 Методологии моделирования БП

Бизнес - процесс - это логичный, последовательный, взаимосвязанный набор мероприятий, который потребляет ресурсы производителя, создает ценность и выдает результат потребителю. Среди основных причин, побуждающих организацию оптимизировать бизнес-процессы, можно выделить необходимость снижения затрат или длительности производственного цикла, требования, предъявляемые потребителями и государством, внедрение программ управления качеством, слияние компаний, внутриорганизационные противоречия.

Моделирование бизнес-процессов позволяет не только определить, как компания работает в целом, как взаимодействует с внешними организациями, заказчиками и поставщиками, но и как организована деятельность на каждом рабочем месте. Моделирование бизнес-процессов - это эффективное средство поиска путей оптимизации деятельности компании, средство прогнозирования и минимизации рисков, возникающих на различных этапах реорганизации предприятия. Этот метод позволяет дать стоимостную оценку каждому отдельному процессу и всем бизнес-процессам организации в совокупности.[11]

В настоящее время в мире разработано и успешно применяется для бизнес-моделирования достаточно большое количество различных методологий или, другими словами, языков описания бизнес - деятельности организации.

Рассмотрим некоторые основные методологии.-методология структурного анализа и проектирования (Structured Analysis and Design Technique), основанная на понятиях функционального моделирования. Является методологией, отражающей такие системные характеристики, как управление, обратная связь и исполнители. Возникла в конце 60 - х годов. Базовой книгой по этому вопросу является: Дэвид А. Марка, Клемент МакГоуэн "Методология структурного анализа и проектирования"- методология функционального моделирования. Применяется для описания рабочих процессов (Work Flow). Методология разработана на основе SADT. Для изучения рекомендована книга: "Методология функционального моделирования IDEF0. Руководящий документ. РД IDEF0 - 2000".- методология моделирования потоков данных. Применяется для описания обмена данными между рабочими процессами.- методология моделирования потоков работ. Является более детальной по отношению к IDEF0 и DFD. Позволяет рассмотреть конкретный процесс с учетом последовательности выполняемых операций.X - методология описания данных. Применяется для построения баз данных.- объектно - ориентированная методология. Отражает взаимодействие объектов. Удобна для создания программных продуктов на объектно-ориентированных языках (например С ++).

UML - (Unified Modeling Language) - язык визуального моделирования, основанный на объектно-ориентированном подходе. UML включает в себя диаграммы, которые позволяют описать статическую структуру системы и ее динамическое поведение.- описывает бизнес-процесс в виде потока последовательно выполняемых работ. Ее использует программное средство ARIS Toolset.[12]

Более широко сейчас используется UML и ARIS. Остановимся на этих методологиях более подробно.

.2.1 Методология UML

Данный подход предполагает вначале выделение классов объектов, а далее определение тех действий, в которых участвуют объекты. При этом различают пассивные объекты (материалы, документы, оборудование), над которыми выполняются действия, и активные объекты (организационные единицы, конкретные исполнители, информационные подсистемы), которые осуществляют действия. Такой подход более объективно позволяет выделять операции над объектами, а заодно и решать задачи целесообразности существования самих объектов. Недостаток объектно-ориентированного подхода заключается в меньшей наглядности конкретных процессов для лиц, принимающих решения. Вместе с тем, выявленные операции для наглядности, в дальнейшем могут быть представлены в виде функциональных диаграмм.[13]