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

¾      с параллельным соединением ступеней (при одновременном начале работы всех ступеней - схема «пакет»);

¾      со смешанным соединением ступеней (ракетные блоки первой и второй ступени соединены параллельно, а ракетный блок третьей ступени соединен последовательно с ракетным блоком второй ступени - так называемый "трехступенчатый пакет";

¾      схема с отделяемыми внешними (боковыми) двигателями.

. Классификация по токсичности топлива:

¾      токсичные (с длительным сроком хранения в заправленном состоянии, например, РН "Протон", конверсионная двухступенчатая баллистическая ракета "Днепр");

¾      нетоксичные (с ограниченным сроком хранения в заправленном состоянии, например, РН "Союз", "Сатурн - V");

¾      с нетоксичными компонентами топлива основных ступеней РН и наличием разгонного блока с токсичными компонентами топлива, например, РН "Союз" с разгонным блоком "Фрегат".

.Классификация по фазовому составу топлива:

¾      жидкие компоненты топлива (РН "Союз", "Сатурн - V" и др.);

¾      твердые компоненты топлива (РН "Старт" на базе баллистических ракет "Пионер" и "Тополь").

¾      ракеты-носители с наличием ракетных блоков и на жидком топливе, и на твердом топливе ("Space Shuttle");

¾      ракеты-носители с наличием ракетных блоков на комбинированных компонентах топлива (твердое горючее и жидкий окислитель, например, проект РН на базе противоспутниковой трехступенчатой ракеты-перехватчика, стартующей с самолета МИГ - 31).

.Классификация по наличию возвращаемых ракетных блоков:

¾      ракетные блоки одноразового применения;

¾      возвращаемые ракетные блоки (спуск на парашюте, на дельтаплане или самолетный спуск ракетных блоков первой ступени, например, ракетный блок «Байкал»).

.Классификация по методу старта:

¾      наземный неподвижный;

¾      наземный подвижный (железнодорожные платформы или тягачи на колесном шасси);

¾      морской старт (с плавучей специальной платформы, например, РН "Зенит");

¾      воздушный старт (с самолетов - носителей, например, проекты "Молния", "Бурлак", проект филиала РКК «Энергия», и др.). [16]

Итак, мы выяснили, что у РН может быть несколько ступеней. Попытаемся понять, от чего зависит их количество. Количество ступеней определяется из соображения минимизации стартовой массы и из условий функционирования РН. Масса уменьшается за счёт используемого топлива. Касаемо функционирования, наличие керосина в ракетном блоке первой ступени и водорода в ракетном блоке второй ступени приводит к перераспределению массы по ступеням ракеты в пользу водородного ракетного блока второй ступени. Однако в этом случае, во - первых, масса ракетного блока второй ступени может оказаться большей, чем масса ракетного блока первой ступени, во-вторых, разделение ступеней будет происходить на относительно низких высотах с достаточно плотной атмосферой и надежность отделения будет снижена. Для того чтобы этого не происходило, первая ступень должна заканчивать работу на высоте не менее 50 км.

Первые две или три ступени осуществляют вывод полезной нагрузки с разгонной ступенью на опорную орбиту, а затем разгонная ступень осуществляет старт ракеты к Луне или планетам. Если ракета получается значительно тяжелой, то необходимо выставить требования по возможности повторного запуска двигателей отдельных ракетных блоков.

Важным вопросом при проектировании РН является выбор схемы соединения блоков. На оптимальное распределение массы ракеты по ступеням и на стартовую массу ракеты-носителя (кроме других факторов, которые рассматриваются позднее) влияние оказывает схема соединения ракетных блоков. Как правило, схема с последовательным соединением ракетных блоков более эффективна в весовом отношении. Однако стоимость помещений монтажно-испытательного корпуса, транспортного и стартового оборудования с большими габаритными размерами существенно выше характеристик помещений и оборудования, необходимых для эксплуатации ракет с параллельным соединением ракетных блоков. В этой связи для РН с грузоподъемностью до 10 т применяется, как правило, последовательное соединение, с грузоподъемностью свыше 15 т - параллельное соединение ракетных блоков. Для ракет-носителей с грузоподъемностью от 10 до 15 т используются схемы с последовательным, параллельным и смешанным соединением ракетных блоков (параллельное - на нижних ступенях и последовательное - на верхних).

Из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что проектирование ракет - сложный и одновременно увлекательный процесс, отличающийся многовариантностью принимаемых решений. Это творческий процесс, включающий в себя неоднозначность в выборе тех или иных проектных решений порождающих неуверенность в последовательности их применения в процессе проектирования. Следовательно, в настоящее время создание ракет-носителей невозможно без компьютерной поддержки их жизненного цикла. Одним из элементов компьютерной поддержки является автоматизация проектирования и конструирования ракет-носителей. Использование элементов автоматизированного проектирования и конструирования летательных аппаратов повышает качество проекта, сокращает сроки создания изделий, уменьшает суммарные затраты на создание и эксплуатацию ракетно-космической техники.

.5 Постановка задачи магистерской диссертации

)        Провести аналитическое исследование предметной области - проектного отдела с точки зрения информационной поддержки.

)        Выявить узкие места.

)        Создать модели процесса проектирования РН как есть.

)        Сравнить различные методологии моделирования.

)        Описать систему управления инженерными данными на этапе концептуального проектирования

)        Представить экономические аспекты внедрения АСУП.

2 АНАЛИЗ ПРОЦЕССА НИСХОДЯЩЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

.1 Основы концептуального проектирования

Использование нисходящего проектирования предусматривает создание многоуровневой управляющей 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 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 мастер - геометрию и выпуск конструкторской документации.

Для того чтобы проследить цепь взаимосвязей проектного отдела с другими отделениями рассмотрим часть структуры предприятия. Обратимся к рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 - Часть структуры предприятия «ЦСКБ - Прогресс»

По схеме видно, что проектный отдел (КБ системного проектирования (1050)) подотчётен первому заместителю генерального конструктора. Его приказы играют решающую роль в разработке проекта. Все документы от вышестоящего руководства сначала попадают к первому заместителю генерального конструктора и затем формируется приказ или распоряжение и отправляется начальнику проектного отдела.

Теперь рассмотрим схему организации работ по разработке проектно-расчётной документации РН на предприятии «ЦСКБ - Прогресс» (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Схема организации работ по разработке проектно-расчётной документации РН на предприятии «ЦСКБ - Прогресс»

Служба ведущих конструкторов:

¾      после получения ТЗ оформляет приказ на проведение работ подразделениями в соответствии с их тематическим направлением по РН;

¾      выдаёт в экономическую службу данные по объёмам и срокам выполнения работ.

Проектный отдел по РН:

¾      обеспечивает рассмотрение и согласование ТЗ, направленное на проведение работ по применению РН;

¾      обеспечивает выдачу в службу ведущих конструкторов объём и сроки выполнения собственных работ и смежных предприятий;

¾      определяется состав разрабатываемой документации (ведомость технического проекта, пояснительная записка) и обеспечивает разработку своих материалов в указанные документы;

¾      оформляет отчёты по выполнению этапов работ по договору;

¾      разрабатывает исходные данные, необходимые для проведения работ тематическими подразделениями.

Тематические подразделения по РН:

¾      обеспечивают выдачу в службу ведущих конструкторов и экономическую службу;

¾      оформляет отчёты по выполнению этапов работ;

¾      разрабатывают и выдают в проектный отдел материалы для оформления сводных документов (ТП, ПЗ, Заключения).

Экономическая служба обеспечивает заключение договора на проведение работ по применению РН.

Плановая служба обеспечивает планирование работ подразделениям по данной тематике.[17]

Теперь попытаемся выделить проектный отдел из общей структуры предприятия. Для этого рассмотрим документооборот на уровне отдела. Построим блок - схему структуры проектного отдела. Обратимся к рисунку 2.3.

Рисунок 2.3 - блок - схема структуры проектного отдела

Один из заместителей начальника курирует технические вопросы по проектным параметрам РН и СЗБ. Другой - вопросы разработки конструкции РН и СЗБ и их конструктивной увязки с составными частями КРН, с КГЧ и с полезным грузом. Начальники секторов курируют работу начальников групп и ведущих инженеров конструкторов. Начальники групп разрабатывают документацию (ТЗ,ТЧ, отчёты, заключения, анализ нештатных ситуаций, критерии аварийных ситуаций) на комплекс РН, ракетные блоки в соответствии с требованиями заказчика по ТТЗ, проводят контроль основных параметров конструкции РН (точность, стабильность, объёмы баков и магистралей и т.д.) и ракетных блоков на всех стадиях ОКР. Ведущий инженер по направлению ТТЗ на КРН и условиям эксплуатации РН занимается технической увязкой различных полезных грузов и КГЧ с КРН и, при необходимости, разрабатывает ТЗ на СЗБ для различных РКК, пояснительные записки, ТЧ на СЗБ и РКН, поводит контроль основных параметров конструкции СЗБ на всех стадиях ОКР (точность, стабильность, объёмы и др.).Начальник группы по разработке конструкций СЗБ и увязке КГЧ с КРН, как видно по названию его должности, занимается разработкой конструкции СЗБ и увязке КГЧ с КРН (точнее курирует работу проектантов работающих в данном направлении).Ведущие инженеры занимаются обеспечением выполнения требований контракта и обеспечением технической увязки составных частей РН.

Проектанты же занимаются исполнением приказов начальников групп, то есть создают проектную документацию и отчитываются в проделанной работе. В данном случае, проектант выступает непосредственным исполнителем работ. Начальник отдела может отдавать указания, как своим заместителям, так и начальникам секторов. В свою очередь заместители начальника отдают приказы начальникам секторов. Последние отдают указания начальникам групп, а те делят задания между проектантами.

В обязанности проектантов входит:

) Принятие проектных решений средней сложности по отдельному разделу части проекта;

) Подготовка соответствующего раздела части пояснительной записки;

) Участие в подготовке главным специалистом технического задания смежным отделам;

) Участие в сборе исходных данных для проектирования;

) Осуществление авторского надзора за производством проектируемых объектов по вопросам входящих в его компетенцию;

)Текущее информирование главного специалиста производственного отдела о состоянии процесса разработки проектной документации.

Таким образом, путь указания от начальника к проектанту и путь отчётов о проделанной работе можно представить следующим образом (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - схема пути указания от начальника к проектанту и пути отчётов о проделанной работе

Заместитель начальника отдела не всегда является участником процесса. Иногда он выполняет только замещающие функции. Так происходит при проектировании особо важных объектов, создание которых курирует непосредственно начальник.

Теперь приступим к рассмотрению работы потока конкретных документов связанных с проектным отделом. Сначала выделим основные этапы работы и ключевые документы. Для этого обратимся к рисунку 2.5.

Рисунок 2.5 - Основные этапы работы проектного отдела и сопутствующие ключевые документы

Ознакомимся с каждым этапом подробнее.

.Техническое предложение (ТП) - совокупность конструкторских документов, которые должны содержать уточненные технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании:

¾           анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных конструктивных решений;

¾           сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных; особенностей разрабатываемого и существующих изделий.

Техническое предложение разрабатывается с целью выявления дополнительных или уточненных требований к изделию (технических характеристик, показателей качества и др.), которые не могли быть указаны в техническом задании, и это целесообразно сделать на основе предварительной проектной проработки и анализа различных вариантов изделия. В техническое предложение включают документы проектантов, предусмотренные техническим заданием. При выполнении документов в электронной форме электронная структура изделия и электронная модель изделия (сборочной единицы, комплекса) выполняются со степенью детализации, соответствующей стадии технического предложения. Конструкторские документы, разрабатываемые для изготовления материальных макетов, в комплект документов технического предложения не включают. Допускается включать в комплект документов технического предложения электронные макеты вариантов изделия и (или) его составных частей по ГОСТ 2.052 - 2006. Форма представления документов технического предложения (бумажная или электронная), если она не указана в техническом задании, определяется разработчиком по согласованию с заказчиком. Виды документов устанавливаются согласно ГОСТ 2.102 - 68. Допускается включать в комплект документов технического предложения документы в различных формах представления. ТП включает чертёж общего вида, ведомость и пояснительную записку. На стадии технического предложения чертеж общего вида или эквивалентная ему электронная модель сборочной единицы в общем случае должны содержать:

а) изображения вариантов изделия, текстовую часть и надписи, необходимые для сопоставления рассматриваемых вариантов, и установления требований к разрабатываемому изделию, а также позволяющие получить представление о компоновочных и основных конструктивных исполнениях изделия, взаимодействии его составных частей и принципе работы изделия;

б) наименования, а также обозначения (если они имеются) тех составных частей изделия, для которых необходимо указать данные (технические характеристики, количество и др.) или запись которых необходима для пояснения изображений чертежа общего вида; описания принципа работы изделия, указания о его составе и др.;

в) размеры и другие наносимые на изображение данные (при необходимости);

г) схему, если она требуется, но оформлять ее отдельным документом нецелесообразно;

д) технические характеристики изделия, если это необходимо для удобства сопоставления вариантов по чертежу общего вида. В этом случае технические характеристики в пояснительной записке можно не приводить, а сделать ссылку на чертеж общего вида.

Изображения выполняют с максимальными упрощениями, предусмотренными стандартами Единой системы конструкторской документации.

Допускается также:

¾      изображать контурными очертаниями любые составные части изделия;

¾      изображать только те составные части изделия, которые рассматриваются при сопоставлении вариантов;

¾      не показывать связи между составными частями изделия, если они не рассматриваются при сопоставлении вариантов.

В ведомость технического предложения вносят все включенные в комплект документов технического предложения конструкторские документы в порядке, независимо от того, к какому варианту относится документ.

Пояснительную записку технического предложения выполняют с учетом следующих основных требований к содержанию разделов:

а) в разделе «Введение» указывают наименование, номер и дату утверждения технического задания;

б) в разделе «Назначение и область применения разрабатываемого изделия» приводят соответствующие сведения из технического задания, а также сведения, конкретизирующие и дополняющие техническое задание, в частности:

¾      краткую характеристику области и условий применения изделия;

¾      общую характеристику объекта, для применения в котором предназначено данное изделие (при необходимости);

в) в разделе «Техническая характеристика» приводят:

основные технические характеристики изделия (мощность, число оборотов, производительность, расход электроэнергии, топлива, коэффициент полезного действия и другие параметры, характеризующие изделие), установленные техническим заданием, а также характеристики, установленные дополнительно к техническому заданию; сведения о соответствии или отклонениях от требований, установленных техническим заданием, с обоснованием отклонений; данные сравнения основных характеристик изделия с характеристиками аналогов (отечественных и зарубежных) или дают ссылку на карту технического уровня и качества;