Космос и САПР: к 50-летию полета Юрия Гагарина

Сегодня мы отмечаем юбилей, пожалуй, одного из самых выдающихся технических достижений человечества – первого полета человека в космос. Те 108 минут навечно вписаны в историю, а знаменитая улыбка Юрия Гагарина стала, пожалуй, самым узнаваемым символом нашей страны.

Через несколько часов не было на планете людей счастливее, чем эти двое, а в эту минуту, запечатленную на кадре - вряд ли у кого-то еще было больше волнений.

Ракетно-космическая техника всегда была на передовом рубеже технологического прогресса, однако в далеком 1961 году создатели «Востока» еще не могли пользоваться САПР – их попросту не было, первый прототип САПР, как мы его понимаем сейчас, появился лишь в 1963-м. Сергей Павлович Королев и его коллеги пользовались в то время традиционными инженерными инструментами - чертежной доской и логарифмической линейкой.

Логарифмическая линейка С.П. Королева в американском музее космонавтики (The Cosmosphere, Hutchinson, Kansas)

Но время идет, и, спустя полвека, сегодняшние наследники создателей легендарной «7-ки», вынесшей на орбиту и первый спутник, и Лайку, и Юрия Алексеевича Гагарина, уже массово используют современные технологии проектирования. К сожалению, большинство предприятий космической отрасли остаются традиционно закрытыми и неохотно делятся информацией, тем более отрадно, что находятся и другие, кто готов поделиться своим опытом с широким кругом коллег. В первую очередь, это касается самарского ЦСКБ «Прогресс».

Почти ровно год назад по стране прошла серия мероприятий PTC Innovation Forum’10. В работе одного из таких семинаров принял участие Александр Филатов, начальник управления информационных технологий самарского ракетно-космического центра «ЦСКБ-Прогресс», предприятия на котором уже более 50 лет производятся легендарные ракеты-носители, берущие начало от Р-7: «Восток», «Восход», «Молния», «Союз», на которых летали наши космонавты, которые доставляли автоматические станции к Луне и планетам. Александр Филатов рассказал о том, как внедрение современных технологий может повлиять на эффективность работы – сократились сроки и затраты на разработку, повысилось качество. На предприятии практически отказались от планового производства – все работает на основе трехмерных моделей, от мастер-геометрии до конкретных моделей деталей.

Следует отметить, что на «Прогрессе» очень тщательно подошли к вопросу выбора системы. В качестве потенциальных претендентов были отобраны три решения на базе high­end-систем от ключевых игроков международного CAD/CAM-рынка: Pro/ENGINEER (теперь известный на рынке под брендом Creo Elements/Pro), NX (в то время – Unigraphics) и CATIA. До выполнения конкурсного проекта все три системы имели практически равные шансы на победу. Ни одна из них на заводе ранее не использовалась и, следовательно, не было ни наработок, ни обученного персонала, которые в совокупности могли повлиять на выбор.

Блок выведения “Волга”: Управляющая структура проектанта

Управляющая структура конструктора

Конструкторская сборка изделия

Для проработки участникам была предоставлена достаточно сложная деталь под фрезерную обработку. Им нужно было оптимизировать данную конструкцию, сделать её электронную модель и получить УП для конкретного станка. По совокупности факторов лучше всех с этим заданием справились представители Pro/ENGINEER и Unigraphics. На окончательный выбор в пользу Pro/ ENGINEER при прочих близких показателях повлияла стоимость решения. Цена базового комплекта ближайшего конкурента была значительно выше (в разы), а ситуация с бюджетом предприятия не позволяла покупать все самое дорогое. Поэтому победа Pro/ENGINEER была однозначной.

Отвечая на вопрос, почему на предприятии решили привлечь к сотрудничеству зарубежную компанию, а не одного из российских разработчиков САПР/PLM, Александр Филатов пояснил:

• Думается, что российским разработчикам САПР еще трудно конкурировать на равных с мировыми лидерами в области разработки “тяжелых” САПР и систем управления инженерными данными. А время не ждет. И работаем мы не только на российском рынке, но и на мировом, так что предприятие должно быть “на уровне”. Однако я искренне верю, что время российских САПР самого высокого класса придет. И это время не за горами.

Но это не означает, что на «Прогрессе» используют только зарубежные решения. На деле использование связки Pro/ENGINEER и Windchill сконцентрировано на создании наиболее технологически сложной продукции – ракет-носителей. Кроме этого «Прогресс» создает и космические аппараты, технологическую оснастку, авиационную технику, товары народного потребления.

На предприятии есть лицензии и AutoCAD и SolidWorks, они применяются для решения определенных задач. Им отведено свое место, и проблем это не вызывает. Стоит заметить, что российские решения все-таки широко используются на предприятии, особенно в части технологической подготовки производства, для которой широко используются программные продукты АСКОН (ЛОЦМАН:PLM, КОМПАС, ВЕРТИКАЛЬ). Важно отметить, что линейка ПО этой фирмы развивается очень активно и на сегодняшний день конкурирует с прочими решениями среднего уровня. ЦСКБ применяло и продолжает применять ПО АСКОН. Есть проекты, которые полностью выполнены в КОМПАС, и нет смысла переводить их в Pro/ENGINEER. Более того, ИТ специалистам «Прогресса» удалось интегрировать системы ВЕРТИКАЛЬ, Windchill и АСУП (система управления ресурсами предприятия собственной разработки) для решения задач технологической подготовки производства и планирования производства. Эта связка развивается и активно продвигается на предприятии.

Цифровая модель космического аппарата «Ресурс-ДК1» выпонена в КОМПАС-3D

На текущий момент на предприятии наиболее активно используются и КОМПАС, и САПР от РТС. Применение AutoCAD ограничено разработкой электрических схем, межблочных кабелей и КД на кабели. Речь идет о САПР КС, где платформой служит AutoCAD. САПР КС всё еще используется, так как внедрение соответствующих модулей Pro/ENGINEER – RSD и Cabling – проходило с определенными трудностями. Вообще, по мнению А. Филатова, прокладка кабелей в изделиях, разработка электросхем и их тестирование – это одни из самых сложных задач. В этот процесс вовлечено множество специалистов с разными интересами, на предприятии имеются особенности конструктивного и технологического характера, не вписывающиеся с ходу в стандартные решения. Совместно с компанией «Продуктивные технологические системы» (ООО ПТС), специалисты «Прогресса» работают над настройкой и адаптацией модулей Pro/ENGINEER под эти задачи и уже достигнуты первые результаты.

Со стороны “возрастных” конструкторов имело место довольно заметное сопротивление ограничению использования AutoCAD. Этот пакет был освоен ими 15 и более лет назад, а сегодня им уже за 60, и переучиться на другую систему крайне сложно. В этих условиях самым лучшим для них было освоить КОМПАС для разработки конструкторской документации, и это решение оказалось абсолютно правильным. Те детали в рамках упомянутых проектов, которые предназначены для обработки на оборудовании с ЧПУ, моделируются в Pro/ENGINEER, и его же средствами осуществляется разработка УП для станков с ЧПУ.

В настоящее время предприятием закуплено около 200 сетевых лицензий программных продуктов PTC. Сюда относятся и базовые пакеты Pro/ENGINEER, и модули для сложных сборок (Аdvanced Assembly Extension), и модули для расчетов размерных цепей, а также RSD, Piping и Cabling. Кроме того, приобретены 8 полнофункциональных пакетов Pro/ENGINEER Flex 3C. Все лицензии размещены на центральном сервере и доступны (на конкурентной основе) с тех рабочих мест, где установлены необходимые дистрибутивы. Закупку дополнительного ПО предприятие производит по мере появления проблем с доступом пользователей к лицензиям.

Каждый год, начиная с 2005 года, поэтапно увеличивается число лицензий до необходимого уровня. Такая работа будет продолжаться до тех пор, пока будет потребность в этом. В отношении PDM-системы Windchill – у нее очень выгодная схема лицензирования, поэтому ЦСКБ не сталкивается с проблемами нехватки подключений или инсталляций. Их столько, сколько пока нужно. В настоящий момент с Pro/ENGINEER работает порядка 450 человек, и предприятие стремится, чтобы все они осваивали и Windchill. Среди пользователей Windchill – проектанты, конструкторы, технологи, специалисты технического отдела, отдела нормативного сопровождения, а теперь и руководители разных уровней.

• С чем нельзя было мириться – это с затянутыми сроками реализации проектов. Новые времена и условия требуют от нас повышения конкурентоспособности, сокращения сроков создания изделий. Теперь к вопросу о том, что необходимо сломать и забыть. мнение – ломать ничего не нужно. Нужно понять, разобраться в процессах. Предприятие действует, имеет хорошие показатели по загрузке и не может останавливаться для внедрения каких-либо процессов и систем. На это просто нет времени. Наша задача – подвести новые технологии к существующим процессам, осуществить плавный и безболезненный переход на них. Всё, что после этого станет лишним, отомрет само. – говорит Александр Филатов

РН “Союз-1”: Управляющая структура проектанта

Безусловно интересным является и опыт «Прогресса» по подготовке и переподготовке специалистов для работы в такой сложной и развитой системе как Pro/ENGINEER. С появлением на предприятии новых технологий, вопрос технического обучения встал очень остро. Первое, с чего начали – это создание на территории предприятия двух учебных классов, оснащенных всем необходимым. Отдел технического обучения формирует учебные группы, оформляет необходимые договоры с преподавателями и контролирует как качество преподавания, так и отношение обучающихся к обучению.

Работать с продуктами PTC учат специалисты ООО ПТС. Курсы формируются под конкретную специфику проектов, под конкретные подразделения. На «Прогрессе» вполне справедливо считают, что правильнее всего привлекать к преподаванию консалтинговую фирму, несмотря на то, что на предприятии уже есть свои специалисты, освоившие продукты. Важно, чтобы в процессе обучения все научились работать по единым правилам, так как от работы каждого зависит общий результат. Обучение прошли уже более 200 человек из различных подразделений, при этом большинство из них – по два-три курса. Дело в том, что базовых знаний о Pro/ENGINEER недостаточно для эффективной работы – требуется освоить технологию нисходящего проектирования и пр. Однако реальное число пользователей Pro/ENGINEER значительно больше. Это обусловлено тем, что молодежь часто осваивает эту систему самостоятельно, выпускники вузов приходят уже частично подготовленными, а по ряду направлений сотрудники отдела САПР проводят обучение самостоятельно.

• Конечно, с молодежью легче, она схватывает всё новое на лету. Но у молодых нет опыта работы и необходимых знаний – говорит Александр Филатов. Поэтому мы работаем со всем контингентом и никого не ломаем. Есть и сопротивление, но метода убеждений здесь хватает. Когда классный конструктор, проработавший на предприятии 25÷30 лет, а то и более, осваивает такой мощный инструмент, каким является Pro/ENGINEER, то эффект просто ошеломляет. А главное – это пример для других. Есть специалисты, освоившие компьютерные технологии в возрасте 65÷70 лет, и всё у них получается. Как говорится, было бы желание.

Одним из примеров студенческих проектов можно назвать создание малого студенческого космического аппарата «АИСТ». Технология проектирования и конструирования малого космического аппарата (МКА) была построена целиком на основе CAE/CAD/CAM систем, она состоит из полного цикла этапов проектирования отдельных бортовых систем, конструкции и спутника в целом, и этапа внедрения конструкторской документации на производство и ее оперативного сопровождения.

Общий вид малого космического аппарата «АИСТ»

Для конструирования деталей аппарата, требующих обработки на ЧПУ студенты использовали Pro/ENGINEER, храня данные в Windchill, а разработка технологических процессов изготовления МКА происходит в САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ с использованием Универсального технологического справочника. Спроектированный техпроцесс сохраняется в ЛОЦМАН:PLM в виде объектной модели и привязан к изделию МКА. Объектный подход позволяет учитывать основные и вспомогательные материалы, оснастку, оборудование, инструмент и т. п., а также формировать по данным ЛОЦМАН:PLM актуальные технологические отчеты. Таким образом, еще на студенческой скамье будущие строители ракет осваивают полный цикл создания и производства сложных изделий в космической отрасли в соответствии со стандартами профильного предприятия.

Заключение

Эта публикация подготовлена по материалам доклада начальника управления информационных технологий «Прогресса» Александра Филатова на PTC Innovation Forum 2010, его интервью журналу CAD/CAM/CAE Observer, предоставленным российским офисом PTC, а также докладу С. Сафронова в Самарском государственном аэрокосмическом университете им. С.П. Королева.