• Истории успеха

Коcмические решения на базе трехмерного проектирования

ЗАО «Орбита» реализовало концепцию комплексной автоматизации на базе ПО Autodesk. Ядром модуля конструкторско-технологической подготовки стал Autodesk Inventor Professional

Задача

Можно говорить, что деятельность «Орбиты» покрывает полный цикл разработки — от научно-исследовательских, опытно-конструкторских, производственных задач до поддержания жизненного цикла изделий. Именно с этим была в первую очередь связана потребность в комплексной автоматизации. Кроме того, перед предприятием стоял еще ряд проблем:

1. Необходимость выдерживать жесткую конкуренцию на развивающемся рынке.
2. Постоянно растущий уровень сложности разработок.
3. Повышение технических требований к заказам. К примеру, одним из последних требований стала необходимость в 3-6 раз сократить массогабаритные показатели ряда изделий.
4. Необходимость технического переоснащения, модернизации. Это касается как производственных технологий, так и оснащенности рабочих мест и организации работы.
5. Потребность в автоматизации процессов проектирования и производства для сокращения сроков разработки, улучшения качества продукции за счет нейтрализации «человеческого фактора», приводящего к ошибкам.
6. Потребность в повышении производительности труда и снижении издержек.

Решение

Для выполнения этих задач специалисты предприятия «Орбита» обратились в компанию «CSoft Воронеж». К моменту начала работы с «Орбитой» в компании заканчивали работу над специализированным интегрированным комплексом программного и аппаратного обеспечения, позволяющим успешно работать в приборостроительной отрасли. Данный подход и был предложен в качестве основы для сотрудничества в области автоматизации предприятию «Орбита». Это глобальное решение создано на ПО для 3D-проектирования Autodesk и характеризуется следующими преимуществами:

• Комплекс содержит только интегрируемые компоненты, что позволяет наладить сквозной процесс проектирования.
• Набор конечного ПО конфигурируется под нужды заказчика, для чего предусмотрено несколько вариантов взаимозаменяемых компонентов.
• Решение легко масштабируется и наращивается при необходимости.
• Решение имеет потенциал дальнейшего развития как в плане развития возможностей САПР, так и в плане привязки к конкретным «узким» областям благодаря интеграции специализированного программного обеспечения.

Работа с предприятием «Орбита» началась с обследования производственных процессов и «закладки фундамента» — поставки оборудования, системного и офисного ПО. В рамках решения предприятие приобрело несколько современных графических станций, а также операционные системы и ПО офисного назначения. Что касается отраслевого уровня, для него была разработана логическая схема, согласно которой конструкторско-технологическая подготовка должна быть интегрированной, поддерживать обмен данными с системой управления нормативно-справочной информацией и управляться системой управления проектами. Через «информационную шину» — интеграцию PDM и ERP-систем — данные должны передаваться в отделы управления финансами, бухгалтерию, отделы логистики, планирования и управления производственными ресурсами. Таким образом обеспечивается сквозной процесс разработки изделий с полной прозрачностью и управляемостью данных.

Модуль конструкторско-технологической подготовки был сформирован полностью на базе продуктов Autodesk. Его ядром стал продукт Autodesk Inventor Professional, в котором выполняется вся механическая часть и компоновка прибора. САПР разработки печатных плат всегда стояла особняком, но ведь электронные компоненты также обладают своими габаритами, и их нужно как-то сочетать с механической частью. В ходе поисков интегрированного решения был подобран инструмент Altium Designer, который полностью устраивает специалистов и в то же время может выдавать 3D-геометрию для Autodesk Inventor. Связка САПР печатных плат с твердотельным проектированием (EDA — CAD) является основой для всей дальнейшей работы. Поскольку «Орбита» — предприятие с большой историей, неудивительно, что оно накопило значительный багаж разработок. Все они были произведены с помощью других CAD-систем, и одной из задач проекта было научиться использовать и изменять собственные модели, у которых после передачи нет дерева построений. Для этой задачи отлично подошел продукт Inventor Fusion, который может работать практически с любой геометрией, позволяя быстро изменять ее и передавать в Inventor для дальнейшей работы.

3D-модель печатной платы, переданная из ECAD в Autodesc Inventor Professional
для дальнейшей компоновки устройства

Благодаря связке CAD-EDA и технологии Inventor Fusion, внедрению в производство CAM-системы, оснастке рабочих мест технологов продуктом Autodesk Inventor LT, позволяющим вносить изменения в модели деталей, удалось наладить сквозной процесс передачи детали от первого эскиза до производства на станках с ЧПУ, используя только трехмерную модель будущего прибора. На основе новой концепции был сделан первый проект — проект разработки аппаратуры регулирования и контроля с системой энергообеспечения перспективной пилотируемой транспортной системы в двигательном отсеке и дополнительном герметичном отсеке. Аппаратура связывает солнечные панели, аккумулятор и потребителя электроэнергии в модуле на МКС. Прибор состоит из более чем 2000 элементов. Конструкцию удалось спроектировать таким образом, что вывести ее из строя практически невозможно. В ходе испытаний было выяснено, что даже при отказе многих комплектующих она продолжает функционировать. 

С начала работы над прибором (от идеи до реализации математической модели) было потрачено 4 месяца. До внедрения ПО Autodesk на подобную работу обычно требовалось от 9 до 12 месяцев. Много времени при старом подходе тратилось в первую очередь на макетирование и физические испытания. В данном случае были использованы инженерные расчеты, физический образец прибора был создан уже после того, как необходимые испытания провели в трехмерной модели. Значительной экономии времени удалось добиться благодаря Autodesk Simulation СFD. Сравнительный анализ показал, что расчет с выбором оптимальной конструкции устройства с помощью данного ПО занял два дня, в то время как вручную на решение той же задачи необходимо было бы потратить месяц. 

Составление руководств по обслуживанию и эксплуатации приборов — неотъемлемая часть процесса разработки, особенно при создании сложных наукоемких изделий. В современных условиях все большее распространение получают интерактивные руководства. Задачу составления таких руководств по готовым моделям решает Autodesk Inventor Publisher, ассоциативно связанный с Autodesk Inventor. Таким образом, при изменении геометрии изделия меняется и руководство, что приводит к значительному ускорению рабочего процесса. 

Результат

После верификации проекта по разработке аппаратуры регулирования и контроля с системой энергообеспечения концепция, предложенная «CSoft Воронеж» на базе ПО Autodesk, была признана эффективной. Она продемонстрировала:

• более чем четырехкратное сокращение сроков работы над проектом на этапах макетирования и физических испытаний;
• более чем десятикратное сокращение сроков расчета оптимальной конструкции.

Кроме того, был налажен сквозной процесс проектирования – от первого эскиза до производства и реализована система автоматизации создания интерактивных руководств по эксплуатации приборов.

Таким образом, на предприятии «Орбита» было принято решение внедрять систему более широко. Именно такой — проектный — подход к внедрению на предприятии считают наиболее правильным: система была опробована на одном проекте, причем проекте приоритетном, интересном и руководству компании, и акционерам, что позволило направить максимальные силы на его реализацию. И уже после того, как он был признан удачным, та же технология начала распространяться по горизонтали, захватывая другие проекты. Предприятие ожидает, что, убедившись в дееспособности системы, группы разработчиков будут сами заинтересованы во внедрении и компании не придется преодолевать сопротивление персонала. Напротив, между сотрудниками будет конкуренция за возможность эффективно работать по-новому. 

Кроме того, подход «плавного внедрения технологии» позволяет постепенно закупать лицензии, что наиболее оптимально для руководства предприятия, поскольку инвестиции плавно распределены во времени. Вместе с тем при таком подходе значительно сокращаются риски неудачного внедрения.

Сейчас перед компанией стоят и другие не менее важные задачи. Например, связанные с электротехнической частью. Причем задачи по электротехнике должны быть интегрированы с твердотельной частью с возможностью двусторонней передачи данных. Идеальным решением этих задач стал AutoCAD Electrical. Продукт дает возможность передавать таблицу соединений в Inventor для последующей автоматической и полуавтоматической трассировки кабелей и жгутов. Внедрение этого инструмента в рабочий процесс уже началось.

Не менее важной задачей, особенно для аэрокосмической отрасли с ее жесткими требованиями по габаритам и массе изделий, является правильное охлаждение в приборах. Здесь нужен точный расчет, и эту задачу призван решать продукт Autodesk Simulation CFD, который тоже планируется к внедрению. Еще одним расчетным средством в ближайшем будущем выступит Autodesk Moldflow, предназначенный для точных расчетов процесса литья пластмасс под давлением. Проведение таких расчетов позволит прогнозировать не только само литье, но и характеристики будущих изделий, что благотворным образом повлияет на количество физических прототипов и последующие их испытания в условиях, приближенных к реальным. Также в планах предприятия организация эффективной совместной работы и управления данными в рамках комплекса с помощью Autodesk Vault.