«Богуслаев А. В., Олейник Ал. А., Олейник Ан. А., Павленко Д. В., Субботин С. А. ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ, ОПТИМИЗАЦИИ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ ЭТАПОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ...»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Запорожский национальный технический университет

Открытое акционерное общество "Мотор Сич"

Богуслаев А. В., Олейник Ал. А., Олейник Ан. А.,

Павленко Д. В., Субботин С. А.

ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

МОДЕЛИРОВАНИЯ, ОПТИМИЗАЦИИ И

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ

ЭТАПОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Монография Под редакцией Д.В. Павленко, С.А. Субботина Запорожье 2009 2 ББК 32.813:32.973:34.6 П78 УДК 004.93:621.9:65.011.56:681.518 Рекомендовано к печати научно-техническим советом Запорожского национального технического университета (Протокол № 10 от 08.12.2008 г.) Рецензенты:

Долматов А. И. – доктор технических наук, профессор, декан факультета авиационных двигателей, заведующий кафедрой технологии производства авиационных двигателей Национального аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского "Харьковский авиационный институт";

Гоменюк С. И. – доктор технических наук, профессор, декан математического факультета Запорожского национального университета;

Кучеренко Е. И – доктор технических наук, профессор кафедры искусственного интеллекта Харьковского национального университета радиоэлектроники.

П78 Прогрессивные технологии моделирования, оптимизации и интеллектуальной автоматизации этапов жизненного цикла авиационных двигателей: Монография / А. В. Богуслаев, Ал. А. Олейник, Ан. А. Олейник, Д. В. Павленко, С. А. Субботин;

Под ред. Д. В. Павленко, С. А. Субботина. – Запорожье: ОАО "Мотор Сич", 2009. – 468 с.

ISBN 966–2906–19– Книга содержит систематизированное изложение результатов междисциплинарных научных исследований в области авиадвигателестроения, информационных технологий, математического моделирования и искусственного интеллекта.

Описаны прогрессивные технологии информационной поддержки продукции наукоемкого машиностроения на протяжении всего её жизненного цикла. Приведены примеры решения практических задач на основе исследованных методов. Издание предназначено для научных сотрудников, аспирантов, практических специалистов в области машиностроения и компьютерных наук, а также студентов технических специальностей высших учебных заведений.

ББК 32.813:32.973:34. © ОАО "Мотор Сич", ISBN 966–2906–19– © Богуслаев А. В., Олейник Ал. А., Олейник Ан. А., Павленко Д. В., Субботин С. А.,

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Раздел 1 Жизненный цикл газотурбинного двигателя (ГТД)............... 1.1 Информационная модель жизненного цикла ГТД

1.2 Информационная модель прочностной надежности деталей ГТД........ 1.3 Литература к разделу 1

Раздел 2 Этап управления авиамоторостроительным производством

2.1 Методологии, информационные модели и программные средства автоматизации управления авиамоторостроительным предприятием

2.1.1 Предприятие как объект управления и автоматизации

2.1.2 Функциональная структура корпоративной системы управления предприятием

2.1.3 Методологии корпоративного управления

2.1.4 Сравнительный анализ и выбор системы для автоматизации управления авиамоторостроительной корпорацией

2.1.5 Корпоративная система SAP R/3

2.1.6 Методология внедрения корпоративной системы управления........... 2.1.7 Информационная модель внедрения корпоративной системы управления на авиамоторостроительным предприятии

2.2 Технологии и средства информационной поддержки продукции на протяжении всего жизненного цикла

2.2.1 CALS-технологии. PLM-системы

2.2.2 Управление данными об изделии

2.2.3 Автоматизация проектирования и производства ГТД.

CAD/CAM/CAE-системы

2.2.4 Компьютерная автоматизация испытаний

2.2.5 Системы диагностики и контроля технического состояния ГТД....... 2.3 Литература к разделу 2

Раздел 3 Этап проектирования ГТД

3.1 Исследование геометрических параметров пазов диска компрессора типа "ласточкин хвост" и определение их оптимального сочетания

3.1.1 Методика проведения экспериментов

3.1.2 Результаты статистического анализа

3.1.3 Нейросетевые модели коэффициентов концентрации напряжений

3.2 Статистический анализ факторов, определяющих характеристики выносливости дисков компрессоров ГТД

3.2.1 Исследование факторов, влияющих на выносливость дисков............ 3.2.2 Определение значимых факторов

3.2.3 Модель предела выносливости межпазовых выступов диска............ 3.3 Применение теории подобия и размерностей для оценки несущей способности дисков компрессора ГТД

3.4 Использование метода конечных элементов для оптимизации конструкции мелкоразмерных элементов деталей ГТД

3.5 Литература к разделу 3

Раздел 4 Этап изготовления и эксплуатации ГТД

4.1 Оценка влияния режимов высокоскоростного фрезерования на параметры качества нежестких деталей

4.1.1 Исследование влияния режимов резания на характеристики сигнала

4.1.2 Метод преобразования полученного в процессе фрезерования сигнала

4.1.3 Результаты исследования зависимости режимов резания от параметров вибрации

4.2 Оптимизация режимов высокоскоростного фрезерования деталей ГТД из титановых сплавов методом линейного программирования.... 4.3 Прогнозирование коэффициента упрочнения поверхностного слоя деталей ГТД

4.3.1 Факторы, влияющие на упрочнение поверхностного слоя................. 4.3.2 Модель коэффициента упрочнения

4.4 Формирование характеристик поверхностного слоя деталей из сплава ЭК79-ИД при деформационном упрочнении

4.4.1 Методика проведения исследований

4.4.2 Результаты исследований и их анализ

4.5 Оптимизация режимов испытаний ГТД с использованием нейросетевых моделей

4.5.1 Методика определения проходных сечений сопловых аппаратов..... 4.5.2 Статистическая обработка экспериментальных данных

4.5.3 Построение нейросетевых моделей взаимосвязи основных параметров ГТД

4.5.4 Синтез нейро-нечётких сетей, моделирующих взаимосвязи основных параметров ГТД

4.6 Литература к разделу 4

Раздел 5 Этап диагностики и ремонта ГТД

5.1 Экспертная оценка состояния лопаток турбины ГТД методами анализа иерархий и нечётких множеств

5.2 Отбор геометрических параметров и синтез модели частотной характеристики лопаток компрессора

5.2.1 Измерение параметров лопаток

5.2.2 Отбор информативных признаков и построение модели частотной характеристики лопаток компрессора

5.3 Литература к разделу 5

Раздел 6 Интеллектуальные информационные технологии и математическое обеспечение автоматизации принятия решений для оценки и прогнозирования состояния деталей ГТД

6.1 Синтез распознающих моделей

6.1.1 Априорная информация об обучающей выборке

6.1.2 Редукция количества нечётких термов

6.1.3 Объединение смежных термов по признакам

6.1.4 Метод дообучения нейро-нечётких сетей

6.1.5 Выделение нечётких термов на основе интервалов значений признаков, пересекающихся для разных классов

6.1.6 Синтез трехслойных распознающих нейро-нечётких моделей.......... 6.1.7 Метод синтеза классифицирующих нейро-нечётких сетей с учетом значимости термов признаков

6.1.8 Синтез четырехслойных распознающих нейро-нечётких моделей с учетом информативности признаков

6.1.9 Идентификация нечётких, нейро-нечётких и нейросетевых моделей по прецедентам для решения задач диагностики.................. 6.1.10 Синтез нейро-нечётких сетей с группировкой признаков................. 6.1.11 Методы синтеза нейросетевых и нейро-нечётких распознающих моделей с линеаризацией, факторной группировкой и сверткой признаков

6.2 Синтез иерархических логически прозрачных нейро-нечётких сетей

6.2.1 Метод синтеза иерархических логически прозрачных нейро-нечётких сетей

6.2.2 Модель иерархической логически прозрачной нейро-нечёткой сети

6.2.3 Модификации иерархической логически прозрачной нейро-нечёткой сети

6.3 Синтез нейро-нечётких аппроксиматоров

6.3.1 Объединение нечётких термов в кластеры

6.3.2 Нейро-нечёткая кластер-регрессионная аппроксимация

6.3.3 Метод нейро-нечёткой классификации по обобщенной оси.............. 6.3.4 Нейро-нечёткая кластер-регрессионная аппроксимация по обобщенной оси

6.4 Медоды построения моделей принятия диагностических решений в нейро-нечётком базисе на основе прямоугольного разбиения пространства признаков

6.4.1 Метод синтеза нейро-нечётких моделей с формированием чёткого разбиения признакового пространства

6.4.2 Метод построения диагностических моделей в нейро-нечётком базисе с автоматическим выбором числа интервалов

6.4.3 Построение нейро-нечётких диагностических экспертных систем с учетом экспертных знаний и прецедентов

6.4.4 Метод построения моделей принятия решений в нейро-нечётком базисе на основе фрактального разбиения пространства признаков

6.5 Комплекс характеристик и критериев сравнения обучающих выборок для решения задач неразрушающегоконтроля качества и прогнозирования ресурса изделий

6.5.1 Постановка задачи и анализ литературы

6.5.2 Критерии сравнения и характеристики обучающей выборки............. 6.5.3 Эксперименты и результаты

6.6 Литература к разделу 6

Раздел 7. Прогрессивные технологии интеллектуальной оптимизации этапов жизненного цикла ГТД

7.1 Оптимизационные задачи в жизненном циклеГТД

7.1.1 Обобщенная постановка задачи оптимизации

7.1.2 Задачи принятия оптимальных решений

7.1.3 Анализ методов оптимизации

7.2 Эволюционные методы поиска оптимальных решений

7.2.1 Обобщенный метод эволюционного поиска

7.2.2 Эволюционный метод с сокращением размера популяции................ 7.2.3 Исследование и анализ эволюционных методов для оптимального выбора параметров поиска

7.3 Отбор информативных признаков на основе эволюционной оптимизации

7.3.1 Задача отбора информативных признаков

7.3.2 Эволюционные методы поиска информативной комбинации признаков

7.4 Эволюционные методы синтеза диагностических моделей

7.4.1 Постановка задачи построения диагностических моделей................. 7.4.2 Структурно-параметрическая идентификация нейросетевых моделей на основе эволюционного подхода

7.4.3 Упрощение построенных нейромоделей

7.5 Предварительная обработка данных на основе методов коллективного интеллекта

7.5.1 Отбор информативных признаков на основе мультиагентного подхода с непрямой связью между агентами

7.5.2 Кластерный анализ, основанный на мультиагентном подходе с непрямой связью между агентами

7.5.3 Преобразование и объединение нечётких правил

7.5.4 Мультиагентный метод отбора информативных признаков на основе моделирования агентов с прямой связью между ними...... 7.5.5 Мультиагентный метод с прямой связью между агентами для кластерного анализа

7.6 Построение нейро-нечётких моделей на основе мультиагентного подхода

7.6.1 Параметрический синтез нейро-нечётких сетей, основанный на мультиагентном подходе с прямой связью между агентами.............. 7.6.2 Структурно-параметрический синтез нейро-нечётких сетей.............. 7.7 Литература к разделу 7

Заключение

Приложение А. Исходные данные и результаты моделирования........

ВВЕДЕНИЕ

Общепризнанным атрибутом высокоразвитого государства в наше время является способность создания и производства изделий авиационной техники.

Закон Украины "О государственной поддержке авиастроительной промышленности в Украине" (Ведомости Верховной Рады Украины, 2001, № 50, ст. 261) признает авиастроение приоритетной областью экономики Украины и относит научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию новой авиационной техники к категории критических технологий.

В условиях постоянно возрастающей глобальной конкуренции для украинских предприятий авиадвигателестроения, производящих дорогостоящую наукоемкую продукцию и являющихся базой инновационного и экономического развития государства, становятся весьма актуальными удержание и расширение позиций на мировом рынке, что обуславливает необходимость повышения долговечности и надежност продукции, снижение затрат на ее производство и обслуживание, увеличение контролеспособности изделий, процессов их производства и эксплуатаци.

Газотурбинные двигатели (ГТД) – весьма распространенный тип силовой установки, применяемый на транспорте и в энергетике. Современный авиационный ГТД является наукоемким высокотехнологичным продуктом, аналогов которому по уровню напряжений и тепловому состоянию деталей нет среди других изделий машиностроения.

Особенностями авиационного двигателестроения являются: средние по величине габаритные размеры выпускаемых изделий; высокая точность деталей и изделий в целом; сложность формы и тонкостенность деталей; широкое применение труднообрабатываемых и дорогих материалов; большое разнообразие используемых процессов переработки, обработки и соединения материалов и полуфабрикатов; тщательная разработка технической документации и жесткий контроль качества; сравнительно частая смена объектов производства.

Для конструкции ГТД характерно широкое применение легких алюминиевых и магниевых сплавов, высокопрочных легированных сталей, жаростойких хромоникелевых и титановых сплавов, композитных материалов.

Характер авиационного двигателестроения во многом определяет применение современных способов получения заготовок, способов обработки поверхностей, изготовление деталей малыми сериями.

Современные авиационные двигатели должны соответствовать высоким требованиям по надежности, ресурсу, минимальной массе и экономичности.

Производство новых ГТД требует постоянного совершенствования технологических процессов, разработки и внедрения новых методов и средств обработки, обеспечивающих постоянно растущие требования по качеству и эксплуатационной надежности. Технология изготовления деталей, узлов и двигателя в целом в значительной степени определяет ресурс изделия, трудоемкость и себестоимость.

Однако не менее важными являются этапы эксплуатации и ремонта авиадвигателей, которые должны обеспечить поддержание высокого уровня надежности и работоспособности изделия при интенсивной эксплуатации в неблагоприятных условиях, а также продлевать ресурс изделия. Эксплуатация ГТД при критических частотах вращения гибких роторов, при высокой температурной нагруженности отдельных элементов конструкции и значительных градиентах температур в различных зонах изделия предъявляет повышенные требования к качеству выполнения деталей и сборочных единиц.

Разработка передовых научно-обоснованных подходов к обеспечению надежности и долговечности авиационных двигателей нового поколения, на этапе их проектировании, производства, эксплуатации и ремонта является залогом обеспечения их конкурентоспособности на мировом рынке.

Концепция государственной промышленной политики (утвержденная Указом Президента Украины № 102/2003 от 12.02.2003) определяет как один из основных принципов государственной промышленной политики стратегию "лидерных технологий", предусматривающую использование собственных научно-технических достижений для создания новых видов продукции и технологий, которые необходимо применять в оборонной и аэрокосмической промышленности, индустрии информационных технологий, а также акцентирует внимание на инновационном машиностроении, перспективных специальных технологиях и технологической модернизации оборонных производств (в том числе CALS-технологии, технологии новых материалов и их обработки, информационные технологии), деятельности в сфере информатизации (системы управления, системы автоматизированного проектирования;

системы поддержки принятия решений, искусственный интеллект).

Эффективным средством повышения конкурентоспособности продукции отечественного авиадвигателестроения является междисциплинарное объединение прогрессивных информационных технологий, методов математического моделирования и вычислительного интеллекта для разработки методов и моделей оценивания и прогнозирование состояния деталей авиадвигателей, оптимизации параметров технологических процессов их проектирования, изготовления, эксплуатации и утилизации.

Целью исследования являлось создание новых и усовершенствование существующих методов, моделей, технологий и программных средств для моделирования, оптимизации и интеллектуальной автоматизации процессов изготовления и эксплуатаци деталей авиадвигателей.

Целесообразность исследования подтверждается Государственной программой развития промышленности Украины на 2003–2011 годы (утвержденной Постановлением Кабинета Министров Украины № 1174 от 28.07.2003), обуславливающей широкое внедрение новых технологий с улучшенными технико-экономическими показателями, комплексной автоматизацией и информатизацией производственных процессов; создание информационных систем комплексной автоматизации, компьютерных средств высокой производительности; информационных технологий контроля и управления промышленными объектами; использование технологий специального назначения (агрегатов и систем нового поколения для комплектования самолетов; средств диагностики авиационной техники), Постановлением Кабинета министров Украины № 1896 от 10.12.2003, предусматривающим «... разработку методологии интеллектуального анализа данных... на основе применения современных методов нечеткой логики, искусственного интеллекта и извлечения знаний из баз данных», а также Государственными научнотехническими программами (утвержденными Постановлением Кабинета Министров Украины № 1716 от 24.12.2001):

“Новые конструкционные материалы” (предусматривает разработку перспективных сплавов для потребностей авиакосмической техники, машиностроения, разработку новых композиционных материалов для двигателестроения и авиакосмической техники);

“Ресурсосберегающие и энергоэффективные технологии машиностроения” (содержит разработку технологий производства высокоточных заготовок и массовых деталей машиностроения, разработку технологий продления ресурса и повышения эффективности работы объектов машиностроения, методы и средства их диагностики);

“Новые отечественные интеллектуальные компьютерные средства” (предусматривает разработку конкурентоспособных моделей нейрокомпьютеров, проблемно-ориентированных систем и программно-аппаратных средств цифровой обработки сигналов);

“Системный анализ, методы и средства управления процессами разной природы; методы оптимизации, программное обеспечение и информационные технологии в сложных системах” (содержит разработку методологических, алгоритмических и программных средств системного анализа процессов разной природы).

Исследования, описанные в книге, проведены в рамках госбюджетных научно-исследовательских работ Запорожского национального технического университета (ЗНТУ):

«Научно-методические основы и математическое обеспечение для автоматизации и моделирования процессов управления и поддержки принятия решений на основе процедур распознавания и эволюционной оптимизации в нейросетевом и нечеткологическом базисах» (№ гос. регистрации 0106U008621);

"Разработка технологических основ обеспечения качества обработки нежестких деталей при высокоскоростном резании" (№ гос. регистрации 0106U000366);

"Разработка технологии формирования наноструктуры поверхностного слоя деталей авиационных двигателей для обеспечения их надежности и ресурса" (№ гос. регистрации 0107U007567);

а также хоздоговорных работ ЗНТУ, ОАО "Мотор Сич" и ЗМКБ "Прогресс" имени академика А. Г. Ивченко:

"Изыскание, систематизация, выбор и исследование прогрессивных технологий изготовления основных деталей газотурбинных двигателей нового поколения";

"Исследование и разработка интегральной технологии изготовления блингов компрессора высокого давления турбореактивного винтовентиляторного двигателя Д-27";

"Разработка и исследование методов повышения несущей способности рабочих лопаток газотурбинных двигателей нового поколения на основе нанотехнологий";

"Разработка и исследование комплексной формообразующей технологии изготовления центробежного колеса компрессора вспомогательной силовой установки АИ-450МС";

"Исследование механических характеристик материала лопаток центробежного колеса при рабочей температуре".

В книге подробно рассмотрены вопросы разработки и внедрения прогрессивных технологий автоматизации и информационного сопровождения основных этапов жизненного цикла авиадвигателей: автоматизации управления моторостроительным производством, проектирования, изготовления, эксплуатации, ремонта и утилизации деталей авиадвигателей.

Предлагаемый комплексный подход к использованию математических моделей и информационных технологий на всех этапах жизненного цикла авиационных двигателей по отдельности и ко всему жизненному циклу целиком, позволяет существенно повысить контролеспособность, надежность и информативность авиационных двигателей как объектов управления, производства, эксплуатации и ремонта.

Монография может быть использована научными сотрудниками, аспирантами, практическими специалистами в области машиностроения и компьютерных наук, а также студентами технических специальностей высших учебных заведений.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ

ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ (ГТД)

Современное авиадвигателестроение является одной из наукоемких отраслей машиностроения, которое в своем эволюционном развитии прошло ряд последовательных этапов. Характерной особенностью каждого из этапов является его соответствие определенной парадигме качества, под которой в широком смысле понимают как модель постановки и исследования проблемы, принятой в качестве образца и доминирующей на протяжении определенного периода.

На данном этапе мировая экономика переходит к новому информационному способу производства, в основе которого категория «качество» – информация о свойствах объекта.

Основными служебными свойствами такого наукоемкого объекта, как авиационный двигатель, являются: конструкционная прочность, ресурс, живучесть, безопасность, которые предопределяются совокупностью взаимосвязанных процессов последовательного изменения его состояния от начала разработки – проектирования и до окончания его эксплуатации – утилизации, т.е. жизненным циклом изделия (ЖЦИ). Поэтому на каждом из этапов ЖЦИ решают соответствующие задачи, связанные с обеспечением показателей качества на достаточно высоком уровне.

Создание авиационного двигателя начинают с проведения маркетинга рынка, экономических исследований, положительные результаты которых затем предопределяют последующий этап проектирования. Проектирование включает в себя также ряд последовательных подэтапов – от разработки технического задания до разработки рабочей документации.

На современном этапе основными направлениями развития авиационных двигателей являются повышение уровня их служебных характеристик и экономичности, что обеспечивается уже на этапе проектирования.

Перспективным методом обеспечения высокого уровня указанных характеристик авиационного двигателя является ресурсное проектирование.

Основная концепция данного метода состоит в проектировании на полный назначенный ресурс с одновременным обеспечением высокого уровня безотказности. Разработке и развитию методов ресурсного проектирования деталей авиационного двигателя посвящен целый ряд работ [1, 2, 4 – 6].

Однако при разработке методов ресурсного проектирования не в полной мере учитывалось то, что категория «качество» – это информация о свойствах объекта, которая предопределяет применение новых информационных технологий при решении задач на этом этапе.

Известные модели прочностной надежности деталей авиационного двигателя [1, 2, 4 – 6] для обеспечения высокого уровня их безотказности не в полной мере охватывали все факторы, а также их взаимодействие, которые в комплексе определяют их ресурс и надежность. Поэтому является актуальной разработка информационных моделей влияния основных этапов ЖЦИ на его показатели качества и прочностной надежности детали при ресурсном проектировании.

1.1 Информационная модель жизненного цикла ГТД Информационную модель взаимодействия этапов жизненного цикла авиационного двигателя и их влияние на показатели его качества можно представить в виде двух геометрических спиралей, эквидистантно расположенных относительно друг друга, где внешняя спираль отражает взаимодействия основных этапов ЖЦИ, а внутренняя – охватывает показатели качества (рис. 1.1) [3].

Внешняя геометрическая спираль начинается с маркетинга рынка, экономических исследований и последующих этапов: проектирования; технологической подготовки производства; производства; контроля; испытаний; поставки заказчику, – это первый виток ЖЦИ. Каждый из перечисленных этапов вносит свой непосредственный вклад в информационное поле показателей качества авиационного двигателя: конструкционную прочность, ресурс, живучесть и безопасность.

При этом формируется высокий уровень показателей качества. Информационное поле показателей качества расположено во внутреннем контуре первого витка геометрической спирали показателей качества.

Второй виток внешней геометрической спирали взаимодействия основных этапов ЖЦИ включает: эксплуатацию, техническое обслуживание, восстановительный ремонт, хранение и утилизацию. Характер взаимодействия этапов ЖЦИ на этом витке спирали представлен на схеме (см. рис. 1).

Информационное поле показателей качества авиационного двигателя на втором витке внутренней спирали также находится во внутреннем контуре этого витка, и зависит от этапов ЖЦИ на втором витке внутренней геометрической спирали.

Информационное поле показателей качества на втором витке по площади меньше информационного поля показателей качества первого витка, что свидетельствует о снижении уровня показателей качества в процессе длительной эксплуатации авиационного двигателя.

Последующий виток информационной геометрической спирали прогресса показателей качества авиационного двигателя начинается также с маркетинга рынка, но после утилизации и т. д.

Рисунок 1.1 – Информационная модель жизненного цикла ГТД 1.2 Информационная модель прочностной надежности деталей ГТД Нагрузки, воздействующие на основные детали, зависят от режимов работы авиационного двигателя и имеют сложный, переменный во времени характер, который определяется его полетным циклом.

Обобщенный полетный цикл современного авиационного двигателя [3] представлен на рис. 1.2.

Рисунок 1.2 – Обобщенный полетный цикл авиационного двигателя Длительность стационарных режимов достигает до 70 % от общей наработки авиационного двигателя.

Напряжения в деталях в современных высокооборотных двигателях достигают до 1300…...1350 МПа.

Неравномерность нагрева лопаток турбины приводит к возникновению температурных напряжений, которые составляют до 30% от суммарных напряжений.

Переходные режимы работы авиационного двигателя также характеризуются значительной долей температурных напряжений, вследствие различных скоростей охлаждения и нагрева различных частей массивных дисков турбины.

Таким образом, основные детали авиационного двигателя в процессе работы испытывают сложное, трехмерное напряженное состояние, которое изменяется в процессе работы двигателя.

Основным комплексом повреждающих и взаимовлияющих друг на друга факторов, определяющих ресурс основных деталей авиационного двигателя, следует считать:

– кратковременную и длительную прочность;

– малоцикловую изотермическую и термомеханическую усталость;

– многоцикловую усталость от вибрационных воздействий на деталь;

– коррозионный и эрозионный износ, являющийся очагом зарождения трещин усталости.

Из указанный факторов преобладающими для авиационных двигателей являются длительная прочность и малоцикловая усталость деталей.

При ресурсном проектировании расчетные исследования температурного состояния (ТС) и напряженно-деформированного состояния (НДС) деталей являются обязательными.

Модель прочностной надежности детали авиационного двигателя можно представить как взаимодействие моделей: температурного состояния, нагружения, материала, влияния технологии, чаное сочетание которых предопределяют модели НДС, разрушения и долговечности (рис. 1.3) [3].

Модели НДС, разрушения и долговечности позволяют расчетным путем определить информационное поле показателей прочностной надежности детали, которое включает: установление и продление ресурса; прогнозирование остаточного ресурса; живучесть и безопасность.

Комплекс указанных взаимообусловливающих информационных показателей позволяет осуществлять проектирование деталей и авиационного двигателя в целом на заданный ресурс и безопасность.

Опыт проектирования новых авиационных двигателей в ГП ЗМКБ «Прогресс» и ОАО «Мотор Сич» показывает, что применяемые расчетные методы и методики достоверно прогнозируют ресурсы деталей с учетом влияния материалов, конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов в соответствии с представленной информационной моделью прочностной надежности (см. рис. 1.3).

Таким образом, компьютерное моделирование вместо стендовых испытаний, основанное на предложенной модели прочностной надежности детали, еще на этапе ресурсного проектирования позволяет в разы сократить временные и материальные затраты, а также объемы опытной доводки при создании новых авиационных двигателей [3].

Рисунок 1.3 – Структурная схема информационной модели прочностной надежности детали авиационного двигателя Дальнейшие исследования должны быть направлены на уточнение предложенных информационных моделей и получения количественных критериев для оценки влияния каждого из этапов ЖЦИ на комплекс показателей качества авиационного двигателя.

Предложенные информационные модели жизненного цикла и прочностной надежности авиационного двигателя позволяют разрабатывать интегрированные технологии обеспечения показателей качества на каждом из этапов ЖЦИ, начиная с этапа ресурсного проектирования [3].

1.3 Литература к разделу 1. Биргер И. А. Основы ресурсного проектирования / И. А. Биргер // Механика и научно-технический прогресс. В 4-х т. – Т.4. Приложение механики к задачам технологии. – М.: Наука, 1988. – С.174 – 180.

2. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. – М.: Машиностроение, 1990. – 448 с.

3. Качан А. Я. Информационные модели жизненного цикла и прочностной надежности авиационного двигателя / А. Я. Качан, А. В. Богуслаев, С. Б. Беликов, Ю. Н. Внуков // Вестник двигателестроения. – 2007. – № 2. – С.

39 – 43.

4. Ресурсное проектирование авиационных ГТД. Руководство для конструкторов. – Вып.1. Общие принципы ресурсного проектирования и модели долговечности материалов и деталей авиационных ГТД. – М.: ЦИАМ, 1989. – 208 с.

5. Ресурсное проектирование авиационных ГТД. Руководство для конструкторов. – Вып.3. Модели расчета напряженно-деформированного состояния и долговечности элементов авиационных ГТД. – М.: ЦИАМ, 1991. – 372 с.

6. Темис Ю. М. Автоматизация проектирования деталей роторов на основе расчета напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов / Ю. М. Темис, М. В. Соборнов // Проблемы прочности. – 1982. – №8. – С. 28 – 30.

ЭТАП УПРАВЛЕНИЯ

АВИАМОТОРОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Управление производством ставит своей целью проектирование, улучшение и исследование интегрированных производственных систем, состоящих из людей, денежных средств, знаний, информации, оборудования, энергии, материалов и процессов. Управление производством основано на принципах и методах инженерного анализа. Приложения математики, физики и общественных наук используются вместе с методами инженерного анализа и проектирования с целью прогнозирования, определения и оценки результатов деятельности систем при этом стремятся минимизировать затраты времени, денег, материалов, энергии и прочих ресурсов.

Одним из наиболее актуальных направлений управления производством являются информационные технологии, охватывающие широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям управления и обработки данных, в том числе, с применением вычислительной техники.

В последнее время под информационными технологиями чаще всего понимают компьютерные технологии. В частности, информационные технологии имеют дело с использованием компьютеров и программного обеспечения для хранения, преобразования, защиты, обработки, передачи и получения информации. Информационные технологии на современном этапе являются необходимым условием достижения предприятием конкурентного преимущества, особенно если предприятие специализируется на производстве такой высокотехнологичной продукции, какой являются газотурбинные авиационные двигатели и наземные энергетические установки.

Успех предприятия складывается в основном из трех составляющих:

1. Качественное проектирование и конструкторско-технологическая подготовка производства для освоения серийного выпуска новых изделий в кратчайшие сроки.

2. Эффективная организация и управление производством с целью достижения конкурентоспособной себестоимости продукции при заданном высоком уровне качества продукции и ритмичности производства.

3. Выполнение сервисного послепродажного обслуживания изделий на современном уровне, обеспечивающем максимальное удовлетворение заказчика и позволяющем предприятию получать ощутимую прибыль.

Основная задача информационных технологий на предприятии – максимально эффективное сопровождение процессов проектирования, производства и других процессов, протекающих на предприятии, создание информационного базиса для принятия менеджментом решений способствующих выходу предприятия на передовые рубежи в отрасли.

2.1 Методологии, информационные модели и программные средства автоматизации управления авиамоторостроительным предприятием 2.1.1 Предприятие как объект управления и автоматизации Предприятие – это организация, осуществляющая самостоятельную, инициативную, системную деятельность по выпуску продукции, предоставлению услуг и торговли с целью получения прибыли.

Современное авиамоторостроительное предприятие представляет собой сложную многокомпонентную систему, содержащую большое число связей и потоков информации, энергии, материальных ресурсов. При этом, как правило, такое предприятие является корпорацией – крупным объединением более мелких предприятий.

Управление – это изменение состояния объекта, системы или процесса, ведущее к достижению поставленной цели.

Управление предприятием – это комплекс административнохозяйственных мероприятий, направленных на достижение общих целей.

Функции управления можно подразделить на: планирование действий, мотивацию участников работы, контроль за реализацией планов.

Функционирование предприятий в рыночных условиях требует автоматизации управленческих и технологических процессов, оперативной реакции на изменение рынка и принятия решений в условиях ограниченного объема информации. Решение проблем выживания и успешного развития предприятия предполагает широкое использование математического моделирования, компьютерной техники и информационных технологий [51].

Автоматизации в управлении предприятием подлежат, как правило, планирование и контроль. Эти две функции управления определяют основные требования к корпоративным системам управления предприятием (КСУП). Такая система должна обладать следующими возможностями: удовлетворять всем информационным нуждам предприятия; являться инструментом управления всей деятельности предприятия: осуществлять оптимизацию производственных процессов; реализовать возможность управления качеством продукции; легко настраиваться и модифицироваться; включать открытые стандарты; использовать современную технику и новые информационные технологии [51].

В КСУП полностью интегрируются всех аспекты деятельности предприятия: финансы, производство, сбыт, транспорт, ремонт и обслуживание, менеджмент проектов, управление персоналом и т.д.

При обработке информации в КСУП производятся следующие действия:

поступление информации из всех источников на предприятии; сбор этой информации в базе данных; обработка информации; анализ информации; представление информации на различных уровнях управления.

Однако КСУП не ограничивается только накоплением и предоставлением информации. Специализированные алгоритмы, реализуемые отдельными модулями программного обеспечения, позволяют системе наилучшим образом размещать производственные заказы, следить за загрузкой мощностей, за эффективностью использования производственных ресурсов, контролировать наличие и пополнение требуемого запаса комплектующих, готовой продукции и т.д.

Таким образом, КСУП представляет собой инструмент нового поколения, связывающий все стороны деятельности предприятия, напрямую проникающий в управление его деятельности. Только наличие на предприятии стандартного программного обеспечения гарантирует успешное ведение бизнеса, способствует рационализации производства, позволяет с высокой степенью точности планировать и управлять производственными процессами.

Процесс управления предприятием в КСУП реализуется на основе метода информационного управления [51].

Шаг 1. Первичный учет, сбор и регистрация информации.

Шаг 2. Получение исходных данных для анализа.

Шаг 3. Анализ достигнутых результатов.

Шаг 4. Формулировка проблемы.

Шаг 5. Исследование проблемы.

Шаг 6. Разработка альтернатив.

Шаг 7. Выбор альтернативы.

Шаг 8. Организация выполнения решения.

Шаг 9. Контроль выполнения решения. Переход к шагу 1.

2.1.2 Функциональная структура корпоративной системы управления предприятием Функциональная структура КСУП – совокупность функциональных подсистем, комплексов задач и процедур обработки информации, реализующих функции управления. В КСУП выделяются самостоятельные подсистемы (контуры) функционального и организационного уровня управления [18, 29, 30, 53].

1. Стратегический анализ и управление – это высший уровень управления, обеспечивает централизацию управления всего предприятия, ориентирован на высшее звено управления. Основные комплексы задач: финансовый менеджмент, в том числе финансовое планирование и бюджетирование, составление финансового плана, определение статей затрат и поступлений денежных средств;

анализ финансового плана и другие; анализ финансовой и хозяйственной деятельности, создание аналитической информации для принятия стратегических и тактических решений, анализ динамики и структуры технико-экономических показателей, подготовка внешней финансовой отчетности и другие; маркетинг – анализ рынка товаров, информация о конкурентах, клиентах; моделирование ценовой политики фирмы, организация рекламы, анализ эффективности каналов товародвижения и форм реализации товаров и услуг и другие; управление проектами – календарные планы-графики работ, оценка потребности в ресурсах для выполнения плана; учет и анализ хода выполнения планов по исполнителям и структурным подразделениям; контроль сроков выполнения планов и другие;

управление документооборотом – система управления документами и организации документооборота, контроль исполнительской дисциплины, управление деловыми процессами, групповая работа с электронными документами и другие.

2. Управление персоналом включает комплексы задач: организационный менеджмент в части моделирования организационной структуры управления и штатного расписания, определение функциональных (должностных) обязанностей подразделений и отдельных исполнителей; создание нормативносправочной информации для управления предприятием, персоналом (классификаторы и справочная информация по кадрам, графики работ); планирование затрат по персоналу, расчет потребности в трудовых ресурсах, расчет фонда оплаты труда, схемы тарифов и должностных окладов, премий, льгот, штрафных санкций; набор персонала, в том числе ведение вакансий, профессиональное тестирование, рекрутинг и отбор кандидатов; ведение базы данных кадрового состава, формирование приказов, статистический анализ и учет движения кадров и другие; табельный учет рабочего времени, учет основной и дополнительной заработной платы, расчет налогов по заработной плате, формирование выходных расчетно-платежных документов и форм статистической отчетности, формирование бухгалтерских проводок для учета зарплаты.

3. Логистика – управление материальными потоками (заготовка материалов и комплектующих изделий), управление производством, управление сбытом готовой продукции. Все компоненты логистики тесно интегрированы с финансовой бухгалтерией и функционируют на единой информационной базе.

Основные комплексы задач логистики: управление продажами (сбыт) готовой продукции через оптовую, мелкооптовую и розничную торговлю; управление материальными потоками, включая материально-техническое обеспечение производственной деятельности предприятия и управление запасами;

4. Управление производством включает комплексы задач: техническая подготовка производства (ТПП), в том числе конструкторская и технологическая подготовка производства, создание нормативно-справочной базы (номенклатура, конструкторский состав изделий, справочники технологического оборудования и оснастки, пооперационно-трудовые нормативы); техникоэкономическое планирование (ТЭП), обеспечивает ведение нормативносправочной базы для формирования портфеля заказов, номенклатурного плана производства, сбалансированного по ресурсам; производственной программы структурных подразделений, расчет плановой себестоимости продукции и нормативных затрат; учет затрат на производство (контроллинг), обеспечивает управление прямыми и косвенными затратами в производстве, учет выпуска готовой продукции, учет незавершенного производства, расчет фактических затрат на выпуск готовой продукции, формирование сметы сводных затрат на производство по видам продукции, местам возникновения затрат, по периодам учета и т. п.; оперативное управление производством.

Комплекс заданий обеспечивает планирование и учет запуска-выпуска продукции в соответствии с производственной программой, диспетчеризацию материальных потоков для производственного процесса, оперативный учет выпуска готовой продукции и незавершенного производства.

5. Бухгалтерский учет информационно связан с управленческим учетом затрат в производстве, финансовым менеджментом, складским учетом. Бухгалтерский учет хозяйственных операций в финансовой бухгалтерии осуществляется на основе бухгалтерских проводок, формируемых на основании первичных учетных документов. Создание документов и их отражения в бухгалтерском учете разделены во времени и пространстве. Основные участки бухгалтерского учета: ведение главной книги (интегрированного учетного регистра бухгалтерских проводок), вспомогательных учетных регистров;

учет денежных средств (касса, расчетный, валютный счета, расчеты с подотчетными лицами); бухгалтерский учет основных средств; бухгалтерский учет товарно-материальных ценностей (материалы, товары, готовая продукция);

бухгалтерский учет зарплаты; бухгалтерский учет расчетов с дебиторами и кредиторами (поставщиками и получателями); консолидация финансовой бухгалтерии на уровне бизнес-единиц предприятия.

6. Системы интеллектуального анализа данный и поддержки принятия решений ориентированы на реализацию сложных бизнес-процессов, требующих аналитической обработки информации, формирование новых знаний. Анализ информации имеет определенную целевую ориентацию, например финансовый анализ предприятия, аудит бухгалтерского учета. Отличительными особенностями этого класса систем являются: создание хранилищ данных (data warehouse – предметно-ориентированные, привязанные ко времени и неизменяемые собрания данных для поддержки процесса принятия управляющих решений) большой емкости путем интеграции разнородных источников; использование методов и средств аналитической обработки данных (On-Line Analytical Processing – OLAP-технологий); интеллектуальный анализ данных, обеспечивающий формирование новых знаний (Data Mining).

2.1.3 Методологии корпоративного управления Методология MRP (Material Requirements Planning) была разработана с целью предотвращения проблем, связанных с запаздыванием поступления комплектующих, необходимостью сокращения запасов материалов на складах, поступивших ранее намеченного срока, невозможностью определить, к какой партии принадлежит данный составляющий элемент в уже собранном готовом продукте из-за возникновения дополнительных осложнений с учетом и отслеживанием состояния материалов в процессе производства вследствие нарушения баланса поставок комплектующих [18, 29, 30, 51, 53].

Реализация системы, работающей по этой методологии представляет собой компьютерную программу, позволяющую оптимально регулировать поставки комплектующих в производственный процесс, контролируя запасы на складе и саму технологию производства.

Процесс планирования включает в себя функции автоматического создания проектов заказов на закупку и / или внутреннее производство необходимых материалов-комплектующих.

В результате работы MRP-программы создается план заказов на каждый отдельный материал на весь срок планирования, обеспечение выполнения которого необходимо для поддержки программы производства. План заказов определяет, какое количество каждого материала должно быть заказано в каждый рассматриваемый период времени в течение срока планирования. План заказов является руководством для дальнейшей работы с поставщиками и, в частности, определяет производственную программу для внутреннего производства комплектующих, при наличии такового.

Изменения к плану заказов являются модификациями к ранее спланированным заказам. Ряд заказов могут быть отменены, изменены или задержаны, а также перенесены на другой период.

Также MRP-система формирует некоторые второстепенные результаты, в виде отчетов, целью которых является обратить внимание на "узкие места" в течение планируемого периода, то есть те промежутки времени, когда требуется дополнительный контроль за текущими заказами, а также для того, чтобы вовремя известить о возможных системных ошибках, возникших при работе программы.

Основными преимуществами использования MRP-системы в производстве являются:

гарантия наличия требуемых комплектующих и уменьшение временных задержек в их доставке, и, следовательно, увеличение выпуска готовых изделий без увеличения числа рабочих мест и нагрузок на производственное оборудование;

уменьшение производственного брака в процессе сборки готовой продукции возникающего из-за использования неправильных комплектующих;

упорядочивание производства, ввиду контроля статуса каждого материала, позволяющего однозначно отслеживать весь его конвейерный путь, начиная от создания заказа на данный материал, до его положения в уже собранном готовом изделии. Также благодаря этому достигается полная достоверность и эффективность производственного учета.

Методология MRPII (Manufactory Resource Planning) была создана для эффективного планирования всех ресурсов производственного предприятия, в том числе финансовых и кадровых. Стандарт MRP II является одним из наиболее распространенных методов управления производством и дистрибуции в мире. Он содержит описание 16 групп функций системы: планирование продаж и производства, управление спросом, составление плана производства, планирование материальных потребностей, спецификации продуктов, управление складом, плановые поставки, управление на уровне производственного цеха, планирование производственных мощностей, контроль входа/выхода, материально техническое снабжение, планирование ресурсов распределения, планирование и контроль производственных операций, управление финансами, моделирование, оценка результатов деятельности) [18, 29, 30, 51, 53].

Задачей информационных систем класса MRP II является оптимальное формирование потока материалов (сырья), полуфабрикатов (в том числе находящихся в производстве) и готовых изделий.

Результаты использования КСУП стандарта MRP II:

получение оперативной информации о текущих результатах деятельности предприятия, как в целом, так и с полной детализацией по отдельным заказам, видам ресурсов, выполнению планов;

долгосрочное, оперативное и детальное планирование деятельности предприятия с возможностью корректировки плановых данных на основе оперативной информации;

оптимизация производственных и материальных потоков;

реальное сокращение материальных ресурсов на складах;

планирование и контроль за всем циклом производства с возможностью влияния на него в целях достижения оптимальной эффективности в использовании производственных мощностей, всех видов ресурсов и удовлетворения потребностей заказчиков;

автоматизация работ договорного отдела с полным контролем за платежами, отгрузкой продукции и сроками выполнения договорных обязательств;

финансовое отражение деятельности предприятия в целом;

значительное сокращение непроизводственных затрат;

защита инвестиций, произведенных в информационные технологии;

возможность поэтапного внедрения системы, с учетом инвестиционной политики конкретного предприятия.

Методология ERP (Enterprise Requirements Planning) – управление ресурсами (материальными, финансовыми, трудовыми) в рамках единой корпорации. Эта методология полностью базируется на MRPII и отличается еще большим масштабом предприятий, которые становятся корпорациями. Современная система управления предприятием ERP должна включать: управление цепочкой поставок, усовершенствованное планирование и составление расписаний, модуль автоматизации продаж, модуль конфигурирования системы, окончательное планирование ресурсов, бизнес-интеллект, OLAP-технологии. В структуру информационной ERP-системы также входят: модуль электронной коммерции и управление данными об изделии [18, 29, 30, 51, 53].

Цель ERP-системы – согласованное функционирование всех компонентов системы, оптимизация по времени выполнения и потребляемым ресурсам.

В концепцию ERP входят следующие основные методологии. MRPII; JIT (Just-In-Time – точно вовремя: уменьшение производственного цикла; минимизация запасов и брака; выпуск продукции в случае ее спроса); планирование ресурсов в зависимости от потребностей клиента – интегрирование покупателя и подразделений, завязанных на покупателе с основными плановыми и производственными подразделениями; интеграция собственных информационных систем с приложениями клиента и поставщика; планирование заказов покупателей.

Развитые ERP-системы имеют устоявшуюся структуру базовых компонентов системы управления предприятием:

1. Бухгалтерский учет и финансы (Главная книга, финансовый анализ, бюджет и контроль управления, кредиторы, поставщики и счета к оплате, дебиторы, потребители и счета к получению, активы).

2. Управление материалами (управление закупками, складской учет, управление продажами, анализ продаж и прогнозирование).

3. Производственный менеджмент (конструкторская и технологическая подготовка производства, нормативное хозяйство, оперативное управление производством, учет производственных затрат, контроллинг, контроль и управление качеством, спецификация производственных заданий).

4. Обеспечение производства (управление основными фондами, ремонт и техническое обслуживание оборудования, диспетчеризация производственного процесса, составление план-графиков, управление производственными заданиями, повышение квалификации персонала, бюджетное планирование, учет рекламаций).

5. Управление перевозками, удаленными складами.

6. Управление персоналом.

8. Моделирование бизнес-процессов.

9. Системы поддержки принятия решений.

2.1.4 Сравнительный анализ и выбор системы для автоматизации управления авиамоторостроительной корпорацией В настоящее время на рынке программного обеспечения представлен широкий арсенал программных средств, автоматизирующих как отдельные составляющие, так и весь процесс корпоративного управления предприятием [4, 5, 8, 10, 12, 14, 15, 18, 20, 26, 28-35, 44, 46-48, 51-53, 56]. Поэтому представляется целесообразным провести анализ программного обеспечения КСУП.

По степени интеграции функций управления выделим четыре класса КСУП. Такая классификация (табл. 2.1) позволит оценить эффективность применения систем по критериям цены и качества управления.

Таблица 2.1 – Классификация КСУП Внедрение Простое; Поэтапное или Только Поэтапное Фукциональ- Учетные Комплексный Комплексный учет, управление ность системы учет и управ- снабжением, производством, затрат на:

лицензию / внедрение / оборудование Все КСУП можно разделить на два более крупных класса [51]:

1. Финансово-управленческие системы включают подклассы локальных и малых КСУП. Такие системы предназначены для ведения учета по одному или нескольким направлениям (бухгалтерия, сбыт, склады, учет кадров и т.д.). Системами этого типа может воспользоваться практически любое предприятие, которому необходимо управление финансовыми потоками и автоматизация учетных функций. Системы данного типа по многим критериям универсальны, хотя зачастую разработчиками предлагаются решения отраслевых проблем, например, особые способы начисления налогов или управление персоналом с учетом специфики регионов. Универсальность приводит к тому, что цикл внедрения таких систем невелик, иногда можно воспользоваться "коробочным" вариантом, купив программу и самостоятельно установив ее на персональном компьютере.

2. Производственные системы включают подклассы средних и крупных КСУП. Эти системы, в первую очередь, предназначены для управления и планирования производственного процесса. Учетные функции, хотя и глубоко проработаны, выполняют вспомогательную роль и порой невозможно выделить модуль бухгалтерского учета, так как информация в бухгалтерию поступает автоматически из других модулей. Производственные системы значительно более сложны в установке (цикл внедрения может занимать от 6- месяцев до полутора лет и более). Это обусловлено тем, что система покрывает потребности всего производственного предприятия, что требует значительных совместных усилий сотрудников предприятия и поставщика программного обеспечения. Производственные системы часто ориентированы на одну или несколько отраслей и/или типов производства: серийное сборочное (электроника, машиностроение), малосерийное и опытное (авиация, тяжелое машиностроение), дискретное (металлургия, химия, упаковка), непрерывное (нефте - и газодобыча). Эффект от внедрения производственных систем чувствуется на верхних эшелонах управления предприятием, когда видна вся взаимосвязанная картина работы, включающая планирование, закупки, производство, запасы, продажи, финансовые потоки и многие другие аспекты.

Для малых предприятий, торговых фирм и компаний, предоставляющих услуги по соотношению цена/качество наиболее подойдут финансовоуправленческие системы, так как основные решаемые ими задачи – это бухгалтерский учет, управление складами продукции, управление кадрами. Финансово-управленческие системы также могут быть использованы на небольших производственных предприятиях, если процесс производства не сложен.

Для малых и средних производственных предприятий, с небольшим количеством юридических лиц и взаимосвязей, наиболее эффективны будут средние интегрированные системы или простые конфигурации интегрированных систем. Для таких предприятий основным критерием является именно управление производством, хотя учетные задачи остаются важными.

Для крупных холдинговых структур, финансово-промышленных групп, управляющих компаний, для которых первостепенное значение имеет управление сложными финансовыми потоками, трансферными ценами, консолидация информации, во многих случаях скорее подойдут крупные интегрированные системы. Эти системы также обладают хорошими возможностями для решения проблем управления производством и могут удовлетворить весь комплекс требований крупного холдинга.

Для автоматизации гигантских предприятий в мировой практике часто используются крупные, средние и даже мелкие интегрированные системы к комплексе, когда на уровне управления всей структурой работает крупная КСУП, а производственные компании пользуются пакетами среднего класса.

Создание электронных интерфейсов упрощает взаимодействие между системами и позволяет избежать двойного ввода данных.

Для сравнения КСУП применительно к задаче автоматизации управления авиамоторостроительной корпорации ОАО "Мотор Сич" предлагается использовать следующие критерии [51]:

зона внедрения – характеризует область мира, где используется КСУП;

локализация и поддержка в Украине – наличие конфигураций и типовых решений для украинских предприятий, наличие фирм-консультантов в Украине;

области автоматизации – наличие в КСУП компонентов и функций, автоматизирующих основные виды задач корпоративного управления;

решения для крупных предприятий – характеризует возможность использования системы для комплексной автоматизации больших предприятий;

интегрируемость с системами автоматизированного проектирования (САПР) и автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП) – характеризует наличие в КСУП специальных средств для объединения с САПР и АСУТП;

реализуемые методологии КСУП – характеризует наивысший уровень методологии, реализованной в КСУП;

стоимость – характеризует уровень стоимости КСУП.

Сравнительная характеристика основных программ, автоматизирующих управление предприятием, представлена в табл. 2.2. Знаком "+" в табл. 2. обозначено наличие возможностей в полном объеме, "–" – отсутствие возможностей, "±" – наличие возможностей в ограниченном объеме.

Проанализируем данные табл. 2.2 в контексте задачи автоматизации управления авиамоторостроительным предприятием на примере Запорожского ОАО "Мотор Сич".

Поскольку авиамоторостроительные предприятия, как правило, производят продукцию для заказчиков из разных стран и используют комплектующие, поставляемые поставщиками из разных стран, для КСУП необходимо иметь зону внедрения "мир", что позволит взаимодействовать как с отечественными, так и с зарубежными поставщиками и заказчиками.

Локализация и поддержка в Украине крайне важна для украинских предприятий, поскольку предполагает наличие в системе настроек на украинское законодательство, возможность учета в гривне и наличие украиноязычного интерфейса (опционально).

Для авиамоторостроительного предприятия крайне важно иметь в составе КСУП средства, автоматизирующие бухучет, складское хозяйство, планирование ресурсов, управление кадрами и анализ данных. Однако, как видно из таблицы, средства анализа данных, хотя и присутствуют в некоторых КСУП, полностью не обеспечиваются ни одной системой.

Современное авиамоторостроительное предприятие является крупным объединением различных производственных и непроизводственных подразделений, поэтому наличие в КСУП решений для крупных предприятий является необходимым.

Таблица 2.2 – Сравнительная характеристика КСУП Критерии сравнения

CA PRMS

локализация и в Украине Области автоматизации:

складское хозяйство планирование ресурсов управление кадрами Решения для предприятий Интегрируемость с САПР/АСУТП Реализуемые

ERP ERP ERP ERP MRPII MRP –

методологии КСУП Стоимость высокая высокая высокая средняя средняя средняя низкая Процесс производства авиадвигателей является чрезвычайно сложным и насыщенным информационными потоками, весьма важное место в которых занимает инженерно-конструкторская документация и данные контроля технологических процессов. Поэтому наличие средств интеграции КСУП с САПР и АСУТП представляется крайне желательным.

Среди методологий КСУП для авиамоторостроительных предприятий минимально достаточной является ERP, поскольку она обеспечивает решение не только задач планирования, но и более комплексное управление ресурсами.

Стоимость КСУП, хотя и является весьма значимым показателем, тем не менее, для современного авиамоторостроительного предприятия имеет меньший приоритет, чем функциональность КСУП.

Таким образом, среди КСУП, представленных в табл. 2.2, для автоматизации управления авиамоторостроительным предприятием наиболее рационально использовать систему SAP R/3 [2, 3, 25, 37, 44, 45, 51]. Именно эта система выбрана для внедрения на ОАО "Мотор Сич". Вместе с тем, система R/3 может быть интегрирована с более привычными и адаптированными для украинского рынка системами бухгалтерского учета типа "1С: Предприятие" [1, 22].

2.1.5 Корпоративная система SAP R/ КСУП SAP R/3 – интегрированный комплекс стандартных международных деловых приложений производственно-хозяйственного назначения (финансовый учет, управление, логистика, человеческие ресурсы), автоматизирующих работу всех основных служб предприятия в распределенной клиентсерверной среде [2, 3, 25, 37, 44, 45, 51].

Система характеризуется следующими качествами:

интеграция всех производственных сфер, позволяющая соединить производство, сбыт, учет в единый комплекс;

сквозной учет от операций в области материально-технического снабжения, сбыта, бухучета до калькуляции затрат;

универсальность системы, учитывающей характерные черты производственных процессов, общих для разных видов деятельности;

полная локализация на русский язык;

модульный принцип построения, допускающий использование, как отдельных компонент системы, так и их комбинации, определяемой производственно-экономическими задачами;

наличие процедурной модели внедрения, обеспечивающей высокую степень настройки, что позволяет учесть специфические особенности любого подразделения предприятия;

встроенные инструментальные средства разработки программ, позволяющие создавать собственные высокопроизводительные приложения в масштабе всего предприятия, независящие от стандартных;

наличие встроенного языка программирования ABAP/4 для создания собственных приложений для узких производственных задач, решение которых не предусмотрено в системе;

структурирование через разделение функций базового программного обеспечения и прикладных модулей, значительно упрощающее администрирование системы;

удобный графический интерфейс пользователя, отвечающий всем современным эргономическим требованиям и дополненный такими преимуществами, как формирование экрана в зависимости от специфики предприятия и оптимизированный доступ к информации;

открытость в коммуникации на базе использования открытых системных сред и совместимость с многочисленными платформами ведущих фирм производителей, что обеспечивает интеграцию данных из внешних систем, открытость;

поддержка трехступенчатой концепции "клиент-сервер", предполагающей совместное функционирование сервера базы данных, сервера приложений и рабочих станций, связанных по локальной или глобальной сети, что обеспечивает высокую производительность и отказоустойчивость системы.

Система R/3, объединяя на предприятии производство, сбыт, бухгалтерский учет и учет затрат в единое целое, способствует рационализации производства, предоставляет возможность оперативного получения производственно-экономических данных и позволяет точно планировать и управлять производственными процессами.

КСУП R/3 является конфигурируемой, т.е. любое предприятие, купившее систему, будет работать не со стандартной системой, а с индивидуальной версией, настроенной под параметры конкретного предприятия. Показателем технического уровня системы, в определенной степени, может служить способ ее настройки. Чем шире возможности конфигурирования и настройки системы без ее переписывания, тем выше ее технический уровень. Концепция внедрения системы предполагает приведение предприятия под стандарты R/3 (реинжиниринг), с незначительной настройкой. В связи с этим внедрение системы представляет собой довольно длительный процесс.

Структура КСУП R/3 с точки зрения конечного пользователя включает следующие модули.

1. Базисная система – связующее звено между аппаратной и системной частью R/3, а также ее приложениями. Она позволяет прикладным модулям одинаково работать на различных типах серверов и рабочих станций под управлением различных операционных систем (ОС) и систем управления базами данных (СУБД). Базисная система обеспечивает: управление и контроль запуска R/3-приложений, управление запуском процессов на уровне ОС, управление доступом к внешней базе данных, графический интерфейс конечного пользователя, управление ресурсами системы (распределением оперативной и дисковой памяти, внешними устройствами), инструментальные средства разработки приложений.

2. Модуль FI (Финансовая бухгалтерия) включает Главную Книгу, на основе которой составляется баланс и отчет о прибылях и убытках, и вспомогательные:

Книгу Дебиторов и Книгу Кредиторов, обеспечивающие оптимальное ведение и контроль клиентов и поставщиков, при этом каждая проводка во вспомогательной бухгалтерии ведет к изменению сальдо на счете Главной Книги.

3. Модуль CO (Контроллинг) обеспечивает эффективный контроллинг затрат по местам возникновения благодаря полной согласованности друг с другом внешней и внутренней систем учета и отчетности. При этом используются разнообразные методы перерасчета затрат (раскладка по процентам, статистические показатели, проведенные работы, перерасчет по периодам и т.д.).

4. Модуль MM (Управление материальными потоками) предоставляет в распоряжение закупщика для преобразования запроса в заказ комплексную цепочку эффективных закупочных операций от создания запроса и контроля над предложением до заключения долгосрочных договоров. При этом по каждой закупочной операции система автоматически сравнивает цены, услуги и качество работы подходящих поставщиков и сразу же подбирает наиболее выгодного из них, что позволяет экономить время и затраты при осуществлении закупок.

5. Модуль SD (Сбыт) предлагает удобную систему регистрации заказов на основе надежной базы основных данных о клиентах и контактах, доступ к которой в любое время имеют уполномоченные лица. При этом по каждой позиции заказа автоматически проверяется лимит кредита клиента и, в случае необходимости, заказ блокируется.

6. Модуль AM (Учет основных средств) предоставляет возможность оперативного наблюдения за калькуляционным и любым иным движением стоимости основных средств согласно торговому и налоговому законодательству во время всего цикла функционирования имущества. При этом может использоваться любой вид списания. Организационно-экономическое планирование оптимизируется путем свободного моделирования оценки стоимости на основе использования современной системы управления инвестициями. Счет, используемый в моделировании, позволяет заранее просмотреть изменения при включении реализованных и запланированных инвестиций.

7. Модуль PP (Планирование и управление производством) включает в себя целый спектр производственных методов – от единичного производства или изготовления вариантов до массового производства. Он базируется на понятиях рабочего места, спецификации и технологической карты, что составляет основу системы планирования.

8. Модуль PS (Планирование и управление проектами) объединяет все стороны работы по отдельному проекту, предоставляя задействованным в проекте подразделениям необходимую для них информацию. В любое время имеется доступ к актуальным данным о ходе выполнения проекта, что обеспечивает постоянный контроль за его прибыльностью.

9. Модуль HR (Управление персоналом) обеспечивает оптимальную поддержку всех связанных с персоналом задач предприятия и его административных отделов. Для ведения данных по сотрудникам предоставлены оптимально настроенные функции быстрого или индивидуального ввода и неограниченная возможность поддержки истории изменений в комплексе с системой защиты и сохранности данных.

10. Модуль PM/SM (Техническое обслуживание и ремонт оборудования) поддерживает все виды работ, связанные планированием и обработкой мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту оборудования.

11. Модуль WF (Информационный поток) – инструмент для автоматического контроля и осуществления междузадачных процессов. Он позволяет координировать людей, шаги работ и данные, которые должны быть обработаны. Модуль обеспечивает повышение скорости, прозрачной и качества работы, а также снижение затрат на управление бизнес-процессами.

12. Модуль QM (Управление качеством) интегрирован в систему R/3 в последовательной логистической цепочке (получение коммерческого заказа, приобретение материалов и комплектующих, производство продукции, обслуживание клиента) и обрабатывает задачи планирования, контроля и управления качеством.

13. Модули IS (Отраслевые решения) – обеспечивают автоматизацию специфических задач для конкретных отраслей промышленности.

Из широкого набора модулей SAP R/3 конкретное предприятие может выбрать модули, отвечающие его требованиям, адаптировать их функциональные возможности к собственным потребностям и постоянно согласовывать с хозяйственными процессами своего предприятия.

Структура КСУП SAP R/3 позволяет пользователю постепенно расширять функциональный набор систем. Однако максимальную пользу может принести только применение всех модулей, обеспечивающих прямой обмен данными между всеми сферами и участками предприятия, так как любая хозяйственная транзакция (совокупность логически связанных операций, к примеру, реализации готовой продукции) в системе не ограничивается одной бизнес-функцией и изменение информации в какой-либо одной структурной единице вызывает соответствующие трансформации в остальных.

2.1.6 Методология внедрения корпоративной системы управления Внедрение КСУП является достаточно сложным процессом, который занимает продолжительное время и тесно связан с перестройкой всей системы управления – оптимизацией организационной структуры, процессов и функций, описывающих взаимодействие звеньев этой структуры, а также изменением информации персонала.

Методология разработки и внедрения КСУП заключается в реализации следующих этапов [51].

1. Проведение экспресс-обследования предприятия с целью выяснения потребностей заказчика в функциональности КСУП, состояния технической базы, материальных и временных ресурсов проекта внедрения системы и определения конфигурации требуемых программных и технических средств.

2. Формирование правовой базы для реализации проекта.

3. Формирование организационной структуры проекта и рабочей группы по внедрению.

4. Подготовка специалистов рабочей группы по внедрению в области теоретических знаний и практических навыков работы с системой с учетом специфики данного предприятия.

5. Проведение обследования предприятия с целью определения информационных потоков предприятия, разработка модели финансовоэкономической и производственной деятельности предприятия, получение информации для проведения настроек системы. Разработка схемы интеграции систем, функционирующих на предприятии, на базе системы. Разработка и согласование с заказчиком технического задания на настройку системы.

6. Создание технической инфраструктуры проекта: построение на предприятии информационно-вычислительного комплекса для развертывания системы с учетом территориальной распределенности подразделений предприятия. Данный этап, реализуется параллельно со вторым и последующими этапами.

7. Инсталляция и конфигурирование: настройка организационной структуры предприятия, основных данных и хозяйственных операций для работы внедряемых на предприятии модулей системы, настройка системы стандартных отчетов, полномочий, управления архивом.

8. Разработка инструкций по рабочим местам для конечных пользователей системы.

9. Ввод в систему начальных данных: определение даты запуска функционального модуля, сбор и ввод в систему данных по сальдо бухгалтерских счетов, состоянию складских запасов, справочников материалов, данных о поставщиках и потребителях, конструкторской и технологической документации на изделия и т.д.

10. Проведение совместно со специалистами заказчика предварительных испытаний с оформлением протокола, удостоверяющего работоспособность отдельных модулей и системы в целом.

11. Передача системы в опытную эксплуатацию заказчику. В ходе опытной эксплуатации, проводимой на технических средствах и реальных данных заказчика, выполняется проверка реализации переноса данных, подготовки продуктивной среды, пользовательской документации, подготовки пользователей и организации системного администрирования.

12. Продуктивная эксплуатация системы.

2.1.7 Информационная модель внедрения корпоративной системы управления на авиамоторостроительным предприятии ОАО “Мотор Сич”, будучи одним из крупнейших в мире и единственным в Украине производителем авиационных двигателей для самолётов и вертолётов различного назначения, является территориально-распределенной корпорацией, включающей Запорожский моторостроительный завод, Запорожский машиностроительный завод им. В. И. Омельченко, Запорожский завод товаров народного потребления, Снежнянский машиностроительный завод, Волочиский машиностроительный завод, авиакомпанию “Мотор Сич”.

Компания является одним из мировых лидеров авиадвигателестроения и производит 43 типа надёжных и экономичных двигателей от маленьких пусковых до мощных силовых установок крупнейших в мире самолётов “Руслан” и “Мрия”, вертолётов Ми-26. Многие из них длительное время эксплуатируются на авиационных магистралях 96 стран мира. Помимо производства авиационных двигателей и установок наземного применения предприятие в течение длительного времени изготавливает гражданскую продукцию и товары народного потребления, постоянно обновляя и увеличивая ассортимент.

В структуре ОАО “Мотор Сич” имеются: УГТ – управление главного технолога (занимается улучшением качества и надёжности выпускаемых изделий, экономией основных и вспомогательных материалов), УГК – управление главного конструктора (осуществляет единую политику предприятия в области конструкторских разработок, создает новые и модернизирует существующие конструкции изделий, подготавливает предприятие к производству новой продукции), УГМ – управление главного металлурга (занимается вопросами качественного литья, которое является одним из залогов надёжности двигателей), инструментальное производство, УГМех – управление главного механика (занимается созданием комплекса нестандартного оборудования для испытания узлов и агрегатов, модернизацией оборудования, внедрением в производство новых технологических процессов), ОНТИ – отдел научнотехнической информации (обеспечивает другие подразделения компании современной информацией), отдел надёжности (занимается выявлением причин дефектов и разрабатывает меры по их устранению и предупреждению), ЭРО – эксплуатационно-ремонтный отдел (выполняет работы по устранению различных недостатков, выявленных на двигателях в процессе эксплуатации, содержит бюро экспортной научно-технической документации), Центр качества (обеспечивает решение задач метрологии, стандартизации, контроля качества), УП – управление персоналом (занимается учетом и подготовкой кадров), НПУ – научно-производственное управление (выполняет научноисследовательские работы, разработку конструкторской документации, изготовление установочной партии и серийное производство изделий).

В настоящее время свои перспективы в мире технологий ОАО "Мотор Сич" тесным образом связывает с эффективным использованием возможностей комплекса информационных технологий [5, 14-17, 27]. Решением основных задач, относящихся к внедрению и управлению компьютерной техникой предприятия, занимается Управление вычислительной техники, информатики и связи (УВТИС).

На рис. 2.1 представлена информационная модель внедрения КСУП R/ на ОАО "Мотор Сич".

Рисунок 2.1 – Информационная модель внедрения КСУП R/ УВТИС является многофункциональным подразделением, имеющим несколько отделов, множество бюро, участков и служб. Все они связаны с решением общезаводских задач накопления, тиражирования информации, создания и эксплуатации локальных вычислительных сетей, обеспечения новейших технологий для служб, занимающихся разработкой и проектированием новых изделий, создания замкнутого цикла документооборота на предприятии – от документа в электронном виде до электронного архива моделей и чертежей.

Задачами УВТИС являются:

внедрение и развитие систем автоматизации технологических процессов;

управление и обеспечение деятельности служб, которые используют вычислительную технику для разработки, внедрение систем автоматизации управления производством, проектирования и электронного документооборота;

внедрение и развитие компьютерных информационных технологий;

организация информационных каналов передачи данных и обеспечение разделенного доступа пользователей к информации в реальном масштабе времени;

создание и развитие корпоративных сетей и систем;

администрирование сетей, систем и баз данных;

мониторинг мирового уровня развития компьютерных информационных технологий;

координация деятельности структурных единиц и структурных подразделений предприятия в вопросах организационных систем производства.

“Эксплуатация”, “Надёжность”, “Качество”, Интегрированную автоматизированную систему контроля доступа ОАО “Мотор Сич”, эксплуатирует и внедряет системы автоматизации планирования производственных ресурсов (R/3), PDM-системы (Search), CAD-системы (Solid Edge, SolidWorks, AutoCAD, КОМПАС, EUCLID), системы стендовых испытаний двигателей, автоматизированного управления плавкой.

2.2 Технологии и средства информационной поддержки продукции на протяжении всего жизненного цикла Создание каждого из предыдущих пяти поколений авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) сопровождалось решением определенной группы проблем, позволивших сделать качественный скачок в уровне основных выходных параметров. Определяющей проблемой, которую решают при разработке двигателей нового поколения, стала проблема управления катастрофически возросшим объемом информации, количеством информационных потоков и сложностью их обработки в процессе всего жизненного цикла (ЖЦ) создаваемого изделия. Параллельные информационные технологии в единой для всего ЖЦ среде являются одним из главных принципов методологии создания авиационных ГТД нового поколения.

2.2.1 CALS-технологии. PLM-системы В последние годы необходимым условием устойчивого положения предприятий на внутреннем и внешнем рынках является интегрированное применение информационных технологий поддержки всех этапов жизненного цикла продукции. Это обеспечивает сокращение производственного цикла, уменьшение затрат и повышение качества продукции.

На сегодняшний день авиадвигателестроение представляет собой единую интегрированную систему высокотехнологичного производства и современной технологии проектирования.

Сформировавшаяся за последние годы современная конкурентная среда двигателестроения предъявляет следующие требования к системам управления предприятием: способность быстрого запуска новых изделий для оперативного заполнения возникающих рыночных ниш; способность оперативного введения конструкторских изменений с учетом требований конкретного заказчика и/или условий эксплуатации.

Для обеспечения конкурентоспособности предприятия-разработчика как на внутреннем, так и на мировом рынке необходимо обеспечить не только высокое качество продукции, но и не менее высокое качество конструкторской документации.

Этого можно добиться только путем перехода на безбумажную технологию (в обозримом будущем) и освоением CALS-технологий.

CALS-технологии (Continuous Acquisition and Life cycle Support – непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла) – современный подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и современных информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия, обеспечивающая единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков/производителей продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала, реализованная в соответствии с требованиями системы международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными.

CALS-технологии объединяют все работы предприятия, начиная с маркетинга, прежде всего, с разработки и подготовки производства, КСУП, и кончая послепродажным обслуживанием производимой продукции [6, 7, 9, 14, 17, 38, 39, 40, 41, 49, 55].

В соответствии с этой концепцией CALS-технологий можно выделить следующие крупные задачи, являющиеся важными для предприятия, которые решаются при помощи информационных технологий: автоматизация управления производством на основе КСУП [51], управление данными об изделии (PDM/PLM) и автоматизация проектирования и инженерного анализа конструкций и процессов (CAD/CAM/CAE) [11, 13, 14, 16, 17, 21, 27, 34, 36, 38, 42-44, 50, 54], информационное сопровождение эксплуатации и послепродажного сервисного обслуживания, интегрированная логистическая поддержка продукции.

PLM (Product Lifeсycle Management – Сопровождение изделия в течение всего ЖЦ) – это контроль всех данных, необходимых для проектирования, производства, продажи и послепродажного обслуживания производимых продуктов. PLM интегрирует такие средства, как CAD, CAM и PDM с методами, людьми и процессами на всех стадиях ЖЦ изделия.

Компании SAP, Dassault Systems и EDS, поставляющие программное обеспечение для обработки больших объемов данных, в настоящее время пытаются разработать продукты, способные охватить весь диапазон деятельности предприятия. В системе SAP используется система мониторинга авиадвигателей для технического обслуживания и ремонта, разработанная компанией Domain Dynamics Ltd. из г. Ридинг (Англия).

Пакет PLM-решений, базирующийся на программных продуктах фирмы Dassault Systems, включает систему высокого уровня САПР CATIA и подсистемы ENOVIA и SmarTeam, реализующие технологию PDM.

На рис. 2.2 представлена модель внедрения и интеграции CALSтехнологий на ОАО "Мотор Сич".

В соответствии с основными этапами ЖЦ изделия основные и вспомагательные средства автоматизации осуществляют формирование электронных документов, отражающих результаты соответствующих этапов.

В качестве результирующих документов могут выступать не только отчеты, но также цифровые модели деталей и изделий, экспериментальные наблюдения, заявки на материалы и сырье и пр.

2.2.2 Управление данными об изделии PDM-система (Product Data Management – система управления данными об изделии) – организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные сети и др.).

PDM-системы являются неотъемлемой частью PLM-систем.

В PDM-системах обобщены такие технологии, как: управление инженерными данными (engineering data management), управление документами;

управление информацией об изделии (product information management), управление техническими данными (technical data management), управление технической информацией (technical information management), управление изображениями и манипулирование информацией, всесторонне определяющей конкретное изделие.

Рисунок 2.2 – Модель внедрения и интеграции CALS-технологий Базовые функциональные возможности PDM-систем охватывают следующие основные направления: управление хранением данных и документами, управление потоками работ и процессами, управление структурой продукта, автоматизация генерации выборок и отчетов, механизм авторизации.

С помощью PDM-систем осуществляется отслеживание больших массивов данных и инженерно-технической информации, необходимых на этапах проектирования, производства или строительства, а также поддержка эксплуатации, сопровождения и утилизации технических изделий.

PDM-системы интегрируют информацию любых форматов и типов, предоставляя её пользователям уже в структурированном виде (при этом структуризация привязана к особенностям современного промышленного производства). PDM-системы работают не только с текстовыми документами, но и с геометрическими моделями и данными, необходимыми для функционирования автоматических линий, станков с ЧПУ и др., причём доступ к таким данным осуществляется непосредственно из PDM-системы.

С помощью PDM-систем можно создавать отчеты о конфигурации выпускаемых систем, маршрутах прохождения изделий, частях или деталях, а также составлять списки материалов. Все эти документы при необходимости могут отображаться на экране монитора производственной или конструкторской системы из одной и той же БД.

Одной из целей PDM-систем и является обеспечение возможности групповой работы над проектом, то есть, просмотра в реальном времени и совместного использования фрагментов общих информационных ресурсов предприятия.

2.2.3 Автоматизация проектирования и производства ГТД.

CAD/CAM/CAE-системы CAD (Computer-Aided Design) или САПР (Система автоматизированного проектирования) – программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и (или) технологической документации и (или) трехмерных моделей. Современные САПР обычно используются совместно с системами CAE, данные из CAD-систем передаются в CAM [11, 13, 14, 16, 17, 21, 27, 34, 36, 38, 42, 43, 44, 50, 54].

Обычно САПР охватывает создание геометрических моделей изделия (твердотельных, трехмерных, составных), а также генерацию чертежей изделия и их сопровождение. Следует отметить, что русский термин «САПР» по отношению к промышленным системам имеет более широкое толкование, чем «CAD» – он включает в себя как CAD, так и CAM, и CAE.

Среди ниаболее широко применяемых САПР в области машиностроения можно выделить: SALOME, Autodesk, AutoCAD, Cadmech, CATIA, SolidWorks, Pro/Engineer, SolidEdge, ADEM, InfrasoftCAD, TechnologyCS, T-FLEX, КОМПАС, САПР «Сударушка».

CAE (англ. Computer-aided engineering) – общее название для программ или программных пакетов, предназначенных для инженерных расчётов, анализа и моделирования физических процессов. Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений. CAEсистемы помогают оценить, как поведет себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств. Современные CAEсистемы применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы) CAM [11, 13, 14, 16, 17, 21, 27, 34, 36, 38, 42, 43, 44, 50, 54].

Наиболее распространённые CAE-системы: T-FLEX, ANSYS, MSC.Nastran, ABAQUS, NEiNastran, SAMCEF, OpenFOAM, SALOME.

CAM (англ. Computer-aided manufacturing) – подготовка технологического процесса производства изделий, ориентированная на использование ЭВМ.

Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.

Русским аналогом термина является АСТПП – автоматизированная система технологической подготовки производства. Фактически же технологическая подготовка сводится к автоматизации программирования оборудования с ЧПУ (2- осевые лазерные станки), (3- и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ; токарные станки, обрабатывающие центры; автоматы продольного точения и токарно-фрезерной обработки; ювелирная и объемная гравировка).

Благодаря высокому уровню компьютерных технологий, компьютерное конструирование новых материалов и технологий их обработки стало реальностью, что активно используется и в авиадвигателестроении. В настоящее время появилась возможность предсказания свойств материалов, оценки эффективности технологических процессов и снижения затрат на экспериментальные исследования с использованием компьютерных технологий.

Основными направлениями развития CAD/CAM/CAE систем является совершенствование математического аппарата, совершенствование интерфейсов пользователя и интеграция в информационную среду предприятия.

Универсальность систем является необходимым условием их распространения и коммерческого успеха. Но только системы, ориентированные на сетевые технологии, позволяют беспрепятственно осуществлять обмен данными между всеми структурными подразделениями предприятия.

Основой эффективного проектирования является удобная среда совместного использования инженерных данных. Согласованное и интегрированное функционирование процессов логистики, процессов управления инженерными данными и процессов проектирования должно привести к синергетическому эффекту. Результат достигается благодаря использованию накопленных знаний и параллельного инжиниринга при проектировании, применению цифровых моделей при запуске в производство новых изделий/модификаций, а также использованию при планировании закупок и производстве выверенных и эталонированных нормативных данных.

Рассмотрим некоторые CAD/CAM/CAE системы, применяемые на машиностроительных предприятиях и, в частности, на ОАО "Мотор Сич".

В системе CATIA V5 в процессе проектирования создается многопараметрическая управляемая база данных модели-шаблона. В нее входят все геометрические параметры, теоретические расчеты, рекомендации, стандарты, базы данных деталей и комплектующих и т.д.

Система позволяет значительно упростить процесс согласования между проектировщиками и производственниками. Если объектами проектирования являются сложные детали или узлы, то проект может быть разделен между несколькими разработчиками (параллельная работа с проектом).

В то время, как дизайнер работает над обликом изделия, конструкторы и технологи выбирают способы изготовления отдельных узлов и изделия в целом.

На стадии формирования концепции все предварительно спроектированные элементы объединяют, чтобы воспроизвести готовый виртуальный опытный образец, или, как его нередко называют, электронный макет изделия (Digital Mock-Up – DMU). Электронный макет изделия позволяет приблизительно оценить стоимость изделия, опираясь на знание характеристик материалов, стоимость отдельных деталей и т.д. Составляются чертежи, схемы и список материалов. Затем координаты отдельных точек DMU передаются в электронную модель опытного образца.

С помощью "облака точек" в CATIA V5 существует возможность задания поверхностей и формирования твердотельных моделей. Изменения быстро включаются в цифровой макет изделия, при этом поддерживаются параллельные процессы.

Система SmarTeam позволяет в реальном масштабе времени задать способ механической обработки и определить необходимый набор инструментов. Другие отделы предприятия на основании информации SmarTeam могут начинать предварительную работу, заказывая детали, материалы и т.д. В дальнейшем с привлечением методов трехмерного конструирования разрабатываются окончательные детальные и сборочные чертежи.

В системе CATIA V5 имеются мощные модули, предназначенные для формирования программ многокоординатных фрезерных станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Особенностью авиационного производства является большая номенклатура деталей, имеющих сложнофасонные поверхности, отличающиеся большим диапазоном изменения вектора нормали и кривизны поверхности. Лопатки - это одна из характерных групп таких деталей в производстве авиационных двигателей.

Специалистами ОАО "Мотор Сич" разработана и внедрена комплексная автоматизированная система проектирования и изготовления лопаток (САПР/АСТПП "Лопатка"), в основе которой лежит метод комплексной автоматизации производства на базе единой объемной математической модели.

Объемная математическая модель детали построена на языке аналитической и дифференциальной геометрии. Именно такая один раз созданная, хранящаяся в единой базе данных и используемая всеми службами на всех этапах технологической подготовки производства математическая модель является альтернативой проекционному чертежу в автоматизированном производстве.