автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.02, диссертация на тему:Разработка методов и моделей параллельного нисходящего проектирования ракетно-космической техники в едином информационном пространстве предприятия

На правах рукописи

Филатов Александр Николаевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО НИСХОДЯЩЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ В ЕДИНОМ ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРЕДПРИЯТИЯ

05.07.02 — Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

24ИЮЛ2Щ

Самара-2014

005550864

005550864

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (национальный исследовательский университет)» (СГАУ) на кафедре конструкции и проектирования летательных аппаратов.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой конструкции и проектирования летательных аппаратов федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)» Комаров Валерий Андреевич

Официальные оппоненты: Кретов Анатолий Степанович, доктор технических наук, профессор кафедры «Конструкции и проектирование летательных аппаратов» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева»

Овсянников Михаил Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Компьютерные системы автоматизации производства» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана»

Ведущая организация: ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королёва»

Защита диссертации состоится 17 сентября 2014 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.215.04, созданного на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (национальный исследовательский университет)» (СГАУ) по адресу: 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (национальный исследовательский университет)», http://www.ssau.ru.

I

Автореферат разослан 4 июля 2014 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 212.215.04 к.т.н., доцент

Прохоров Александр Георгиевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современные рыночные механизмы ведения хозяйственной деятельности диктуют жёсткие требования предприятиям ракетно-космической отрасли (РКО):

• поддержание высокого технологического уровня разработок;

• обеспечение конкурентных преимуществ для эффективной работы на внутреннем и мировом рынке;

• обеспечение и поддержание требуемых качественных показателей ракетно-космической техники (РКТ);

• сокращение сроков научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР).

Для выполнения этих требований необходимо постоянное совершенствование как разрабатываемых изделий, так и технологий проектирования и конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) конструктивно сложных наукоёмких изделий, к числу которых относятся изделия РКТ.

Анализ существующей ситуации в РКО нашей страны показывает, что традиционные способы проектирования и организации проектно-конструкторских работ, применяемые на большинстве предприятий РКО и основанные на бумажном документообороте и стандартах (государственных, отраслевых, предприятия) второй половины прошлого века, в современных условиях, характеризующихся массовым применением вычислительной техники (ВТ), развитой инфраструктуры, систем автоматизированного проектирования (САПР) и средств управления инженерными данными, становятся неэффективными, зачастую вступают в конфликт с прогрессивными направлениями и технологиями электронного сквозного проектирования. Результатом становится торможение разрабатываемых проектов, длительные циклы КТПП изделий, моральное старение техники ещё на стадии её разработки.

Передовой опыт ведущих аэрокосмических предприятий, занимающих лидирующие позиции на мировом рынке, свидетельствует о том, что проектирование и производство технически сложных изделий в современных условиях становится невозможным без использования CALS-технологий. Концепция информационной поддержки жизненного цикла (ЖЦ) продукции предполагает параллельную работу большого коллектива специалистов в области решения проектных задач, конструирования, расчётов, технологической подготовки производства и т.д. Такие коллективы должны:

• быть хорошо оснащены технически (современная вычислительная техника, оргтехника, высокопроизводительная информационная вычислительная сеть, мощные центры обработки данных (ЦОД), системы хранения данных и т.д.);

• иметь в распоряжении лицензионные программные комплексы различного назначения и уровня (от офисного пакета до САПР «тяжёлого» класса и расчётных комплексов инженерного анализа высокого уровня);

• быть обучены работе в условиях применения CAD/CAM/CAE-систем, PDM-и ERP-систем;

• иметь возможность согласованного взаимодействия в едином информационном пространстве (ЕИП) предприятия;

• иметь свободный доступ к хранимой информации:

• быть объединены в коллективы, нацеленные на решение чётко поставленных задач в единой схеме управления проектом.

Указанные требования являются либо техническими задачами, нацеленными на комплексную автоматизацию производственного предприятия, либо организационными и направленными на построение чётко очерченных бизнес-процессов предприятия. Первая часть задач решается построением развитой информационной инфраструктуры и информационного пространства предприятия. Вторая составляющая обеспечивается выпуском организационно-распорядительных документов, формированием команды специалистов, разработкой методическо-нормативной базы, обучением коллектива и консалтинговым сопровождением разработок.

Однако само по себе решение этих задач не решает проблему эффективного использования коллективом предприятия возможностей информационного пространства в целом и программных приложений в частности. По сути это лишь инструментарий проектирования.

В этом свете становится очевидной актуальность создания методологической основы процессов КТПП в условиях:

• применения системы управления инженерными данными (РЭМ-системы) для управления проектом и инженерными данными, формируемыми в ходе реализации проекта;

• применения высокоинтеллектуального инструментария САПР, ориентированного на решение конкретных задач;

• эффективного использования кадрового потенциала предприятия при параллельном инжиниринге;

• минимизации ошибок в ходе реализации проекта, возникновение которых неизбежно в силу различного рода факторов.

Разработка методического и технологического инструментария является актуальной научно-технической задачей, решение которой позволит с наибольшей эффективностью применять САЬБ-технологии для создания изделий РКТ, осуществлять управление взаимодействием персонала и сформировать ЕИП предприятия.

Цель работы: сокращение сроков создания изделий ракетно-космической техники и повышение их качества за счёт разработки и внедрения моделей и алгоритмов управления проектами конструкторско-технологической подготовки производства на основе методологии нисходящего проектирования.

Задачи исследования:

1. Исследовать особенности применения методов нисходящего проектирования при создании изделий Ркт с учётом современных достижений в области информационных технологий.

2. Разработать математические модели и алгоритмы оценки ускорения проектно-конструкторских работ по созданию сложных изделий РКТ с использованием технологии параллельного нисходящего проектирования.

3. Выработать стратегию ведения работ с определением оптимального количества параллельно работающих подразделений.

4. Разработать математические модели оценки количества изменений в итерационных процессах создания изделий РКТ, а также общего объёма выпускаемой документации.

5. Предложить критерии оценки качества выпуска проектно-конструкторской документации, модели оценки увеличения сроков разработки изделий из-за внесения изменений в документацию.

6. Сформулировать требования к программным продуктам CreoElements/Pro (Pro/Engineer) и Windchill PDMLink и провести их адаптацию с учетом специфики проектирования и производства изделий РКТ в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс».

7. Разработать конфигурацию ЕИП ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» на основе решений Windchill PDMLink и САПР CreoElements/Pro (Pro/Engineer), реализующих информационную поддержку процедур нисходящего проектирования изделий РКТ.

8. Провести анализ эффективности использования разработанных предложений при проектировании изделий РКТ в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс».

Объектом исследования является процесс конструкторско-технологической подготовки производства изделий ракетно-космической техники.

Предметом исследования является система организации проектно-конструкторских работ в едином информационном пространстве научно-производственного предприятия.

Методы исследования. В процессе решения поставленных задач использованы методы системного анализа, математического моделирования, математической статистики, объектно-ориентированного программирования и функционального проектирования.

Научная новизна работы характеризуется следующими результатами:

1. Разработаны базовые принципы модернизации технологии нисходящего проектирования изделий РКТ с учётом современных достижений в области информационных технологий.

2. Предложена модификация закона Амдала для учёта затрат времени на организацию распараллеливания проектно-конструкторских работ.

3. Предложены математические модели оценки количества изменений в итерационном процессе создания изделий РКТ.

4. Сформирована и решена задача о рациональном распараллеливании процессов проектирования изделий РКТ.

Практическая ценность. Практически значимыми являются следующие результаты диссертационной работы:

1. Стратегии и методики ведения проектно-конструкторских работ по технологии нисходящего проектирования, основанные на выделении доли последовательно и параллельно выполняемых работ, позволяющие оптимизировать организационную структуру проектной организации и процессы разработки изделий РКТ.

2. Методология организации нисходящего проектирования, основанная на решениях Windchill PDMLink и САПР CreoElements/Pro (Pro/Engineer), для разработки изделий РКТ.

3. Результаты внедрения разработанных моделей и алгоритмов в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» для организации конструкгорско-технологической подготовки производства ракеты-носителя (РН) «Союз-2-1В», блока-выведения (БВ) «Волга», космического аппарата (КА) «Сервал», КА «Обзор-Р», а также при разработке электронного макета самолёта «Рысачок».

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Методологические основы нисходящего проектирования изделий РКТ с использованием современных информационных технологий и реализацией в среде Windchill PDMLink и САПР CreoElements/Pro (Pro/Engineer).

2. Математические модели оценки эффективности проекггно-конструкторских работ за счет распараллеливания итерационных процессов разработки.

3. Принципы формирования ЕИП территориально распределённого предприятия РКО для реализации технологии нисходящего проектирования изделий РКТ.

4. Результаты внедрения технологии нисходящего проектирования и анализа путей ускорения проектно-конструкторских работ реальных изделий РКТ.

Реализация и внедрение научно-технических результатов работы в промышленности.

Результаты работы используются в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» при разработке перспективных изделий РКТ (РН «Союз-2-1В», БВ «Волга», К А «Сервал», КА «Обзор-Р»), реализованы в четырёх стандартах предприятия, 65-ти регламентах и инструкциях, определяющих методологию, порядок и правила применения систем Windchill и CreoElements/Pro с адаптацией для разработки изделий РКТ.

Апробация результатов, полученных в диссертационной работе, осуществлялась на научно-техническом совете ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королёва» и в рамках следующих научно-технических конференций: Симпозиум с международным участием «Самолётостроение России. Проблемы и перспективы» (г. Самара, 2012 г.); XV и XVI Международная научно-практическая конференция «ИТ-БИЗНЕС в Металлургии, Машиностроении, ТЭК и Химии» (г. Москва, 2012 г., 2013 г.); Научно-техническая конференция «Актуальные проблемы ракетно-космической техники» (II Козловские чтения) (г. Самара, 2013 г.); Международная научно-техническая конференция «Перспективные информационные технологии (ПИТ-2013)» (г. Самара, 2013 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 работ, из них 9 в изданиях из перечня российских рецензируемых научных журналов,

рекомендуемых ВАК.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, содержащего 102 наименования, двух приложений. Работа изложена на 163 страницах, содержит 62 рисунка, 2 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована её цель, аргументирована научная новизна исследований, показана

практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения и сведения об апробации работы и публикациях.

В первой главе даётся анализ становления и развития методов проектирования изделий РКТ, обсуждается роль информационных технологий, математического и компьютерного ЗО-моделирования в процессе проектирования изделий РКТ, приводится информация о месте и роли САО/САМ/САЕ/РЭМ-систем, технологий виртуализации и работы в ЕИП предприятия при разработке наукоёмких изделий.

В области методов проектирования и информационной поддержки сложных наукоёмких изделий отмечены работы В. И. Феодосьева, Г. Б. Синярёва. В. Т. Лизина, В. Е. Климова, Д. И. Козлова, Г. П. Аншакова, Т. А. Вейсхаара, А. В. Кармишина, В. А. Комарова, В. И. Куренкова, И. П. Норенкова, Е. В. Судова, А. Ф. Колчина, Э. Р. Яаутег, 1 Я. \Vertz, 1.1. \Vijker и др.

Современный подход к проектированию изделий РКТ состоит в том, что математические модели высокого уровня используются на ранних стадиях проектирования, и в создании этих моделей принимают участие аналитики, проектанты, конструкторы и другие специалисты. Новые информационные технологии дают возможности для распараллеливания многих видов работ, что позволяет решить одну из важнейших задач - сокращение времени разработки изделий. Кроме того, использование адекватных математических моделей позволяет уменьшить количество и «глубину» итераций в процессе проектирования. Однако эти пути требуют, в свою очередь, затрат труда и времени. Поэтому названные направления ускорения и сокращения сроков процесса проектирования нуждаются в анализе и в некоторых случаях в оптимизации.

Показана необходимость в создании ЕИП предприятия, позволяющего интегрировать в единую систему используемые информационные технологии, управлять данными, генерируемыми на различных этапах ЖЦ изделий, и осуществлять оперативный информационный обмен между участниками бизнес-процессов.

Практика показывает, что ускорение процесса разработки новых изделий достигается рациональным сочетанием различных методов проектирования, среди которых выделена технология нисходящего проектирования, заслуживающая тщательного исследования в различных её аспектах: информационная поддержка, организационно-методическое обеспечение, решение комплекса задач, связанных с внедрением.

Во второй главе описаны особенности проектирования изделий РКТ, к которым относятся: высокая конструктивная сложность, уникальность конструктивного исполнения, многообразие приборно-агрегатного состава, высокая плотность компоновки, сочетание в одном изделии зачастую противоречивых требований, сложность эксплуатационных условий и многое другое. Все это делает изделия РКТ сложным объектом с точки зрения построения процессов КТПП. С появлением технических и программных средств существует возможность принципиального изменения бизнес-процессов разработки изделий. Одной из важных задач является выбор программных решений с позиций создания ЕИП предприятия и информационной поддержки ЖЦ изделий. Применительно к ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» сформулированы основные принципы создания системы управления ЖЦ изделий, с учётом которых определены требования к РЬМ

и PDM системам. Проведённый сравнительный анализ известных программных решений, удовлетворяющих этим требованиям, позволил сделать выбор в пользу PLM-решения, основанного на применении САПР Creo Elements/Pro (Pro/Engineer) и системы управления инженерными данными Windchill PDMLink.

Представлены материалы по адаптации указанных систем к условиям ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», которая выполнялась в ходе решения производственных задач возрастающей сложности.

Первым опытом реального внедрения систем CreoElements/Pro (Pro/Engineer) и Windchill PDMLink стал лёгкомоторный самолет «Рысачок». Следующим этапом стало формирование и первый опыт применения технологии нисходящего проектирования при создании хвостового отсека РН «Союз-2-1В». Отработка технологии нисходящего проектирования проводилась при разработке БВ «Волга».

Особое внимание уделено нормативному обеспечению новых методов проектирования в цифровой среде, где во главу угла поставлена электронная модель создаваемого изделия.

Предложена схема организации разработки изделия с использованием технологии нисходящего проектирования, показанная на рисунке 1.

При разработке проекта по данной схеме весь проект разбивается на две отдельные части: управляющая структура и конструкторская сборка.

Управляющая Структура

Управляющая сборка Проектанта Управляющие Сборки

L Мастер геометрия Проектанта

Управляющая сборка Конструктора

L

Управляющие

Сборки Конструктора

Мастер геометрия Конструктора

Конструкторская сборка изделия модификации «А»

Сборка изделия Верхний уровень

Изделие Подсборка

5

Изделие Подсборка

Легенда:

Связи компонентов в сборке . Копия геометрии

1—^ Структура изделия модификации «Б» ---Структура изделия модификации «В» ^^

Рисунок 1 - Схема организации нисходящего проектирования Разработанная технология нисходящего проектирования применительно к структурному построению конструкторско-технологических подразделений ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» предполагает следующий порядок работы по проекту:

1-я фаза - планирование;

2-я фаза - разработка Управляющей структуры;

3-я фаза - разработка Рабочей сборки изделия (конструкторская сборка);

4-я фаза - разработка стапельной оснастки и технологического оборудования. Далее проект выходит в область производства, где по созданной в

конструкторском бюро и службе главного технолога конструкторской документации (КД) осуществляется изготовление изделия.

Разработанная технология создаёт возможности для распараллеливания работы конструкторских и технологических подразделений предприятия в едином процессе КТПП.

Третья глава посвящена разработке математических моделей, позволяющих формализовать процесс распараллеливания работ при проектировании изделий РКТ по методологии нисходящего проектирования.

Известно, что проектирование изделий РКТ - процесс итерационный, причём итерации осуществляются не только между основными этапами проектирования, но и внутри каждого из них.

Организационная структура ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» создаёт возможность для последовательно-параллельного проектирования по нисходящей методологии. При этом неизбежно возникают итерации (процесс согласований, изменений и уточнений) как по вертикали - между проектантами и конструкторами, так и по горизонтали - между конструкторскими отделами (рисунок 2).

4

Проектный отдел

ыкоординация параллельно в

47

Разработка конструкции

Конструкторский отдел Конструкторский отдел

разработки общих видов. монтажа бортовой аппаратуры на изделия РКТ

Конструкторский отдел монтажа бортовой кабельной с< на изделия РКТ

Конструкторский отдел разработки КД ч бортовую кабельную сеть

Рисунок 2 - Организация последовательно-параллельных работ по методологии нисходящего проектирования Подобная организация проектных работ позволяет сократить время разработки и варианты исполнения изделий, однако появляются дополнительные потери, связанные с координацией параллельно выполняемых работ с учётом итеративности процесса.

В качестве математической модели определения коэффициента ускорения проектно-конструкторских работ с учётом итеративности процесса предложена модификация закона Амдала:

=

(1)

где 5

О)

суммарное ускорение решения проектно-конструкторской задачи в

результате ряда итераций (/') по уточнению проекта. Характеристика выражает отношение времени решения определённой задачи при последовательном выполнении работ ко времени её решения с распараллеливанием работ и с учётом затрат на их координацию; а - доля работ из всего объёма, которая выполняется последовательно (работа проектного отдела); 1 - а - доля работ, которая может быть распараллелена (работа конструкторских отделов); р - количество параллельно работающих подразделений (конструкторских отделов); ) - количество итераций,

9

каждая из которых уточняет проект за счёт внесения изменений в проектно-конструкторскую документацию; Р1 - величина, определяющая затраты трудоёмкости на координацию параллельных работ и внесение изменений в документацию по итерациям и равная

(2)

Р;=1+У ¿V.

где еу = е(,-е~Сг1 - коэффициент, определяющий долю работы, которую необходимо дополнительно затратить на координацию параллельных работ и согласование результатов после у'-ой итерации проекта; е0 - коэффициент, определяющий долю работы, которую необходимо дополнительно затратить, чтобы уточнить первую реализацию проекта; Е\ - коэффициент уменьшения количества изменений.

На основании предложенной модели проведены исследования различных стратегий организации проектно-конструкторских работ, отличающихся степенью их распараллеливания, исследования влияния итерационных процедур на ускорение работ. Результаты полученных значений ускорения проектно-конструкторских работ для шести итераций представлены на рисунках 3 и 4.

а'02

а=0,3 а-0,4

.....................♦.............♦........................

р=6 Р-5

к

,р=З

Рисунок 3 - Графики изменения ускорения при различных а и р=4

Рисунок 4 - Графики изменения ускорения при различных р и а = 0,2

Из (1) и рисунков 3-4 можно сделать вывод, что чем меньше а, тем выше ускорение работ. При этом с меньшим уровнем детализации разрабатывается мастер-геометрия и больше свободы действия предоставляется конструкторским подразделениям.

Рассмотрен пример, в котором учтены 4"

различные информационные технологии (САПР, РЭМ и РЬМ - системы), выполнения самих проектно-

конструкторских работ. На предприятиях используются разные комбинации данных систем и их модулей, кроме того, степень внедрения и адаптации может быть различной. Каждую такую комбинацию можно считать отдельной технологией, которой соответствуют значения коэффициентов е0 и (рисунок 5).

125 ж г.2

«

г.15 11 2,05

ес=0,07 И £1=1,5

ЕО=0,15 И Е|=0,8

Рисунок 5 - Графики изменения ускорений для различных технологий

Анализ показал, что ускорение выше и технология тем лучше, чем меньше значение коэффициента £о и больше значение еи то есть чем меньше доля работ, дополнительно затрачиваемой на внесение изменений в документацию при первой реализации проекта, и чем меньше изменений при последующих итерациях проекта.

Предложена модель оценки эффективности распараллеливания с учётом потерь, связанных с координацией параллельно выполняемых работ:

5(Р) = -, (3)

где /(р) - доля работ, затрачиваемых на координацию параллельных процессов. Условие для /(р), при котором будет какое-либо ускорение:

« + ~ + Яр) < 1 или /(р) < (1 -«)

Условие для р: р- целое и р > 2.

Для случая, когда затраты на координацию пропорциональны числу параллельных процессов, можно принять Лр)=с ■ р, где с - коэффициент, определяющий «степень связности» подразделений при координации их работ. Этот случай распространяется на системы, в и Пр) которых с точки зрения сложности и трудоёмкости доминируют компоненты, связанные с разработкой конструкции (например, РН и БВ).

Ускорение и, следовательно,

эффективность достигаются для тех значений р, при которых функция

Р(р)=а + —- + с ■ р принимает наименьшие

,р ,, Рисунок 6 - График функции Р(р)

значения (рисунок 6).

Решена задача организации проектно-конструкторских работ, предполагающая эффективное определение числа параллельных процессов. Чтобы применить аппарат математического анализа функция ¡7(р) рассмотрена как непрерывная, и произведена замена дискретного (целочисленного) значения р на непрерывное х. В непрерывной постановке:

Ь\х) = а + —^ + [(х)-^-пип.

Искомый оптимальный параметр х При значениях а= 0,2 и с=0,04 имеем

л=4,472 или целочисленное решение х=4. Данное решение является оптимальным, так как доставляет минимум функции Др) (рисунок 6).

Для систем, в которых с точки зрения сложности и трудоёмкости доминируют электромеханические и электронные компоненты, например КА, координирующая функция пропорциональна квадрату числа параллельно работающих подразделений: Др)-с-р2. Тогда определение оптимального количества параллельных процессов сводится к решению задачи нахождения минимума функции Ф{р)=а + с ■ р2.

Или в непрерывной постановке Ф(х)=а + + с • х2-+тт, которая имеет решение

х=Ч1_а п значениях а=о,2 и с=0,01 имеем *=3,419 или целочисленное

2 с

решение х -3. Данное решение является оптимальным, так как доставляет минимум функции Ф(х) и, следовательно, Ф(р) (рисунок 7).

Разработанные математические модели позволяют:

• рассчитывать ускорение проектно-конструкторских работ, учитывая их итеративность,

• вырабатывать стратегию ведения проектно-конструкторских работ по методологии нисходящего проектирования с учётом используемых информационных технологий,

• вести учёт потерь, связанных с координацией параллельных процессов,

• определять оптимальное количество параллельно раоотающих подразделений (конструкторских отделов).

В четвёртой главе рассматривается математическая модель оценки количества изменений, вносимых в инженерную документацию на различных этапах выполнения опытно-конструкторских работ, и их влияние на длительность выполнения проекта. Количество таких изменений тем меньше, чем больше этапы отстоят друг от друга, а значит, имеется достаточное время на всестороннюю проработку технических решений. Кроме того, чем дальше зашла реализация проекта, тем выше затраты на доработку проекта и тем больше времени тратится на процесс проектирования и запуск изделия в производство.

Для оценки количества изменений на основе статистических данных предприятия предложена следующая математическая модель:

где п - номер текущего этапа, при работе на котором определяется количество изменений на предыдущих V - ых этапах (у < п); V - номер предыдущего этапа относительно текущего этапа и; Ь - коэффициент, учитывающий сложность проектируемого изделия; а - коэффициент, характеризующий уменьшение количества изменений с ростом п для фиксированного значения у; с - коэффициент, характеризующий рост изменений по V при фиксированном п.

Разработан ряд алгоритмов и программ, позволяющих оценивать рост выпуска проектно - конструкторской документации для различных этапов ЖЦ изделий. Для наглядного представления процесса развития проекта предложена визуализация количества документации в полярных координатах, в которых длина вектора соответствует количеству разработанных документов. Один оборот радиуса вектора соответствует одному году работы над изделием. Развитие проекта характеризуется наращиванием объёма выпускаемой документации и имеет форму раскручивающейся спирали (рисунок 8).

На последних этапах ЖЦ изделий поток документации и изменений сокращается и спираль, замедляя свою раскрутку, приближается к некоторому стационарному состоянию.

1 > Ф(р)

Рисунок 7 - График функции Ф(р)

90

90

кед 18(

330

о

270

Рисунок 8 - Спиральное представление выпуска проектной документации

нарастающим итогом для реального изделия (те 1(1:) — общий объём проектной

документации, уз2(0 - объём документации, выпущенной по извещениям на

изменения)

В главе приводится алгоритм вычисления времени на реализацию проекта с учётом затрат времени на внесение изменений, возникающих на этапах работы над проектом.

Построены графики выпуска проектно-конструкторской документации по годам и спиральное представление ЖЦ выпуска документации для 3 типов изделий:

1. КА дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), при создании которого имелся прототип, и разработка осуществлялась по традиционной технологии,

2. КА ДЗЗ, при создании которого не было прототипа, и разработка также осуществлялась по традиционной технологии,

3. РБ, при создании которого не было прототипа, но разработка осуществлялась по технологии нисходящего проектирования.

Для оценки производительности выпуска проектно-конструкторской документации предлагается использовать коэффициент качества проектной и конструкторской документации. Коэффициент качества определяет отношение активной части документации (то есть документации, на которую не выпускались извещения на изменения и которая непосредственно была востребована в производстве) ко всему объёму выпущенной документации. Чем больше этот коэффициент, тем выше качество проектно-конструкторских работ.

Предложен алгоритм определения увеличения сроков разработки изделий из-за внесения изменений в документацию.

Количественные оценки показывают, что применение технологии нисходящего проектирования дают ощутимые преимущества перед традиционными методами, как в части качества, так и сроках разработки изделий

В пятой главе представлены результаты внедрения технологии нисходящего проектирования в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» в ЕИП предприятия и формирование общей стратегии ведения проектно-конструкторских работ в интегрированной информационной среде на основе методологии нисходящего проектирования.

Даётся описание особенностей разработанного под руководством автора ЕИП ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» (рисунок 9).

Приводится информация о структуре и задачах управления информационных технологий, на которое возложены обязанности по созданию ЕИП и продвижению технологии нисходящего проектирования. Отмечается необходимость организации рабочих групп из наиболее квалифицированных специалистов, нацеленных на сквозную реализацию проекта. Даются примеры выполнения проектов по технологии нисходящего проектирования.

Описывается комплекс стандартов, регламентов и инструкций, содержащий основные нормативные документы внедрения методологии нисходящего проектирования в ЕИП предприятия.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны базовые принципы модернизации технологии нисходящего проектирования изделий РКТ с учётом современных достижений в области информационных технологий.

2. Предложена модификация закона Амдала для учёта затрат времени на организацию распараллеливания проектно-конструкторских работ.

3. Сформулирована и решена задача о сокращении времени проектно-конструкторских работ за счёт их распараллеливания. Показано, что рациональное распараллеливание проектно-конструкторских работ даёт ускорение на 20.. .30%.

4. Предложены количественные критерии оценки качества выпуска проектно-конструкторской документации.

5. Разработаны математические модели оценки количества изменений в итерационных процессах создания РКТ и определена стратегия их уменьшения.

6. Все результаты исследования внедрены на ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» при разработке ЕИП предприятия.

7. Анализ выполнения ряда реальных проектов по модернизированной технологии нисходящего проектирования в ЕИП предприятия показал возможность уменьшения сроков разработки РКТ в 2...2,5 раза.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией при Министерстве образования и науки РФ 1. Комаров, В. А. Модели оценки ускорения проектно-конструкторских работ в наукоемком машиностроении за счет распараллеливания итерационных процессов разработки [Текст] / В. А. Комаров. М. Е. Кременецкая. А. В. Соллогуб,

Рисунок 9 - Архитектура ЕИП предприятия

А- Н. Филатов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - 2010. - №4 (24). - С. 224-231.

2. Климов, В. Е., Основы методологии нисходящего проектирования изделий ракетно-космической техники, основанной на решениях системы Windchill и САПР Pro/Engineer [Текст] / В. Е. Климов, В. В. Клишин, А. В. Соллогуб, А. Н. Филатов // Научно-технический журнал «Информационные технологии в проектировании и производстве». - 2011. - №2. - С. 33-42.

3. Климов, В. Е., Разработка стапельной оснастки изделий ракетно-космической техники на основе принципов нисходящего проектирования [Текст] / В. Е. Климов, Н. А. Немов, А. И. Милованов, А. Н. Филатов // Научно-технический журнал «Информационные технологии в проектировании и производстве». - 2011. -№3. - С. 4954.

4. Климов, В. Е. Оценка ускорения проекгно-конструкторских работ при нисходящем проектировании за счет их распараллеливания [Текст] / В. Е. Климов, А. В. Соллогуб, А. Н. Филатов // Общероссийский научно-технический журнал «Полет». -2011.-№9. - С.52-59.

5. Комарова, Л. А. Применение технологии нисходящего проектирования, основанной на решениях Windchill PDMLink и САПР Pro/Engineer, для разработки изделий ракетно-космической техники [Текст] / Л. А. Комарова, А. Н. Филатов // Известия Самарского научного центра Российской академии'наук. - 20П.-Т. 13, №1(2). -С. 297-303.

6. Соллогуб, А. В. Модели оценки эффективности вложения средств предприятий в информационные технологии [Текст] / А. В. Соллогуб, А. Н. Филатов // Общероссийский научно-технический журнал «Полегг». - 2011,- №12. -С. 53-60.

7. Кременецкая, М. Е. Итерационные модели оценки количества изменений на этапах разработки изделий ракетно — космической техники и их влияние на продолжительность реализации проекта [Текст] / М. Е. Кременецкая, А. В. Соллогуб, А. Н. Филатов // Общероссийский научно-технический журнал «Полет». - 2012. - №3. - С. 13-17.

8. Иващенко, А. В. Современные технологии организации проектирования в едином информационном пространстве научно-производственного предприятия [Текст] /

A. В. Иващенко, М. Е. Кременецкая, А, Н. Филатов, Д. Г. Пейсахович // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета - 2012. -№5 (36). 4.1. -С. 284-292.

9. Филатов, А. Н. Электронный технический документооборот конструкторской документации как основа единого информационного пространства предприятия аэрокосмической отрасли [Текст] / А. Н. Филатов, И. В. Никашина,

B. А. Комаров // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. -2013.-Т. 15, №6(4). -С. 4-16.

В других гаданиях

10. Кирилин, А. Н. Создание информационной инфраструктуры предприятия для реализации сквозного процесса конструктивно - технологической подготовки производства изделий РКТ [Текст] / А. Н. Кирилин, А.В. Соллогуб, А.Н. Филатов //

Самолетостроение России. Проблемы и перспекшвы: материалы симпозиума с международным участием. - Самара: Самарск. гос. аэрокос. ун-т., 2012. - С. 211 - 212.

11. Филатов, А- Н. Основы методологии нисходящего проектирования изделий ракетно-космической техники, основанной на решениях системы Windchill PDMLink и САПР Pro/Engineer [Электронный ресурс] // Доклад на XV международной гаучно-пракгаческой конференции «ИТ-БИЗНЕС в Металлургии, Машиностроении, ТЭК и Химии» (май 2012 г. Москва). URL: http: ibmm.ru/173417.

12. Филатов, А. Н., Технология нисходящего проектирования изделий РКТ, основанная на решениях компании РТС [Текст] / А. Н. Филатов, К. В. Стерлигов, С. М. Микушкина // Информационно-аналитический журнал «Rational Enterprise Management (Рациональное управление предприятием)» для руководителей и IT-специалистов промышленных предприятий, научных и проектных организаций. -2013. - №2. - С.46-49.

13. Филатов, А. Н. Электронный документооборот технической документации в информационном пространстве территориально распределенной интегрированной структуре [Электронный ресурс] // Доклад на XVI международной н^чно-пракгической конференции «ИТ-БИЗНЕС в Металлургии, Машиностроении, ТЭК и Химии» (июнь 2013 г. Москва). URL: http: ibmm.ni/173417.

14. Филатов, А- Н. Имитационное моделирование при создании и отработке новых образцов РКТ [Текст] / А. Н. Филатов, С.М.Микушкина, А.В.Безруков, А. Ю. Алексеев // Актуальные проблемы ракетно-космической техники (III Козловские чтения): материалы всероссийской н^чно-технической конференции. - Самара: СНЦ РАН, 2013.-С. 511-512.

15. Филатов, А. Н. Комплексное использование методики нисходящего проектирования и суперкомпьютерных технологий при расчете интегральных газодинамических характеристик при разделении ступеней РКН [Текст] / А. Н. Филатов, С.М.Микушкина, А.Ю.Безруков, А.А.Костарев // Актуальные,проблемы ракетно-космической техники (III Козловские чтения): материалы всероссийской н^чно-технической конференции. - Самара: СНЦ РАН, 2013.-С. 571-580.

16. Филатов, А. Н. Электронный технический документооборот конструкторской документации [Текст] / А. Н. Филатов, С. М. Микушкина, И. В. Никашина // Перспективные информационные технологии (ПИТ-2013): сборник научных трудов международной научно-технической конференции. - Самара: Самарск. гос. аэрокос.ун-т.,2013.-С. 132-136.

17. Филатов, А. Н. Модели и анализ процессов нисходящего проектирования изделий ракетно-космической техники [Электронный ресурс] // Доклад на XVII международной научно-практической конференции «ИТ-БИЗНЕС в Металлургии, Машиностроении, ТЭК и Химии» (июнь 2014 г. Москва). URL: http: ibmm.ru/173417.

Подписано в печать 01.07.2014. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Отпечатано с готового оригинал-макета

Типография ООО «Инсома-пресс» 443080, Самара, ул. Санфировой, 110А