автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.02, диссертация на тему:Разработка технологии информационной поддержки проектирования и конструкторской подготовки производства космических аппаратов дистанционного зондирования Земли

На правах рукописи

Космодемьянский Евгений Владимирович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНСТРУКТОРСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ

05.07.02 - Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

12 ФЕВ 2015

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара-2014

005558981

005558981

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Комаров Валерий Андреевич.

Официальные оппоненты: Матвеев Юрий Александрович, доктор технических

наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)», профессор кафедры «Космические системы и ракетостроение»;

Шильников Петр Станиславович, кандидат технических наук, федеральное государственное бюджетное ' образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана», доцент кафедры "Компьютерные системы автоматизации производства".

Ведущая организация: ОАО "Ракетно-космическая корпорация "Энергия",

г. Королёв, Московская область

Защита диссертации состоится 13 марта 2015 г. в 12:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.215.04, созданного на базе федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)», по адресу: 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34, корпус За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте http://ssau.ru/resources/dis_protection/kosmodemyanskii/ федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)».

Автореферат разослан 28 января 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.215.04 кандидат технических наук, доцент

Прохоров А. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

На сегодняшний день информационная поддержка разработки является неотъемлемой частью процесса проектирования любого наукоемкого изделия. При этом наблюдается тенденция роста выделяемых ресурсов на информационные технологии в зависимости от сложности изделия, значимости проекта и уровня ответственности перед потребителями. В условиях растущей конкуренции и повышения требований к самим образцам техники информационная поддержка разработки наукоёмких образцов техники может обеспетать создание изделий с высокими тактико-техническими характеристиками и дать существенное конкурентное преимущество. В современных условиях одним из важнейших требований становится сокращение сроков разработки.

В области космической техники применение информационных технологий развивается практически с момента появления первых вычислительных средств, подходящих для этой цели, и продолжает интенсивно развиваться. Одним из направлений развития информационных технологий применительно к разработке космической и другой сложной техники являются технологии информационной поддержки жизненного цикла изделий (CALS/ИПИ-технолопш).

Исследование организационных и технических процессов при применении данных технологий на этапах концептуального проектирования и конструкторской подготовки производства, выявление и анализ основных факторов, повышающих эффективность применения ИПИ-технологий в области космической техники, в частности, космических аппаратов дистанционного зондирования Земли, обладающих особой сложностью, является актуальной задачей.

Работа выполнена с поддержкой ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, государственный контракт №14.740.11.0126 от 13.09.2010 г. по теме «Разработка инновационной технологии конструирования летательных аппаратов с использованием высокоточного математического моделирования и концепции CALS» и гранта №239-04 Всероссийского конкурса - поддержка высокотехнологичных инновационных молодежных проектов. Цель работы

Целью настоящего исследования является сокращение сроков и повышение качества разработки космических аппаратов дистанционного зондирования Земли (КА ДЗЗ) на этапах концептуального проектирования изделия и конструкторской подготовки производства.

Задачи исследования

1. Анализ основных этапов концептуального проектирования и конструкторской подготовки производства космического аппарата ДЗЗ с точки зрения ИПИ-технологий.

2. Разработка классификации электронных моделей сборочных единиц космической техники по критерию размерности.

3. Разработка методики создания, ведения и оптимизации трёхмерных сверхбольших моделей сборочных единиц изделий ракетно-космической техники.

4. Разработка методики создания и использования интерактивных электронных технических руководств на этапе концептуального, эскизного и рабочего проектирования космических аппаратов дистанционного зондирования.

5. Разработка методики проведения макетно-конструкторских испытаний КА с использованием электронного макета изделия.

6. Поиск и анализ новых форм запуска и проведения проектов КА с целью

обеспечения сокращения срока разработки изделия.

Объект исследования

Процесс проектирования космических аппаратов дистанционного зондирования Земли в условиях информационной поддержки всего жизненного цикла изделия.

Предмет исследования

Информационная поддержка разработки КА ДЗЗ на этапах концептуального проектирования изделия и конструкторской подготовки производства.

Методы исследования

Математическое программирование, вычислительный эксперимент, исследование операций, методы оптимизации, общие методы информационной поддержки жизненного цикла (ЖЦ), математическое моделирование.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается результатами практического применения основных положений работы при разработке образцов новой космической техники.

Автор выносит на защиту

- результаты исследования основных факторов, влияющих на экономичность трёхмерной модели конструкции и компоновки космического аппарата (под экономичностью понимаются затраты на вычислительные ресурсы, необходимые для работы с моделью);

- методику организации работ со сверхбольшими электронными моделями сборочных единиц изделий ракетно-космической техники;

- методику проведения макетно-конструкторских испытаний космического аппарата на электронном макете изделия;

- комплекс организационно-методических мероприятий запуска и ведения новых проектов КА с использованием инновационных технологий проектирования.

Научная новизна работы:

1. Выявлены основные факторы, влияющие на эффективность работы конструктора с электронными описаниями сложных изделий. Предложена классификация трёхмерных моделей изделий ракетно-космической техники.

2. Разработана методика организации работ со сверхбольшими трёхмерными моделями сборочных единиц изделий ракетно-космической техники.

3. Процесс разработки КА рассмотрен как задача структурной оптимизации, и для его ускорения предложена адаптивная структура управления с учетом особенностей проектирования и конструкторской подготовки производства КА.

4. Разработана методика создания и использования интерактивных электронных технических руководств на этапе концептуального, эскизного и рабочего проектирования космического аппарата дистанционного зондирования Земли.

Практическая значимость

1. Разработаны методики организации работ со сверхбольшими трёхмерными сборками изделий ракетно-космической техники и комплекс организационно-методических мероприятий запуска проекта малого космического аппарата (МКА) с использованием новых информационных и организационных технологий проектирования,

которые могут быть использованы в разработке КА ДЗЗ и КА другого назначения.

2. Проведены исследования в области повышения эффективности и качества моделирования конструкций и компоновки космических аппаратов и последующая апробация результатов на различных этапах разработки КА и МКА ДЗЗ.

3. Разработана методика создания и использования интерактивных электронных технических руководств на этапе концептуального, эскизного и рабочего проектирования космических аппаратов дистанционного зондирования, проведена апробация данной методики при разработке радиолокационного КА.

Реализация результатов

Разработанный комплекс организационно-методических мероприятий внедрен в АО «РКЦ «Прогресс». Результаты работы использовались при создании изделий: КА на базе модуля служебных систем (МСС), КА «Обзор-Р», МКА «Сервал».

Апробация результатов

Основные положения работы докладывались на следующих научных конференциях: XI Международная конференции «Системный анализ, управление и навигация», МАИ, Украина, г. Евпатория, 2006 г.; XII Международная конференция «Системный анализ, управление и навигация», МАИ, Украина, г. Евпатория, 2007 г.; XVIII Научно-техническая конференция молодых учёных и специалистов, ОАО «РКК «Энергия», г. Москва, 2008 г.; Международная конференция «Перспективные информационные технологии для авиации и космоса», СГАУ, г.Самара, 2010г.; VIII Конференция молодых специалистов организаций ракетно-космической, авиационной и металлургической промышленности, ООО «Комметпром», г. Королёв, 2010 г.; XX Международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», ИОА СО РАН, г. Санкт-Петербург, 2010 г.; XIX Научно-техническая конференция молодых учёных и специалистов. ОАО «РКК «Энергия», г. Москва, 2011 г.; Вторая международная конференция «Научные и технологические эксперименты на автоматических КА и малых спутниках», СГАУ, г.Самара, 2011г.; Региональная научно-практическая конференция, посвященная 50-летию первого полета человека в космос, СГАУ, г.Самара, 2011г.; Международная молодежная научная конференция «XII Королёвские чтения», СГАУ, г. Самара, 2013 г.; Актуальные проблемы ракетно-космической техники (III Козловские чтения), АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара, 2013 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых научно-технических изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Российской Федерации.

Объём и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 84 наименований. Работа содержит 180 страниц машинописного текста, 55 рисунков, 15 таблиц и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика решаемой в диссертации задачи с обзором имеющихся по ней публикаций, обоснована актуальность темы

диссертации, сформулирована цель работы, приведены результаты, выносимые на защиту, сведения об апробации работы и публикациях.

В первой главе показана актуальность разработки методов информационной поддержки изделия. Приведён обзор процесса становления и развития методов и средств информационной поддержки изделия в ракетно-космической отрасли. Отмечено, что разработка и адаптация различных методов математического моделирования, реализация их в виде программных комплексов позволяет уменьшать объём испытаний на физических макетах, тем самым уменьшая общую стоимость разработки техники. В аэрокосмической индустрии, где объём экспериментальной отработки чрезвычайно высок — это существенный фактор.

Наиболее ответственная стадия разработки КА, на которой формируется облик и закладываются основные технические решения — концептуальное проектирование, требует должного уровня информационной поддержки. Данный этап разработки характеризуется большим количеством неопределенностей, количеством трудноформализуемых оптимизационных задач и отсутствием однозначной методологии, как самого процесса проектирования, так и его информационной поддержки.

В области автоматизации проектирования и конструирования сложных наукоёмких изделий отмечены работы Братухина А. Г., Норенкова И. П., Кузьмика П. К., Колчина А. Ф., Ковшова А. Н., Назарова Ю. Ф., Судова Е. В., Левина А. И., Соллогуба А. В., Филатова А. Н., Комарова В. А. и др.

Во второй главе сформулирована задача создания и ведения сверхбольших электронных моделей изделия в аэрокосмической промышленности. Рассмотрен жизненный цикл электронной модели конструкции и компоновки КА ДЗЗ, приводится классификация электронных моделей сборочных единиц (ЭМСЕ) по количеству компонентов. Электронные модели сборочных единиц предлагается разделить на следующие типы:

- малые — до 100 компонентов;

- средние — от 100 до 1000 компонентов;

- большие — от 1000 компонентов до 100 000;

- сверхбольшие — от 100 000 и выше.

Дается обоснование классификации. На основе специально поставленных экспериментов определена зависимость количества занимаемой оперативной памяти при открытии модели от количества компонентов (рисунок 1).

Малая ЭМСЕ Средняя ЭМСЕ Большая ЭМСЕ Сверхбольшая

ЭМСЕ

Тип ЭМСИ

Рисунок 1 -Зависимость количества занимаемой ся крагивной I вмят отгити ЭМСЕ

6

Эксперименты проводились с использованием высокопроизводительной графической станции со следующими характеристиками: процессор - Intel Xeon CPU Е5-1650 0 @ 3.2GHz, объём оперативной памяти 32 Гб, видеоадаптер NVIDIA Quadro К5000, 64-разрядная оперативная система Windows 7.

Приводятся и рассматриваются такие особенности процесса создания и использования сверхбольшой электронной модели изделия, как её планирование и структурирование. Рассматриваются требования, предъявляемые к элементам сверхбольшой электронной модели изделия. Приводятся требования к габаритным моделям бортовой аппаратуры и агрегатов. Сформулированы следующие требования к моделям элементов конструкции:

- единая среда разработки моделей — для интеграции в общую модель изделия все элементы должны создаваться в единой системе автоматтированного проектирования (САПР);

- регламентирование формата имен файлов и их атрибутов — по ГОСТ, ОСТ, СТП или другому стандарту, используемому на предприятии для обозначения выпускаемой документации;

- задание массы и центра масс каждого элемента модели с целью правильного определения массово-инерционных характеристик всего изделия в целом;

- экономичное построение модели — один и тот же элемент конструкции можно смоделировать несколькими разными способами, необходимо выбирать оптимальный способ;

целесообразное использование специализированного инструментария САПР;

- эффективное упрощение модели с учётом решения всех поставленных перед моделированием задач.

- возможность моделирования различных функциональных особенностей: зон обзора, незатенения и движения элементов конструкции, зон возможного направления движения отделяемых элементов, зон обеспечения доступа к приборам, зоны размещения элементов конструкции.

Оценена эффективность выполнения данных требований.

В четвертом разделе главы формулируется задача оптимизации сверхбольшой электронной модели сборочной единицы по критерию объёма занимаемой оперативной памяти вычислительной машины. Одними из основных требований к электронной модели сборочной единицы являются её полнота, точность и экономичность - затраты на вычислительные ресурсы, необходимые для работы с моделью. Экономичность модели, выражегахая аналитически, зависит от множества параметров и, если принять её за единственную целевую функцию, поддается формализации с помошыо инструментария математического программирования.

В качестве целевой функции при описании сверхбольшой модели сборочной единицы предложено использовать объём оперативной памяти, который требуется для её загрузки - Vram. Эта величина связана с объёмом постоянной памяти, выделяемой для хранения модели - VR0M, но в отличие от неё, напрямую влияет на скорость работы с моделью после завершения процесса загрузки. Практика показывает, что отношение требуемой для загрузки модели оперативной памяти к постоянной имеет линейный характер

VRAM=a-VRoM, (1)

где а - коэффициент, определяемый опытным путем.

Величину Vram можно выразить следующим образом:

VRAM =c,'Vram,+ C2'Vram2+... +сп-УКАМп, (2)

где c„ — экспериментально определяемые коэффициенты, зависящие от используемой CAD-системы, Vra^, - объём оперативной памяти, требуемый для загрузки n-го компонента сборочной единицы.

В свою очередь Vra^ можно выразить следующим образом:

VRAMiT" ^RAMn +VfRAMn+ V^RAXÛ) +V,RAMn, (3)

где Vram» Vramh^ VemRAMn. V'ramj - части объём a оперативной памяти, определяемые особенностями процесса моделирования:

Vramu- память, связанная с непосредственно построением геометрии модели;

VfRAMn - память, связанная с особенностями процесса моделирования или самой моделью;

V^RAMn- память, связанная с «избыточным» моделированием геометрии; V'ramd- память, связанная с прочими факторами.

При этом Vramd, V^vb, V^RAMn. Vram,, - проектные переменные, которые можно варьировать в некоторых пределах, добиваясь минимизации значения Vramd-

Через указанные переменные целевая функция записана следующим образом: Vram=C| ' VmRAMl + Cl-VfRAMl+ Cl -V^RAMl + Ci-VramI + C2-VmRAM2 + Ci-Vram^ Cj'V^ram, + +C2'V"RAM2 + ... +C„-VmRAMa + Cn-VRAMo+Cn'V^RAMn + Cn-V'RAMn (4)

На проектные переменные наложены ограничения в форме неравенств, физический смысл которых заложен в основных подходах к моделированию и зависит от конкретных задач. Например, любой компонент сборочной единицы в самом упрощённом случае представляет собой геометрическое тело -многогранник или тело вращения, соответственно минимальное значение Vram, может быть определено объёмом памяти, требуемой для построения данных тел. Для бортовой аппаратуры в структуре модели должна иметься маркировка -внесенная в модель запись, содержащая обозначение прибора. Запись имеет фиксированный минимальный размер, включающий в себя обозначение самого КА (в случае, если прибор изготавливается на том же предприятии, что и КА) и цифробуквенный код прибора. Память, занимаемая такой записью, составляет значение параметра VfRAMa- В это же значение войдут обозначения разъемов и прочие обязательные для габаритной модели бортовой аппаратуры атрибуты. В общем виде для модели прибора ограничения записываются следующим образом:

Ьщ, V^RAMn+bnf VRAMb > dfl, (5)

где Ьщ,, b„f, dn коэффициенты, зависящие от типа прибора.

В подобной форме представлены ограничения и на другие элементы сборочной единицы - модели деталей конструкции, объём памяти на которые очень сильно зависит от наличия сложно прорисованной геометрии - величина V^RAMa-

Под прочими факторами - величина VVamd -понимаются значения памяти, требуемой на отображение текстур, прозрачности и других особенностей построения.

Значения указанных переменных меняются в довольно широких пределах, так как одну и ту же задачу в моделировании возможно решить разными способами, в итоге добиваясь минимизации значения переменной.

В общем случае система ограничений записана следующим образом:

b!m VraRAM1+blfVfRAM1+ bira, V^rami + b.a V'rami > d,

Ьгш VI"RAM2+b2f VfRAM2+ b2era V'Vym + Ь2я V*RAM2 > Л (6)

„ Ьщп У^АМп+Ь^ Ьпсш \'ЯПКАМп + Ьпа УцдМП > ¿и

Таким образом, показатель эффективности - целевая функция Уядм линейно зависит от составляющих У°УЛМ„, У^амп, У"\аМп, У'камл и ограничения, налагаемые на элементы решения, имеют вид линейных неравенств относительно этих составляющих. Соответственно задача оптимизации сборочной единицы по критерию экономичности является задачей линейного программирования.

Решение задачи линейного программирования ищется в области неотрицательных значений неизвестных:

^клмо>0, ^„^N<„>0, У^кдм^О, Уаядмп>0 (7)

Вводимые переменные е, также должны быть неотрицательными:

е!>0, ег>0, ....,ев>0 (8)

Для решения сформулированной задачи в работе использована одна из реализаций симплекс-метода.

Однако для практического использования по сравнению с точным решением гораздо большее значение имеет анализ чувствительности задачи линейного программирования. Некоторые параметры задачи из числа У^амш УгЯА,.1п, У^яамп, Уйамп (различные составляющие оперативной памяти, требуемой для работы с моделью) можно регулировать, что, в свою очередь, может изменить найденное оптимальное решение. Анализ чувствительности позволяет оценить влияние этих параметров на оптимальное решение. Если обнаруживается, что оптимальное решение можно значительно улучшить за счёт небольших изменений заданных параметров, то целесообразно реализовать эти изменения.

Практическая ценность полученных выводов подтверждена приведённым решением задачи, связанной с оптимизацией и анализом чувствительности решения применительно ко всей модели КА па базе МСС. Успешное решение описанной задачи позволило завершить работу с моделью сборочной единицы КА и провести с её помощью один из этапов макетно-копструкторских испытаний. Приводятся описания и результаты численных экспериментов по улучшению экономичности модели. Общее уменьшение объёма занимаемой оперативной памяти при открытии исследуемой модели сборочной единицы изделия составило 32 %, а время открытия модели на 70%.

Третья глава посвящена структурной модернизации процесса проектирования КА в условиях комплексного применения информационных технологий. Приведены предпосылки необходимости структурной модернизации процесса проектирования КА, описание иерархической организационной структуры проектирования КА ДЗЗ. Для ускорения разработки КА предложено применение адаптивного типа структуры управления процессом проектирования и конструкторской подготовки производства КА с учётом особенностей КА ДЗЗ, этапов разработки КА, приведенных в нормативных документах РК-11, РК-11КТ и ГОСТ РВ 15.110-2003, а также комплексного применения ИПИ-технологий.

В главе критически рассмотрен опыт разработки с использованием традиционной иерархической структуры. Обсуждены возможности, которые даёт адаптивный тип структуры управления процессом проектирования изделия. Приведён сравнительный анализ двух форм управления. Структура и формат работы подразделений при разработке изделий и выпуске документации определяется внутренними документами организации. Как правило, концептуальным проектированием и разработкой конструкторской документации занимается конструкторское бюро (КБ), которое, взаимодействуя с производством, сопровождает изготовление и, в дальнейшем, эксплуатацию изделия. Наиболее распространенным видом организационной структуры КБ являются иерархические (механистические) структуры. Второй тип построения организационной структуры - адаптивный (органический), применяется значительно реже. Одна из основных особенностей такой структуры - двойное подчинение специалистов (рисунок 2).

Генеральный конструктор

Руководитель рабочей группы по КА

Заместитель руководителя рабочей групп»

Направление по каркасу

направление по »«оптанту бортовой аппаратуры

направление по «оитажу бортовой кабельной сети

Направление по монта*у системы обеспечение теплового режима

Главный конструктор -начальник отделения (проектного)

Отдел разработки радколокационной

аппаратуры

Главный конструктор -начальник отделения (конструкторского)

Отдел разработки

Отдел р«>работки мои? а ж а бортовой аппаратур«!

......

Отдел обработки аппаратуры

направление

технологической

проработки

П

Направлен*«

проработок Направлении по обеспечению

Рисунок 2 - Схема адагпивной оруиуры управления проект»! разработки КА Рассматриваются особенности применения ИПИ-технологий в случае адаптивной организационной структуры. Применение в работе коллектива с такой структурой управлеши сложными информационными комплексами, с одной стороны, может обеспечить скорейшее внедрение последних на предприятии, с другой - эффективную работу коллектива.

Предложен адаптивный подход к начальным стадиям проектирования нового КА ДЗЗ с последующей передачей процесса разработки основному коллективу предприятия. Особенности такого подхода состоят в следующем:

- возможность интегрировать различные виды деятельности организации в рамках реализуемого проекта;

- высокий уровень взаимосвязи между руководителями и специалистами сформированной проектной команды, возможность их активного взаимодействия с разными функциональными подразделениями;

- большая гибкость и ускоренное реагирование на изменения входных данных проекта;

- возможность достижения высокого уровня мотивации и вовлечения участвующих специалистов в проект;

- и др.

В главе обсуждается проблема большого числа итераций в процессе проектирования и конструирования КА ДЗЗ, связанная с большим числом уточнений, изменений и ошибок. Предлагаются меры по парироватпо этих факторов.

Рассматриваются вопросы использования интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР) на этапе концептуального, эскизного и рабочего проектирования космических аппаратов дистанционного зондирования. Показана целесообразность создания ИЭТР непосредственно в процессе разработки изделия, приводятся особенности КА ДЗЗ как объекта для создания ИЭТР. Выделены следующие характерные особенности КА ДЗЗ, влияющие на методы создания ИЭТР:

- КА ДЗЗ представляют сложную систему с большим количеством взаимосвязанных подсистем различного типа;

- потребителем ИЭТР может являться большое количество организаций с различной структурой и размерами;

- большая кооперация разработчиков, соответственно большой объём исходных данных разного типа, представленных различными способами в разных форматах;

- большое количество систем в составе КА, нуждающихся в различных способах отображения в ИЭТР;

- большое количество подвижных элементов в конструкции КА.

Наиболее распространённым способом представления информации об

изделии её потребителям в нашей стране в настоящее время является бумажный носитель и бумажно-ориентированные электронные документы. В работе предложена методика создания интерактивной анимации монтажно-сборочных операций с КА ДЗЗ как элемента ИЭТР более высокого класса.

Основным результатом работы по методике является создатше файла сценария в формате XML, который представляет собой текстовый формат, предназначенный для хранения структурированных данных (взамен существующих файлов баз данных), для обмена информацией между программами, а также для создания на его основе более специализированных языков разметки (например, XHTML). Благодаря универсальности формата файл сценария можно ввести в структуру документации и передавать потребителям как один из конечных продуктов — элементов ИЭТР. Предложенная методика позволяет перевести описание работ с изделием в ИЭТР высокого уровня. При этом использование интерактивной анимации и формализованного файла сценария позволяет уменьшить время создания и поддержания в актуальном состоянии ИЭТР в 2-3 раза. Приведена численная оценка временных и материальных затрат при создании ИЭТР. Приводится численная оценка временных и материальных затрат при создании ИЭТР (таблица I).

Таблица 1: Численная опенка временных и материальных затрат при создании ИЭТР

Создание ИЭТР в процессе проектирования изделия Создание ИЭТР на основе готовой технической документа они

Количество коррекций технической документация, вря разработке ИЭТР - 120 - 20

Количество коррекций технической документация с доработкой материальной частя 0

Время разработки ИЭТР 2 года 6 месяцев

Стоимость разработки ИЭТР -3 млн. рублей -0,5 млн. рублей

Общее время создания изделия 3,5 года 9 лет

Класс создаваемых ИЭТР 4 1

В четвёртой главе описано применение предложенных методик при разработке КА ДЗЗ, даны основные характеристики проектов КА, приведены сведения о разработке электронного макета КА на базе МСС и проведение макетно-конструкторских испытаний. При разработке комплексной программы экспериментальной отработки один из этапов макетно-конструкторских испытаний (МКИ) предложено проводить с использованием трёхмерной модели изделия, для чего была разработана программа создания электронного макета изделия.

Одним из самых важных итогов МКИ с использованием электронного макета (рисунок 3) является формирование предпосылок при проведении данного вида испытаний к полной замене физических образцов на электронные, и приближение возможности проведения комплекса различных испытаний на виртуальных образцах, что существенно удешевляет процесс разработки космической техники. Приводится сравнение временных и материальных затрат при проведении МКИ с использованием и без использования электронного макета изделия (таблица 2).

Таблица 2: Сравнение временных и материальных затрат при проведении МКИ с

использованием и без использования электронного макета изделия

МКИ с использованием электронного макета изделия в качестве единственного объекта испытаний МКИ с использованием алеетронного макета изделия в качестве дополнительного объекта НСНЫ1ЯННЙ МКИ без использования электронного макета изделия (с учетом разработки коне | рук горской документации в трехмерном виде)

Начало МКИ Одновременно с запуском конструкторской документации Одновременно с запуском конструкторской документации, с продолжением после изготовления первых материальных образцов После изготовления первых материальных образцов

Количество коррекции технической документации по результатам МКИ 200 -200 -200

Количество коррекции технической документации с доработкой материальной частя 0 -50 ~ 100

Срок проведения МКИ» лет - 0,5 -2...2,5 - 2

Стоимость МКИ, млн. руб. -13 - 10

Количество привлекаемых к МКИ снепяаллстов, пел 30 60 60

Приводятся результаты применения новых методик при решении задач проектирования МКА «Сервал»: автоматизация планирования и управления проектом, использование адаптивной системы управления проектом, применение ряда новых программных продуктов.

Приведены результаты применения следующих новых подходов при решении задач разработки радиолокационного К А «Обзор-Р»: использование адаптивной структуры управления проектом, комплексное применение САПР на всех этапах разработки КА, формирования интерактивного электронного технического руководства (ИЭТР) (рисунок 4) на начальном этапе разработки изделия.

Рисунок 3 - Фрагмент электронного макета КА на базе МСС с выделенными пересечениями элементов конструкции, обнаруженными на этапе МКИ

Рисунок 4 - Фрагмент ИЭТР по работам с целевой аппаратурой КА «Обзор-Р»

Сформирована система аннотированных представлений в проектной трёхмерной модели конструкции и компоновки изделия. Проектная модель согласовывалась и утверждалась электронной цифровой подписью генерального конструктора, стало возможно её использование в качестве полноценного электронного документа.

Основными этапами разработки рабочей документации является создание конструкторской трёхмерной модели и выпуск на её основе конструкторской документации. В ходе разработки КА «Обзор-Р» конструкторская документация впервые создавалась в виде аннотированных трёхмерных моделей с представлениями (рисунок 5). Такие модели дают полное и наглядное представление о геометрических характеристиках, размерах, технических требованиях детали или сборочной единицы и становятся ядром жизненного и производственного цикла изделия.

Рисунок 5 - Электронная модель сборочной единицы (монтаж кабелей) с соответствующими аннотациями и представлениями

Модель, сформированная в ходе разработки, представляет собой сверхбольшую электронную модель сборочной единицы. Комплексное применение информационных технологий позволяет сократить срок разработки по сравнению с

КА на базе МСС, являющимся по многим параметрам аналогичной разработкой, более чем на 40%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведён анализ основных этапов концептуального проектирования и конструкторской подготовки производства космического аппарата дистанционного зондирования Земли с точки зрения ИПИ-технологий.

2. Выполнен комплекс исследований по обеспечению создания сверхбольшой электронной модели сборочной единицы - космического аппарата, включающий в себя:

- разработку методики создания и ведения трёхмерной модели космического аппарата дистанционного зондирования Земли;

- разработку классификации электронных моделей сборочных единиц космической техники по критерию размерпости;

- разработку и практическое применение методики оптимизации сверхбольших трёхмерных моделей сборочных единиц изделий ракетно-космической техники.

3. Проведён анализ возможностей и предложена методика использования интерактивных электронных технических руководств на этапе концептуального, эскизного и рабочего проектирования космического аппарата дистанционного зондирования Земли.

4. Разработана методика проведения макетно-конструкторских испытании КА с использованием электронного макета изделия, достоверность и эффективность которой подтверждена в ходе испытаний космического аппарата.

5. Предложена и внедрена в процесс разработки КА ДЗЗ адаптивная структура управления процессами запуска и ведения новых проектов КА с использованием инновационных технологий проектирования.

6. Эффективность предложенного комплекса организационно-методических мероприятий подтверждена в ходе практических работ по созданию радиолокационного КА «Обзор-Р», время разработки проектной и конструкторской документации снижено на 30...40% по сравнению с КА, разрабатываемыми с использованием традиционных, технологий. Количество изменений, вносимых в проект на разных стадиях по причине ошибок и неувязок исходных данных, снизилось в 2...2,5 раза.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО

В гаданиях, рекомендованных Высшей аттестспрюнной комиссию',г

1. Космодемьянский, Е. В. Создание и ведение сверхбольших трёхмерных сборок космической техники [Текст]/ Е. В. Космодемьянский // Научно-технический журнал «Информация и космос». -2012 . - №4 . - С. 18-25.

2. Космодемьянский, Е. В. Особенности процесса создания трёхмерной модели конструкции космического аппарата дистанционного зондирования [Текст]/ Космодемьянский Е. В. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук.-2011.-№1 .-С. 312-317.

3. Космодемьянский, Е. В. Использование интерактивных электронных технических руководств в разработке КА ДЗЗ [Текст]/ Е. В. Космодемьянский // Общероссийский научно-технический журнал «Полет». -2012 . - №12 . - С. 40-52.

4. Космодемьянский, Е. В. Инновационный формат организации миссий по выведению малых космических аппаратов [Текст]/ Е. В. Космодемьянский,

А. С. Кириченко, Д. И. Клюшин, О. В. Космодемьянская, В. В. Макушев, П. П. Альмурзин // Электронный журнал «Труды МАИ». -2014. - №74 . - С. 1-14.

В других изданиях

5. Космодемьянский, Е. В. Особенности электронного макетирования космических аппаратов дистанционного зондирования [Текст]/ Е. В. Космодемьянский// Перспективные информационные технологии для авиации и космоса (ПИТ-2010). Избранные труды Международной конференции с элементами научной школы для молодежи. - Самара, 2010.- С. 130-133.

6. Космодемьянский, Е. В. Компьютерное моделирование космического аппарата дистанционного зондирования Земли [Текст]/ Е. В. Космодемьянский// XII Королёвские чтения: материалы Международной научной конференции, Самара, 1-3 октября 2013 г.: тезисы докладов.- Самара: Изд-во СГАУ, 2013 - С. 105.

7. Космодемьянский, Е. В. Особенности информационной поддержки серийных космических аппаратов: [Электронный ресурс]/ Е. В. Космодемьянский; А. С. Кириченко; А. Н. Филатов// URL: http://www.bignura.ru/ (Дата обращения: 12.12.2014).

8. Космодемьянский, Е. В. Особенности информационной поддержки изделия при создании малых космических аппаратов [Текст]/ Е. В. Космодемьянский; А. С. Кириченко// SPEXP-2011: материалы второй Международной конференции «Научные и технологические эксперименты па автоматических космических аппаратах и малых спутниках», Самара, 27-30 июня 2011 г.: тезисы докладов.- Самара: Изд-во СГАУ, 2011,— С. 336.

9. Космодемьянский, Е. В. Информационная поддержка разработки космического аппарата картографирования на этапах концептуального проектирования изделия и конструкторской подготовки производства [Текст]/ Е. В. Космодемьянский // XIX Научно-техническая конференция молодых учёных и специалистов, Королёв, 15-18 ноября 2011 г.: тезисы докладов.- Королёв: Изд-во РКК «Энергия», 2011,- С. 310.

10. Космодемьянский, Е. В. Оптимизация сверхбольшой электронной модели сборочной единицы [Текст]/ Е. В. Космодемьянский; В. К. Скирмунт // IV Международная конференция «Космические технологии: настоящее и будущее», Днепропетровск, 17-19 апреля 2013 г.: тезисы докладов.- Днепропетровск: Изд-во КБ «Южное», 2013.- С. 56.

11. Космодемьянский, Е. В. Перспекшвы создания и эксплуатации малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли [Текст]/ Р. Н. Ахметов; Н. Р. Стратилатов; Е. В. Космодемьянский; В. К. Скирмунт// III Козловские чтения: материалы конференции «Актуальные проблемы ракетно-космической техники», Самара, 16-20 сентября 2013 г.: материалы конференции.-Самара: Изд-во СамНЦ РАН, 2011С. 346-347.

Подписано в печать 25.12.2014 Формат 60x80/16. Объём 1 п.л. Тираж 100 экз. Отпечатано с готового оригинал-макета Типография ООО «Инсома-пресс», г. Самара, ул. Санфировой, 110А 16