Система информационной поддержки технологических процессов разработки и изготовления систем управления ракетно-космической техникой.

 

Поршнев Сергей Владимирович,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Автоматики и информационных технологий Уральского Государственного Технического Университета.

Костромин Виктор Александрович,

соискатель Уральского Государственного Технического Университета,

главный инженер Научно-производственного объединения автоматики им. академика Н.А. Семихатова.

 

Описаны структура и состав системы информационной поддержки жизненного цикла систем управления межконтинентальных баллистических ракет и космических ракетных комплексов. Приводятся оценки ее экономической эффективности.

 

Межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) или космические ракетные комплексы (КРК) предназначены для доставки боевых блоков или космических аппаратов в заданную точку на поверхности Земли или космического пространства, соответственно. Задача создания МБР или КРК, отвечающих уровню требований, предъявляемых к перспективной на десятки лет вперед технике, является весьма сложной научно-технической проблемой, поскольку в процессе ее решения приходится учитывать целый ряд ограничений, условий и требований во многих случаях противоречивых.

Одним из головных предприятий по разработке систем управления (СУ) оборонных и КРК является ФГУП «НПО автоматики» (НПОА) имени академика Н.А. Семихатова. СУ разработки НПОА состоит из бортовой, пусковой и проверочной аппаратуры, которая может включать в свой состав некоторые  приборы разработки и изготовления предприятий - соисполнителей. Отличительная особенность рассматриваемого предприятия от других предприятий ракетно-промышленного комплекса, заключается в том, что здесь реализованы как этапы разработки и изготовления радиоэлектронной аппаратуры (включая программное обеспечение алгоритмов управления изделием в полете и схемную реализацию), так и этапы разработки несущих конструкций РЭА (элементы приборостроения, точной механики), поэтому в составе объединения имеются различные научно-производственные подразделения и производство. НПОА реализует полную технологическую цепочку, которая охватывает весь жизненный цикл (ЖЦ) выпускаемой предприятием продукции (изделий) от согласования ТЗ до окончания эксплуатации аппаратуры СУ и последующей ее утилизации.

В процессе создания СУ приходится решать большое число технологических и организационных задач по обеспечению взаимодействия между различными службами и планированию процессов разработки и производства изделия, в том числе:

1. Выбор типа СУ, разработка структурной схемы.

2. Выбор методов решения задачи создания СУ.

3. Приборная реализация выбранного типа СУ и алгоритмов управления.

Общая схема основных этапов реализации заказа на создание СУ для РКТ в НПОА представлена на рис. 1, содержание каждого из данных этапов приведена в табл. 1.

 

Рис. 1.

Общая схема реализации заказа на разработку и изготовление СУ РКТ

(НИОКР - научно-исследовательская опытно-конструкторская работа).

 

Таблица 1.

Содержание основных этапов разработки и изготовления СУ РКТ.

№	Этапы жизненного цикла	Содержание этапа
1.	Согласование ТЗ на СУ	Расчетные работы. Предварительные оценки выходных характеристик СУ на основе предыдущих разработок
2.	Аванпроект	Определяется облик СУ и пути реализации требуемых характеристик СУ
3.	Эскизный проект	Разработки алгоритмов и основных программ СУ
4.	Рабочее проектирование	Разработка конструкторской документации
5.	Подготовка опытного производства, изготовление опытных образцов СУ	Подготовка технологической документации, электротехническая подготовка производства, изготовление оснастки и образцов
6.	Наземная отработка СУ.	Отладка СУ на  аналого-цифровых моделирующих комплексах (АЦМК), КС, КМС
7.	Натурные испытания СУ	Проведение пусков с аппаратурой СУ, анализ результатов, сдача СУ Заказчику
8.	Подготовка серийного производства.	Уточнение спецификации. Закупки ЭБ. Освоение технологии производства
9.	Серийное изготовление СУ	Подключение к выполнению заказа производства по конструкции и технологическому циклу
10.	Сопровождение СУ в эксплуатации	Ремонт аппаратуры. Набор статистики. Продление сроков эксплуатации
11.	Анализ результатов прохождения Ж.Ц., выработка рекомендаций по совершенствованию	Анализ особенностей работы СУ на всех этапах жизненного цикла для учета их в последующих работах
12.	Утилизация СУ после окончания сроков эксплуатации	Разработка альтернативных интеллектуальных способов утилизации СУ

 

В связи с постоянно возрастающими требованиями к точности, качеству и надежности СУ РКТ закономерно возникает необходимость соответственного совершенствования технологических процессов разработки и изготовления данных систем. Как показывает анализ мирового опыта развития приборостроительной отрасли, сегодня наиболее перспективный подход к решению задачи обеспечения качества выпускаемой наукоемкой продукции базируется на использовании информационных систем, обеспечивающих поддержку всего жизненного цикла изделия.

В этой связи была поставлена задача проведения системного анализа состояния НПОА в области информационной поддержки этапов разработки и производства СУ РКТ, а также выработка предложений по их модернизации. Его результаты позволили выявить следующую ситуацию, сложившуюся на предприятии:

1. В НПОА существуют стандарты предприятия (СТП), полностью регламентирующие разработку и обращение технической документации в бумажном виде.

2. Информацией о факте наличия данных СТП обладают все подразделения предприятия.

3. На предприятии функционирует система управления производством, предназначенная, в первую очередь, для обеспечения технологической подготовки производства и управления производственным процессом. Разработку и внедрение осуществляет отдел АСУ. Система управления предприятием разрабатывалась длительное время и в настоящее время не отвечает современным требованиям.

4. На предприятии функционирует система управления НИОКР.

5. В НПОА имеется развитая система архивов, где сосредоточена информация различного характера, среди которых основными являются: архив отдела технической документации; архив научно-технического отдела (НТО), архив отдела материаловедения; архив отдела нормативного контроля и стандартизации, в которых подавляющий объем информации хранится в бумажном варианте.

6. Некоторая часть документации переведена в электронную форму.

7. В отдельных подразделениях самостоятельно разрабатываются БД для хранения моделей деталей и сборок, разработанных в различных CAD. Присутствуют также библиотеки стандартных элементов, часто встречающихся деталей.

8. На предприятии внедрена система управления проектами на базе MS Project.

9. На предприятии идут процессы совершенствования управления по локальным направлениям работ.

10. Дальнейшее расширение применения баз данных конструкторско-технологической документации можно активизировать путем совершенствования средств поиска информации, повышения быстродействия системы, что явится фактором повышения заинтересованности абонентов в использовании ресурсов БД конструкторско-технологической документации в электронном виде.

После анализа результатов проведенного обследования была руководством НПОА было принято решение о разработке и внедрении на предприятии единой системы информационной поддержки жизненного цикла СУ РКТ на базе современных информационных технологий (ИТ), под которыми мы понимаем процесс, использующий совокупность методов и средств реализации операций сбора, регистрации, передачи, накопления информации на базе программно-аппаратного обеспечения для решения управленческих задач экономического объекта. Также были сформулированы цели и задачи информационной поддержки, которые призвана решать данная система (табл. 2). (Нумерация этапов ЖЦ СУ в табл. 2 соответствует табл. 1).

 

Таблица 2.

Цели и задачи информационной поддержки жизненного цикла СУ.

№ этапа	Цель информационной поддержки на данном этапе	Задачи, решаемые системой информационной поддержки на данном этапе
1	2	3
1.	Обеспечить получение оценок выходных характеристик новой СУ с использованием имеющихся баз данных и технологических программ старых заказов для новых ТТХ и условий эксплуатации.	Задействовать на имеющейся вычислительной технике и адаптировать к новым условиям имеющиеся технологические программы и базы данных.
2.	Обеспечение расчетно-технологических работ вычислительной техникой и системным ПО, позволяющим провести проработки по новым способам управления в СУ объектов РКТ.	Согласование требуемых характеристик новой вычислительной техники и ПО, приобретение и запуск, обеспечение корректных оценок новых вариантов СУ.
3.	Проведение моделирования систем в замкнутом режиме работы «СУ-объект».	Реализация разработанных мат. моделей СУ и объекта, обеспечение моделирования их совместной работы.
4.	Представление КД в электронном виде, пригодном для прямого запуска аппаратуры СУ в производство.	Безбумажная технология запуска аппаратуры СУ в автоматизированное производство с разработкой спецификации.
5.	Представление технологической документации в электронном виде, пригодном для прямого запуска технологической оснастки и аппаратуры СУ в производство. Разработка программ ПЭВМ для РМ ЭТПП.	Дополнение базы данных по технологической оснастке, безбумажная технология по изготовлению оснастки и аппаратуры СУ в автоматизированном производстве. Автоматизированный контроль аппаратуры СУ на производстве.
6.	Организация моделирования работы СУ в составе комплексов с анализом и оценкой результатов для заключения о готовности к натурным испытаниям.	Реализация в ПК мат. моделей объекта и СУ. Выведение и обработка информации в запусках. Документирование и статистический набор результатов прогонов СУ.
7.	Оперативное получение и обработка информации с полигона, анализ ситуаций, выработка и рекомендации решений. Набор и анализ статического материала для заключения о сдаче Заказчику.	Оперативный анализ. Моделирование ситуации на комплексных позициях, прогнозы развития ситуации.
8.	Освоение и внедрение технологий в серийное производство.	Адаптация средств и ПМО системы информационной поддержки и условиям серийного производства.
9.	Использование безбумажной технологии в автоматизированном серийном производстве аппаратуры.	Освоение и адаптация в серийном производстве программ информационной поддержки отработанных в опытном производстве.
10.	Подготовка данных, на основе статических материалов для продления сроков эксплуатации. Анализ данных для обоснования решения.	Ведение баз данных по объему работ СУ, отказам на всех этапах и их причин.
11.	Целевой ориентированный анализ работы СУ на этапах ЖЦ с целью усовершенствования перспективных СУ и организации переделов на всех этапах.	Набор статистики по опыту разработки и эксплуатации СУ, ведение баз данных и рекомендации для последующих разработок.
12.	Вторичное или двойное (повторное) использование СУ путем совершенствования и изменения информационной поддержки.	Разработка и внедрение усовершенствованной информационной поддержки для реализации двойных технологий в использовании СУ.

 

Ядром системы информационной поддержки ЖЦ СУ является единое информационное пространство (ЕИП) предприятия (рис. 2), создание которого обеспечивает:

- целостность данных;

- возможность организации доступа к данным географически удаленных участников ЖЦ СУ;

- доступность измененных данных всем участникам ЖЦ СУ

- повышение скорости поиска данных и доступа к ним по сравнению с бумажной документацией;

- возможность использования различных компьютерных систем обработки данных.

 

Рис. 2.

Укрупненная структурная схема система информационной поддержки жизненного цикла СУ РКТ.

 

Создание ЕИП в НПОА проводилось поэтапно. На первом этапе была осуществлена комплексная реконструкция компьютерной сети предприятия, а также проведена автоматизация отдельных процессов и/или этапов ЖЦ СУ, предусматривавшая, в том числе, и представление данных, используемых в них, в электронном виде. На втором - интеграция автоматизированных процессов и относящихся к ним данным, уже представленным в электронном виде, в рамках ЕИП. В качестве системы управления базами данных (СУБД), обеспечивающей функционирование рассматриваемой системы, выбрана СУБД ORACLE, как обеспечивающая наименьшее время ответа на запрос пользователя при общем числе пользователей, превышающем 1000 человек. (Общее число пользователей информационной системы поддержки ЖЦ СУ РКТ более 4500.)

Для реализации электронного инженерного документооборота выбрана система Search, которая в отличие других подобных систем (NormaCS, TDMS, TechnologiCS) оказывается наиболее удобной с точки зрения технологии производства СУ РКТ, потому что:

- обладает больши¢ми функциональными возможностями;

- интегрирован с СУБД ORACLE;

- понимает формат большего, нежели другие системы, числа CAD систем;

- позволяет получать доступ к любой информации, хранящейся в базе данных Search, из программ, написанных на любом языке программирования, поддерживающем технологию OLE/COM, что позволяет интегрировать Search с уже использующимися в НПОА программными продуктами;

- интегрирован с такими пакетами инженерного проектирования, как  АвтоКАД, Mechanical Desktop, SolidWorks, SolidEdge, Autodesk Inventor, AVS.

В качестве подтверждения эффективности предложенных решений приведем результаты оценки экономического эффекта, полученного при разработке и изготовлении  СУ баллистической ракеты (БР) (изделие «Люкс»)  (табл. 3), проектирование которых связано с решением целого ряда крупных научно-технических проблем.

 

Таблица 3.

Изменение основных экономических показателей.

 

Из табл. 3. видно, что разработанная и внедренная в НПОА система информационной поддержки жизненного цикла СУ РКТ повлияла на все основные показатели производственного процесса. Произошло снижение трудоемкости изготовления изделия на 2091,89 чел/мес (с 13977,62 до 11885,73 чел/мес), в том числе за счет снижения трудоемкости плановых операций до 447,63 чел/мес. Это, в свою очередь, привело к сокращенно сроков изготовления изделия с 40 до 34 месяцев при обеспечении, как показали результаты натурных испытаний, заданных ТТТ.

Таким образом, экономические результаты внедрения системы информационной поддержки технологических процессов разработки и отработки изделий ракетно-космической техники, свидетельствуют об ее эффективности, и, соответственно, о правильности принятых технических решений.

 

Поступила в редакцию 26 октября 2007 г.