Автоматизация этапов жизненного цикла БП

Жизненный цикл БП – это весь период его существования от зарождения замысла до утилизации запасов (рис. 3.1). Только в рамках ЖЦ возможна объективная оценка качества проекта, включающая и его технологичность, и боевую эффективность, и безопасность боекомплекта для носителя, и экологическую безопасность утилизации. Сокращение продолжительности отдельных этапов (выпуск чертежей, изготовление опытного образца, подготовка серийного производства) также нельзя рассматривать в отрыве от условий успешного прохождения этапов ЖЦ в целом.

ТЗ учитывает техническую реализуемость требований согласно прогнозам экспертных систем

ТЗ – это первое документальное оформление замысла, определяющее эффективность создаваемого БП как компромисс между желаемыми и достижимыми уровнями показателей. Заниженные требования ускоряют моральное старение образца, завышенные – не позволяют получить эффективных решений без корректировки ТЗ. Например, завышенные требования по дальности эффективной стрельбы (5 км) могут привести к снижению эффективности не только на максимальной, но и на актуальных дальностях (2 - 4 км). Обоснованный уровень желаемых свойств вытекает из прогнозов развития технологий, системы оружия, типовых целей. Анализ достижимых уровней показателей действия выполняют на основе обобщенных моделей и накопленных знаний. Реализуемость технических решений изучают на этапе предварительного проектирования (аванпроект), что в определенной мере гарантирует успешное выполнение ТЗ.

НИР + ОКР = НИОКР

Выполнению опытно-конструкторских работ (ОКР) обычно предшествует этап научно-исследовательских работ (НИР), на котором проводятся экспериментальные исследования с целью выявления физических закономерностей действия будущего изделия, уточнения математических моделей в заданном диапазоне условий функционирования и т.д.

Рис. 3.1. Автоматизация этапов жизненного цикла БП

Эскизное проектирование: определение облика конструкции

На этапе эскизного проектирования снимается начальная неопределенность проекта: на основе анализа ТЗ и проведенных исследований конструктор выбирает подходящий прототип, создает эскизный проект и осуществляет итерационную процедуру его параметрической и структурной модификации. Эскизный проект полностью определяет облик будущего изделия, его технологичность и характеристики функционирования.

Рабочее проектирование: уточнение всех деталей без изменения облика

После того, как основные параметры конструкции согласованы, составляется техническая документация, необходимая для разработки технологического процесса изготовления опытной партии. В рабочий проект могут быть внесены незначительные изменения по результатам поверочных расчетов основных тактико-технических характеристик (ТТХ).

Полигонные испытания: верификация моделей

Полигонные испытания опытной партии дают достоверную информацию о поведении снаряда, необходимую для уточнения эскизного проекта. Уточняются также математические модели для проектных расчетов, чтобы следующая итерация проектных процедур привела к более достоверному результату. Проект, успешно прошедший полигонные испытания и принятый на вооружение, продолжает свой ЖЦ: разработка технологического процесса, ориентированного на производственные мощности завода-изготовителя, серийное производство, передача партии, прошедшей заводские испытания, в эксплуатацию.

Хитрый проектант предусмотрит модернизацию, честный – утилизацию

Удобство эксплуатации, жизненно важное, если речь идет о БП, может быть предусмотрено на этапе эскизного проектирования различными мероприятиями от сглаживания торцов, затрудняющих заряжание, до модульного исполнения конструкции, позволяющего адаптировать БП к условиям применения. Недочеты конструкции, выявленные на этапе эксплуатации, могут быть учтены в повторном цикле эскизного проектирования. Когда исчерпаны резервы модернизации, принятие решения о снятии с производства, а затем и с вооружения – лишь вопрос времени. Но при системном подходе к проектированию можно дать вторую жизнь накопленным запасам морально устаревших образцов. Например, при проектировании системы дистанционного минирования самое эффективное решение дает совместная оптимизация контейнера и мины, но более целесообразное решение может предусматривать использование штатных мин.

Интеграция систем автоматизации этапов ЖЦ

Оценка принимаемых решений в масштабах всего ЖЦ невозможна без интеграции систем, автоматизирующих отдельные его этапы. В функции автоматизированных систем предпроектного анализа (АСТПП) входит обработка экспертных данных о характеристиках определенного класса технических объектов, выявление тенденций их изменения.

Системы автоматизации научных исследований (АСНИ) осуществляют функции управлении экспериментом, съема информации, ее накопления и обработки. Эта информация используется системой автоматизации проектирования (САПР) для уточнения комплексной модели функционирования проектируемого объекта. Основная задача САПР – поиск решения, удовлетворяющего ТЗ, на этапе эскизного проектирования, проведение проверочных расчетов, изготовление комплекта технической документации. Обратная связь САПР с АСТПП способствует уточнению обобщенных моделей и, следовательно, повышению достоверности прогнозов при согласовании требований ТЗ.

Автоматизированная разработка программ для станков с ЧПУ при соответствующем оснащении опытного производства (автоматизации производственных процессов) может ускорить изготовление опытной партии, а информация, полученная в полигонных испытаниях и переданная в среду САПР, может способствовать оперативному и успешному продвижению процесса проектирования.

Информация, обрабатываемая на каждом этапе ЖЦ и передаваемая между этапами, так или иначе связана с ГМ конструкции. Поэтому успешное решение задач каждого этапа возможно при адекватном выборе системы ГМ, а обмен информацией между этапами требует взаимопонимания между локальными системами ГМ.

Универсальные графические системы

Технологии автоматизации проектирования основываются на использовании CAD/CAE/CAM - систем[1], диапазон возможностей которых и, соответственно, стоимость изменяются в широких пределах. Различают три категории таких систем.

Низкоуровневые системы (AutoCAD, Caddy, T-FLEX CAD, ADEM, СПРУТ, ТИГРАС, СНОП-3 и др.) выполняют 3-мерное геометрическое моделирование, имеют средства документирования и оформления чертежей по стандартам, предусматривают параметризацию ГМ.

Системы среднего уровня (Cimatron, MicroStation, КОМПАС, PRELUDE) предоставляют моделлеры 1-го поколения, имеют ограниченные возможности параметрического моделирования и ассоциативность.

Полномасштабные высокоуровневые системы (EUCLID-3, CADDS, CATIA, I‑DEAS, Pro/ENGINEER) создают принципиально новые условия для автоматизации цикла проектирования и технологической подготовки производства. Это очень дорогие системы, их внедрение в крупных компаниях сопровождается огромными капиталовложениями на переоснащение организационной структуры и производственной базы, но убедительно демонстрирует преимущества сквозного проектирования: сильно сокращаются сроки проектирования, снижается стоимость производства, что обеспечивает высокую конкурентоспособность переоснастившихся компаний. Такие системы не универсальны и не тиражируются.

Совместимость ГМ в сквозном проектировании

Все CAD/CAM-системы обладают способностью конвертировать внутреннее представление ГМ в форматы распространенных графических стандартов (STEP, IGES, VDA и др.), предоставляют OLE- и COM-интерфейсы внешним приложениям. Так что проблема передачи ГМ конструкции решается независимо от того, какими графическими системами оснащены отдельные компоненты интегрированной среды.

Система требований к ГМ в оптимальном проектировании

Рис. 3.2. Функции ГМ в оптимальном проектировании и анализе боевой эффективности

Конструкции БП не отличаются высокой структурной сложностью, поэтому для чертежных работ подойдет любая низкоуровневая графическая среда. С другой стороны, процессы функционирования, система ограничений, предъявляемых к БП, настолько сложны, что для проектных расчетов и согласования параметров КС, анализа взаимодействия полей поражения с пространственной моделью цели нужна такая поддержка среды ГМ, какую не может обеспечить ни одна высокоуровневая система. Она должна предоставлять геометрические данные прикладным программам, взаимодействовать с процедурами оптимизации размеров, выявлять события попадания в уязвимые агрегаты цели, вычислять углы встречи, учитывать распределение характеристик уязвимости на проекции цели (рис. 3.2).

Системный подход к решению проблемы ГМ

Обычно проектные расчеты выполняют по алгоритмам, составленным для фиксированных геометрических форм, что в оптимальном проектировании неприемлемо. Параметризованную КС как объект оптимизации, геометрические схемы взаимодействии полей поражения с целью как предмет системного анализа можно создать специализированными средствами неалгоритмического представления геометрии, а для чертежных операций использовать универсальные CAD-системы. Рациональное разделение функций между этими подсистемами и их взаимодействие – в этом заключается системный подход к решению сложной проблемы.

Паспорт конструкции

Рис. 3.17. Шаблон паспорта конструкции

Проблема внедрения ГМ в систему прикладных расчетов и параметрической оптимизации решается с помощью паспорта конструкции – текстового файла, который содержит не только ссылку на бинарный файл конструкции (с расширением '.ges'), но также списки параметров конструкции и вычисленных характеристик (масс, моментов инерции и т.д.). Каждый параметр во входном списке представлен своим именем на самом верхнем уровне сборки. Чтобы из среды проектирования к параметру конструкции можно было обращаться по другому имени (например, так как он обозначен в прикладной программе) переименование можно осуществить двойным именем: имя_внешнее & имя_в_конструкции. На рис. 3.17 показан шаблон паспорта конструкции ОФС, сформированный системой ГМ после нажатия кнопки Паспорт при выбранной позиции ОФС в списке структурных элементов. Его можно использовать для включения в один список с прикладными модулями в таком виде, или после редактирования: стереть ненужные строки (исключить переменные), добавить список результатов, изменить внешние имена в парах. Внешние имена массо-моментных характеристик можно выбрать произвольно, а вторые имена в этих парах стандартные: масса, центр масс, осевой и экваториальный момент инерции конструкции идентификаторами m, xc, I, J, соответственно, а те же характеристики элементов нижних уровней – вместе с именем элемента, например, узел1.m. Допускается также запись float alpha & ВВ.m/m для автоматического получения коэффициента наполнения.

[1] CAD – computer-aided design, автоматизированное проектирование; CAE – computer-aided engineering, автоматизированное моделирование; CAM – computer-aided manufacturing, автоматизированное производство; CAD/CAE/CAM – автоматизация полного цикла: проектирование – технологическая подготовка – производство.

Дата добавления: 2015-07-26