Модели и анализ процессов нисходящего проектирования изделий

ракетно-космической техники

Филатов Александр Николаевич

2

Требования к предприятиям РКО:

Сокращение сроков выполнения НИОКР

Повышение качества изделий РКТ

Повышение технологического уровня производства

3

Этапы формирования и отработки технологии нисходящего проектирования

•Внедрение систем Creo Elements/Pro и Windchill – самолет «Рысачок».

Внедрение систем Creo Elements/Pro и Windchill – самолет «Рысачок».

Формирование и первый опыт применения технологии нисходящего проектирования – хвостовой отсек РН «Союз-2-1В».

Отработка технологии нисходящего проектирования – БВ «Волга».

Реальное применение технологии нисходящего проектирования – КА «Обзор-Р», КА «Сервал», КА «Аист-2»

4

Управляющая сборка Проектанта

Мастер геометрия Проектанта

Сборка изделияВерхний уровень

ИзделиеПодсборка

ИзделиеПодсборка

Деталь

УправляющиеСборки

Проектанта

Конструкторская сборка изделия

модификации « А»

Структура изделия модификации « Б»

Структура изделия модификации « В»

Управляющая сборка Конструктора

Мастер геометрия Конструктора

УправляющиеСборки

Конструктора

:Легенда

Связи компонентов в сборке

Копия геометрии

Независимый дубликат (Сохранить как...)

Управляющая Структура

Схема представления технологии нисходящего проектирования

5

Порядок работы по проекту в технологии нисходящего проектирования 1-я фаза – планирование -разработка предварительной структуры изделия и правил кодификации узлов, разработка схемы Управляющей структуры, создание перечня стандартных и покупных компонентов, подготовка библиотеки 3D-моделей, создание пустых объектов управляющей структуры в Creo Elements/Pro и Windchill.2-я фаза - разработка Управляющей структуры - разработка модели границ , разработка мастер-геометрии верхнего уровня, размещение упрощенных моделей приборов и агрегатов, создание модели распределения пространства, разработка мастер-геометрии отсеков и узлов, разработка эскизных моделей деталей и узлов.3-я фаза - разработка Рабочей сборки изделия - создание пустых объектов рабочей сборки, в соответствии со структурой изделия, размещение моделей приборов и агрегатов в Рабочей сборке, перенос данных из эскизных моделей в конструкторские модели деталей, разработка точных конструкторских моделей деталей, добавления элементов 3D-аннотаций в конструкторские модели деталей, разработка чертежей на базе конструкторских моделей деталей.4-я фаза - разработка стапельной оснастки и технологического оборудования - разработка мастер-геометрий стапельной оснастки и технологического оборудования, конструкторской модели изделия и его элементов, разработка моделей стапельной оснастки и технологического оборудования с внесением необходимых 3D-аннотаций, разработка на базе моделей чертежей.Далее проект выходит в область производства, где по созданной в конструкторском бюро и службе главного технолога КД осуществляется изготовление изделия.

6

Конструкторский отдел разработки общих видов, каркасов и механизмов

Проектный отдел

Конструкторский отдел монтажа бортовой аппаратуры

на изделия РКТ

Конструкторский отдел монтажа бортовой кабельной сети

на изделия РКТ

Конструкторский отдел разработки КД

на бортовую кабельную сеть

УСП

Концептуальное проектирование

Разработка конструкции

изделия Горизонтальная координация параллельно выполняемых работ

Организация последовательно-параллельных работ по методологии нисходящего проектирования

7

Итерационная модель определения коэффициента ускоренияпроектно-конструкторских работ с учётом исправления ошибок

Закон Д. Амдала: «В случае, когда задача разделяется на несколько частей, суммарное время её выполнения на параллельной системе не может быть меньше времени выполнения самого длинного фрагмента».

𝑆𝑝=1

𝛼+1−𝛼𝑝

- ускорение работы программы на p процессорах; – количество процессоров;α - доля от общего объёма вычислений, которая может быть получена только последовательными расчётами;1 - α - доля от общего объёма вычислений, которая может быть распараллелена.

8

0 1 2 3 4 5 6 72.1

2.15

2.2

2.25

2.3

𝑆𝑝( 𝑗 )=

1

(𝛼+ 1−𝛼𝑝 )(1+∑

𝜈=0

𝑗

𝜀𝜈) – суммарное ускорение решения проектно–конструкторской задачи в результате ряда итераций (j); α - доля работ из всего объёма, которая выполняется последовательно; 1 - α - доля работ, которая может быть распараллелена; p - количество параллельно работающих подразделений; j - количество итераций, уточняющих проект за счёт исправления ошибок, допущенных на предыдущих итерациях; = 0е-1j - коэффициент, определяющий долю дополнительной работы на координацию параллельных работ и согласование результатов после j–ой итерации проекта; 0 - коэффициент, определяющий долю дополнительной работы на исправление ошибок, допущенных после первой реализации проекта; 1 – коэффициент уменьшения количества изменений.

Изменение ускорения при распараллеливании работ в зависимости от числа итераций

График изменения ускорения прираспараллеливании работ в зависимости от числа итераций

9

1 2 3 4 5 6 71.5

1.7

1.9

2.1

2.3

2.5

2.7

2.9

Оценка влияния стратегии организации работ на ускорение процесса проектирования по нисходящей технологии

Графики изменения ускорения при различных

1 2 3 4 5 6 71.5

1.7

1.9

2.1

2.3

2.5

2.7

2.9

Графики изменения ускорения для различных p и = 0,2

1 2 3 4 5 6 71.7

1.8

1.9

2

2.1

2.2

2.3

2.4

Графики изменения ускорения для различных p и = 0,5

10

2 3 4 5 6 7 8 90.55

0.6

0.65

0.7

Эффективность распараллеливания без учёта и с учётом потерь,связанных с координацией параллельно выполняемых работ

𝑆𝑝=1

𝛼+1−𝛼𝑝

+ 𝑓 (𝑝 )

введена для учета доли работ, затрачиваемых на координацию параллельных процессов.

2 3 4 5 6 7 8 91.41.51.61.71.81.9

График функции F(α, p)

График ускорения работ

𝛼+1−𝛼𝑝

+ 𝑓 (𝑝 )<1

Условие для , при котором будет ускорение

α) .

или

11

Определение числа параллельных процессов, обеспечивающих минимальное значение знаменателя функции Sp в непрерывной

постановке

2 3 4 5 6 7 8 90.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

График функции F(α, p)

2 3 4 5 6 7 8 90.600000000000001

0.800000000000001

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

График функции Sp(α, p)

12

КА ДЗЗ, при создании которого

разработка опиралась на

близкий прототип и осуществлялась по

традиционной технологии

КА ДЗЗ, создание которого

осуществлялось в отсутствии

прототипа, и разработка

осуществлялась по традиционной

технологии

Перспективный КА, создание которого осуществлялось в

отсутствии прототипа, но

разработка осуществлялась по

технологии нисходящего

проектирования

13

Модель количества изменений, вносимых в конструкторскую документацию

𝐾 𝑛 ,𝜈=𝑏 [𝑒−𝑎𝑛 (1−𝑒−𝑐 𝜈 ) ]n - номер текущего этапа, при работе на котором определяется количество изменений на предыдущих этапах (; – номер предыдущего этапа относительно текущего этапа n;b – коэффициент, учитывающий сложность проектируемого изделия; a - коэффициент, характеризующий уменьшение количества изменений с ростом n для фиксированного значения ν;с – коэффициент, характеризующий рост изменений по ν при фиксированном n.

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.550

100

150

200

250

300

350

График суммарного изменения количества изменений

14

Фазовые портреты потоков выпуска проектной документации для изделий 1-го и 2-го типов

0

30

6090

120

150

180

210

240270

300

330

0

2 104

4 104

vs1 t( )

t 2

Общий объём проектной документации

0

30

6090

120

150

180

210

240270

300

330

0

1 104

2 104

3 104

vs1 t( )

t 2

Изделие первого типа Изделие второго типа

1 2 3 4 5 60

1 104

2 104

3 104

y

x

15

0

30

6090

120

150

180

210

240270

300

330

0

5 104

1 105

1.5 105

vsk1 t( )

t 2

Фазовые портреты потоков выпуска КД для изделий 1-го и 2-го типов

Общий объём конструкторской документации

Изделие первого типа Изделие второго типа

1 2 3 4 5 60

1 104

2 104

3 104

yk

x

16

0

30

6090

120

150

180

210

240270

300

330

0

5 104

1 105

vsk2 t( )

t 2

Фазовые портреты потоков изменений конструкторской документации для изделий 1-го и 2-го типов

Общий объём измененной конструкторской документации

Изделие первого типа Изделие второго типа

1 2 3 4 5 60

5 103

1 104

1.5 104

zk

x

17

Фазовые портреты потоков изменений конструкторской документации для изделия 3-го типа

0

30

6090

120

150

180

210

240270

300

330

2 103

4 103

6 103

8 103

vsss t( )

t

0

30

6090

120

150

180

210

240270

300

330

5 103

1 104

vssk t( )

t

Проектная документация Конструкторская документация

18

Анализ качества выполнения проектно-конструкторских работ

1 2 30.7000000000000010.7500000000000010.8000000000000010.8500000000000010.9000000000000010.950000000000001

1

0.7720000000000

01 0.786

0.961

Типы изделий

Коэф

фиц

иент

качест

ва

Диаграмма качества проектных работ

1 2 30.30.40.50.60.70.80.9

0.619

0.446

0.786

Типы изделий

Коэф

фиц

иент

качест

ва

Диаграмма качества конструкторских работ

1 2 30.45

0.55

0.65

0.75

0.85

0.950.6710000000000

01

0.511

0.857

Типы изделий

Коэф

фиц

иент

качест

ва

1 2 30

20

40

60

80

100

60.976.9

25.3

Типы изделий

Срок р

азр

аботки

(% к

директивном

у

сроку)

Диаграмма сроков разработки изделий

Диаграмма качества проектно–конструкторских работ

19

Единое информационное пространство

Состав изделия

Чертежи

Модели

Изменения КД

Расцеховки

Техпроцесс

Ресурсы

Производство Проектно-конструкторские работы

ТПП

План ТПП , наличие ресурсов

План производства

КД, ТД

Отчеты

ВЕРТИКАЛЬ

Creo Elements/P

ro

Анализ:ANSYS

NASTRANЛОГОС

АСУП

КОМПАС

ЛОЦМАН: архив

сканированных копий

20

Библиотеки 3D моделей

Крепежныеизделия

Арматуратрубопроводн

ая

Приборно-кабельные

изделия

Изделияобщего

машиностроения

Библиотека

стандартных

изделий

Библиотекаэлектро-

радиоизделий

Библиотекаунифицированны

хконструкторских

изделий

Библиотекагабаритных

моделей

21

Методическое и нормативное обеспечениеСтандарты предприятия: СТО 43892776-0180-2011 СМК. Структура контекстов организации Progress в системе

управления данными Windchill PDMLink СТО 43892776-0179-2011 СМК. Правила обозначения и именования файлов моделей и

чертежей, созданных в системах трехмерного проектирования. Общие положения СТП 0162-2010 СМК. Электронная модель изделия. Общие положения СТП 0157-2010 СМК. Электронные документы. Общие положения

Методики, регламенты и инструкции, действующие на предприятии: Управление данными в среде Windchill Создание конструкторской структуры изделия в системе Windchill Инструкция по проведению автоматизированного процесса «Согласование КД» Инструкция по проведению автоматизированного процесса «Изменение КД» Методика нисходящего проектирования при разработке изделий в системе Creo Elements/Pro Инструкция по созданию рабочих чертежей в Creo Elements/Pro Инструкция по созданию спецификаций в Creo Elements/Pro Инструкция по созданию сборочных чертежей в Creo Elements/Pro Методика создания габаритных моделей в Creo Elements/Pro

Всего на предприятии разработано более 70-ти действующих методик, регламентов и инструкций

22

Автоматизированный процесс «Согласование КД»

23

Аннотированная габаритная модель

24

Аннотированное Представление 3D модели

25

Разработка РБ «Волга»

В управляющей структуре проектанта содержится основная геометрия и базовые параметры проектируемого изделия.

Данные из верхнего уровня передаются на нижестоящий уровень и дополняются уточняющей геометрией

Заключительным этапом является создание реальных конструкторских моделей деталей и выпуск конструкторской документации

Управляющая структура

проектанта

Конструкторская

документация

Управляющая структура

конструктора

Модель сборки

26

Разработка КА «Обзор-Р»

Управляющая структура проектанта

Комплект двухмерных

чертежей

Управляющая структура

конструктора

Конструкторская модель

27

Спасибо за внимание!