«ПОИНТ» — официальный дистрибьютор Autodesk в России +7 (495) 781-54-81 point@pointcad.ru

Коcмические решения на базе трехмерного проектирования

ЗАО «Орбита» Аэрокосмическая промышленность и ОПК

ЗАО «Орбита» реализовало концепцию комплексной автоматизации на базе ПО Autodesk. Ядром модуля конструкторско-технологической подготовки стал Autodesk Inventor Professional

Задача

Можно говорить, что деятельность «Орбиты» покрывает полный цикл разработки — от научно-исследовательских, опытно-конструкторских, производственных задач до поддержания жизненного цикла изделий. Именно с этим была в первую очередь связана потребность в комплексной автоматизации. Кроме того, перед предприятием стоял еще ряд проблем:

  1. Необходимость выдерживать жесткую конкуренцию на развивающемся рынке.
  2. Постоянно растущий уровень сложности разработок.
  3. Повышение технических требований к заказам. К примеру, одним из последних требований стала необходимость в 3-6 раз сократить массогабаритные показатели ряда изделий.
  4. Необходимость технического переоснащения, модернизации. Это касается как производственных технологий, так и оснащенности рабочих мест и организации работы.
  5. Потребность в автоматизации процессов проектирования и производства для сокращения сроков разработки, улучшения качества продукции за счет нейтрализации «человеческого фактора», приводящего к ошибкам.
  6. Потребность в повышении производительности труда и снижении издержек.

Решение

Для выполнения этих задач специалисты предприятия «Орбита» обратились в компанию «CSoft Воронеж». К моменту начала работы с «Орбитой» в компании заканчивали работу над специализированным интегрированным комплексом программного и аппаратного обеспечения, позволяющим успешно работать в приборостроительной отрасли. Данный подход и был предложен в качестве основы для сотрудничества в области автоматизации предприятию «Орбита». Это глобальное решение создано на ПО для 3D-проектирования Autodesk и характеризуется следующими преимуществами:

  • Комплекс содержит только интегрируемые компоненты, что позволяет наладить сквозной процесс проектирования.
  • Набор конечного ПО конфигурируется под нужды заказчика, для чего предусмотрено несколько вариантов взаимозаменяемых компонентов.
  • Решение легко масштабируется и наращивается при необходимости.
  • Решение имеет потенциал дальнейшего развития как в плане развития возможностей САПР, так и в плане привязки к конкретным «узким» областям благодаря интеграции специализированного программного обеспечения.

Работа с предприятием «Орбита» началась с обследования производственных процессов и «закладки фундамента» — поставки оборудования, системного и офисного ПО. В рамках решения предприятие приобрело несколько современных графических станций, а также операционные системы и ПО офисного назначения. Что касается отраслевого уровня, для него была разработана логическая схема, согласно которой конструкторско-технологическая подготовка должна быть интегрированной, поддерживать обмен данными с системой управления нормативно-справочной информацией и управляться системой управления проектами. Через «информационную шину» — интеграцию PDM и ERP-систем — данные должны передаваться в отделы управления финансами, бухгалтерию, отделы логистики, планирования и управления производственными ресурсами. Таким образом обеспечивается сквозной процесс разработки изделий с полной прозрачностью и управляемостью данных.

«Первым проектом, выполненным в ПО для трехмерного проектирования, стал проект создания аппаратуры регулирования и контроля, связывающей солнечные панели, аккумулятор и потребителя электроэнергии в модуле на МКС. Прибор состоит более чем из 2000 элементов. На разработку прибора (от идеи до реализации математической модели) было потрачено 4 месяца. До внедрения ПО Autodesk на подобную работу обычно требовалось от 9 до 12 месяцев».
Олег Романов, заместитель генерального директора по науке и развитию предприятия «Орбита»

Модуль конструкторско-технологической подготовки был сформирован полностью на базе продуктов Autodesk. Его ядром стал продукт Autodesk Inventor Professional, в котором выполняется вся механическая часть и компоновка прибора. САПР разработки печатных плат всегда стояла особняком, но ведь электронные компоненты также обладают своими габаритами, и их нужно как-то сочетать с механической частью. В ходе поисков интегрированного решения был подобран инструмент Altium Designer, который полностью устраивает специалистов и в то же время может выдавать 3D-геометрию для Autodesk Inventor. Связка САПР печатных плат с твердотельным проектированием (EDA — CAD) является основой для всей дальнейшей работы. Поскольку «Орбита» — предприятие с большой историей, неудивительно, что оно накопило значительный багаж разработок. Все они были произведены с помощью других CAD-систем, и одной из задач проекта было научиться использовать и изменять собственные модели, у которых после передачи нет дерева построений. Для этой задачи отлично подошел продукт Inventor Fusion, который может работать практически с любой геометрией, позволяя быстро изменять ее и передавать в Inventor для дальнейшей работы.

3D-модель печатной платы, переданная из ECAD в Autodesc Inventor Professional для дальнейшей компоновки устройства
3D-модель печатной платы, переданная из ECAD в Autodesc Inventor Professional
для дальнейшей компоновки устройства

Благодаря связке CAD-EDA и технологии Inventor Fusion, внедрению в производство CAM-системы, оснастке рабочих мест технологов продуктом Autodesk Inventor LT, позволяющим вносить изменения в модели деталей, удалось наладить сквозной процесс передачи детали от первого эскиза до производства на станках с ЧПУ, используя только трехмерную модель будущего прибора. На основе новой концепции был сделан первый проект — проект разработки аппаратуры регулирования и контроля с системой энергообеспечения перспективной пилотируемой транспортной системы в двигательном отсеке и дополнительном герметичном отсеке. Аппаратура связывает солнечные панели, аккумулятор и потребителя электроэнергии в модуле на МКС. Прибор состоит из более чем 2000 элементов. Конструкцию удалось спроектировать таким образом, что вывести ее из строя практически невозможно. В ходе испытаний было выяснено, что даже при отказе многих комплектующих она продолжает функционировать. 

С начала работы над прибором (от идеи до реализации математической модели) было потрачено 4 месяца. До внедрения ПО Autodesk на подобную работу обычно требовалось от 9 до 12 месяцев. Много времени при старом подходе тратилось в первую очередь на макетирование и физические испытания. В данном случае были использованы инженерные расчеты, физический образец прибора был создан уже после того, как необходимые испытания провели в трехмерной модели. Значительной экономии времени удалось добиться благодаря Autodesk Simulation СFD. Сравнительный анализ показал, что расчет с выбором оптимальной конструкции устройства с помощью данного ПО занял два дня, в то время как вручную на решение той же задачи необходимо было бы потратить месяц. 

Составление руководств по обслуживанию и эксплуатации приборов — неотъемлемая часть процесса разработки, особенно при создании сложных наукоемких изделий. В современных условиях все большее распространение получают интерактивные руководства. Задачу составления таких руководств по готовым моделям решает Autodesk Inventor Publisher, ассоциативно связанный с Autodesk Inventor. Таким образом, при изменении геометрии изделия меняется и руководство, что приводит к значительному ускорению рабочего процесса. 

Результат

После верификации проекта по разработке аппаратуры регулирования и контроля с системой энергообеспечения концепция, предложенная «CSoft Воронеж» на базе ПО Autodesk, была признана эффективной. Она продемонстрировала:

  • более чем четырехкратное сокращение сроков работы над проектом на этапах макетирования и физических испытаний;
  • более чем десятикратное сокращение сроков расчета оптимальной конструкции.

Кроме того, был налажен сквозной процесс проектирования – от первого эскиза до производства и реализована система автоматизации создания интерактивных руководств по эксплуатации приборов. 

Таким образом, на предприятии «Орбита» было принято решение внедрять систему более широко. Именно такой — проектный — подход к внедрению на предприятии считают наиболее правильным: система была опробована на одном проекте, причем проекте приоритетном, интересном и руководству компании, и акционерам, что позволило направить максимальные силы на его реализацию. И уже после того, как он был признан удачным, та же технология начала распространяться по горизонтали, захватывая другие проекты. Предприятие ожидает, что, убедившись в дееспособности системы, группы разработчиков будут сами заинтересованы во внедрении и компании не придется преодолевать сопротивление персонала. Напротив, между сотрудниками будет конкуренция за возможность эффективно работать по-новому. 

Один из блоков управления жизнеобеспечением скафандра «Орлан» спроектирован ЗАО «Орбита»

Кроме того, подход «плавного внедрения технологии» позволяет постепенно закупать лицензии, что наиболее оптимально для руководства предприятия, поскольку инвестиции плавно распределены во времени. Вместе с тем при таком подходе значительно сокращаются риски неудачного внедрения. 

Сейчас перед компанией стоят и другие не менее важные задачи. Например, связанные с электротехнической частью. Причем задачи по электротехнике должны быть интегрированы с твердотельной частью с возможностью двусторонней передачи данных. Идеальным решением этих задач стал AutoCAD Electrical. Продукт дает возможность передавать таблицу соединений в Inventor для последующей автоматической и полуавтоматической трассировки кабелей и жгутов. Внедрение этого инструмента в рабочий процесс уже началось. 

Не менее важной задачей, особенно для аэрокосмической отрасли с ее жесткими требованиями по габаритам и массе изделий, является правильное охлаждение в приборах. Здесь нужен точный расчет, и эту задачу призван решать продукт Autodesk Simulation CFD, который тоже планируется к внедрению. Еще одним расчетным средством в ближайшем будущем выступит Autodesk Moldflow, предназначенный для точных расчетов процесса литья пластмасс под давлением. Проведение таких расчетов позволит прогнозировать не только само литье, но и характеристики будущих изделий, что благотворным образом повлияет на количество физических прототипов и последующие их испытания в условиях, приближенных к реальным. Также в планах предприятия организация эффективной совместной работы и управления данными в рамках комплекса с помощью Autodesk Vault.

О компании

Предприятию «Орбита» уже более 60 лет. Оно стало преемником федерального научного центра «Энергия» (Воронеж), сумело сохранить и продолжило развивать основные направления деятельности этого известного на всей территории бывшего Союза объединения. Основными заказчиками компании на данный момент являются предприятия Министерства обороны и «Роскосмоса». Сейчас в компании работает 588 сотрудников, 194 из них — это инженерно-технический состав. Продукция предприятия уникальна. Это приборы, выпускаемые либо небольшими сериями, либо единичными партиями. Основная продукция, за исключением товаров народного потребления, принадлежит к двум ключевым продуктовым линейкам. Первая линейка — это приборы терморегулирования, энергообеспечения и контроля космических аппаратов. Вторая — турбогенераторные источники электропитания специального назначения.

На международной космической станции «Альфа», находящейся в данный момент в космосе, практически нет ни одного модуля, в котором не была бы задействована продукция компании «Орбита». Всего на околоземной орбите сейчас находится около 1,2 тонны приборов предприятия. Также «Орбита» занимается разработками нового оборудования. Это, к примеру, перспективная пилотируемая транспортная система, новый научно-энергетический модуль и многое другое. На предприятии действуют производства: штамповочное, литье пластмасс, гальваническое, механосборочное, металлообрабатывающее, электросборочное и другие.