Информационные системы и технологии в авиастроении

Информационные системы и технологии в авиастроении

Авиастроение — это та отрасль машиностроения, которая постоянно развивается. Авиастроение сегодня — одна из наиболее наукои капиталоемких отраслей машиностроения. Сейчас человечество живет в так называемом информационном обществе; цель информационных технологий состоит в ускорении процессов обработки информации, а, следовательно, — в разработке сверхновых машин, имеющих максимальную скорость и максимум удобств. Авиастроение является той областью, в которой используются только сверхновые информационные технологии.

Современные условия характеризуются все более жесткой конкуренцией на международном рынке, повышением сложности и наукоемкости продукции, что ставит перед промышленниками и предпринимателями страны новые проблемы. К их числу относятся:

ь критичность времени, требующегося для создания изделия и организации его продажи;

ь снижение всех видов затрат, связанных с созданием и сопровождением изделия;

ь повышение качества процессов проектирования и производства;

ь обеспечение гибкого и надежного эксплуатационного обслуживания.

Действенным средством решения этих проблем в последнее десятилетие выступают новые информационные CALS-технологии сквозной поддержки сложной наукоемкой продукции на всех этапах ее жизненного цикла (ЖЦ) от маркетинга до утилизации. Базирующиеся на стандартизованном едином электронном представлении данных и коллективном доступе к ним, эти технологии позволяют существенно упростить выполнение этапов ЖЦ продукта и повысить производительность труда, согласно западному опыту, примерно на 30%, автоматически обеспечить заданное качество продукции.

Целью применения CALS-технологий, как инструмента организации и информационной поддержки всех участников создания, производства и пользования продуктом, является повышение эффективности их деятельности за счет ускорения процессов исследования и разработки продукции, придания изделию новых свойств, сокращения издержек в процессах производства и эксплуатации продукции, повышения уровня сервиса в процессах ее эксплуатации и технического обслуживания.

Цель и задачи данной курсовой работы — проанализировать состояние современной авиастроительной промышленности, обосновать необходимость внедрения новых информационных технологий в авиастроение, изучить концепцию и механизм использования CALS-технологий, вскрыть проблемы в российском авиастроении и наметить основные пути их решения.

1. Современное авиастроение и ИТ

1.1 Обзор мирового авиастроения

авиастроение автоматизированный cals

Авиастроение, или авиационная промышленность, формировалось изначально как отрасль военного характера и лишь позже перешло на выпуск гражданских самолетов. Именно поэтому эта отрасль машиностроения является высокомилитаризированной, ее развитие определяется размером постоянных военных заказов государства и возможностями экспорта авиационной техники в большинство государств мира. Производство гражданских самолетов целиком зависит от поступления заказов на национальном и мировом рынках и может колебаться из года в год очень сильно.

Высокая наукоемкость отрасли — результат особой сложности продукции отрасли. На разработку новых конструкций боевой и гражданской авиационной техники уходит от 5 до 10 лет. Задача достижения высокой эксплуатационной надежности продукции, обеспечение длительности использования самолетов (авиалайнеров до 20−30 лет) вызывает необходимость создания новых видов конструкционных материалов, совершенствования всех агрегатов авиационной техники. Это обусловило очень высокие расходы на научно-исследовательскую работу. Весь уровень расходов на конструирование и создание продукции авиастроения настолько велик, что его могут позволить себе только немногие фирмы нескольких промышленных государств мира.

Высокая степень капиталоемкости авиастроения определяет и соответственно высокую монополизацию отрасли: в ведущих странах насчитывается лишь по нескольку (3 — 4) фирм этой отрасли.

Чрезвычайно жесткая конкуренция способствует слиянию даже крупных фирм внутри одной страны (Boeing и «Макдоннелл-Дуглас» в США) и фирм разных стран в Западной Европе (Airbus, объединившая авиационные фирмы Франции, Германии, Великобритании и Испании).

Самолетои вертолетостроение являются одними из важнейших отраслей авиастроения. В настоящее время самолеты и вертолеты производят более 20 стран мира, однако их возможности производства неодинаковы как в изготовлении гражданской, так и, особенно, военной авиатехники. Крупные авиалайнеры на 100 — 400 пассажиров выпускают только США, объединенная фирма ведущих государств Западной Европы — Airbus, а также некоторые из государств СНГ (Россия, Узбекистан). Они же могут изготовлять супергрузовые транспортные самолеты. Эти самолеты с дальностью полета до 10 тыс. км и более предназначены обслуживать межконтинентальные авиалинии. Указанные государства и ряд других (Бразилия, Канада, КНР) производят лайнеры с числом пассажиров до 100 для внутриконтинентальных линий.

От уровня развития авиации и всей аэрокосмической промышленности зависит уровень развития общества в целом, а это значит, что развитие авиации влияет на:

Ш на экономику и проблемы недостатка природных ресурсов;

Ш на состояние окружающей среды (экологию);

Ш на уровень развития промышленности;

Ш на всевозможные кризисы (энергетический кризис, экономический кризис, экологический кризис и др.);

Ш на техническую и экономическую мощь государства и на другие повседневные проблемы.

1.2 Достижения новых технологий в авиастроении

Последнее десятилетие ХХ века характеризуется широкой компьютеризацией всех видов деятельности человечества: от решения традиционных интеллектуальных задач научного характера до автоматизации производственной, торговой, коммерческой, банковской и других видов деятельности.

Этой всеобщей тенденции способствовало появление и массовое применение персональных компьютеров, а также средств телекоммуникаций и вычислительных сетей, в том числе «всемирной паутины» — сети Интернет.

Стало ясно, что устоять в конкурентной борьбе смогут только те предприятия, которые будут применять в своей деятельности современные информационные технологии (ИТ). Именно ИТ наряду с прогрессивными технологиями материального производства позволяют существенно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции при значительном сокращении сроков постановки на производство изделий, отвечающих запросам и ожиданиям потребителей.

Авиация, как часть аэрокосмической промышленности, использует самые лучшие достижения науки, самые новые технологии, самые передовые технические решения.

Процесс проектирования самолетов, вертолетов, летательных аппаратов включает решение следующих задач:

Ш Определение облика летательного аппарата — конфигурации; размеров; необходимых параметров для достижения заданных заказчиком характеристик.

Ш Изготовление аэродинамически подобных моделей летательных аппаратов, макетов и стендов для экспериментальных исследований и апробирования проектировочных решений.

Ш Выполнение технико-экономических исследований.

Ш Выполнение инженерных расчетов (расчеты аэродинамики и динамики полета с учетом обеспечения необходимой устойчивости и управляемости летательного аппарата и др.).

Ш Непосредственно сам процесс проектирования и другие важные работы и исследования.

Процесс проектирования летательных аппаратов разделяется на периоды, которые различаются задачами, характером выполняемых работ, технологией.

К ним относятся:

Ш предэскизное проектирование (разработка технического предложения);

Ш эскизное проектирование;

Ш техническое проектирование;

Ш рабочее проектирование.

Развитие методов оптимизации, глобальное применение вычислительной техники и использование систем автоматизированного проектирования (САПР), параллельное проектирование конструкций и технологии их серийного изготовления, прогнозирование, стремление максимального снижения затрат и издержек производства и эксплуатации авиационной техники — сильно изменили весь процесс проектирования, подняли его на новый качественный уровень.

Процесс проектирования превратился в системное проектирование (системный анализ), где любая составляющая некоторым образом влияет на все остальные части и систему в целом. Т. е. создаются связи между тем, что необходимо, и тем, что целесообразно и технически возможно. Кроме того САПР позволяют:

Ш стабилизировать сроки проектирования;

Ш более качественно прорабатывать проектируемые варианты конструкции;

Ш взять на себя рутинную работу;

Ш выполнить численное моделирование;

Ш провести численный эксперимент.

Все это позволяет снизить стоимость проектирования, и обеспечить достоверные и предсказуемые результаты и параметры авиационных машин.

Совершенствуясь эволюционно, за счет улучшений в аэродинамике, в материалах, в силовых установках и в энергетических установках (двигатели различного назначения, силовой привод, системы, узлы и агрегаты), в бортовом радиоэлектронном оборудовании (БРЭО), в новых технологиях возможности авиации и летательных аппаратов могут быть повышены на десятки процентов.

С ростом размаха работ по созданию авиационной техники увеличивается разница в уровне и возможностях авиационной индустрии в разных странах, уменьшается количество государств и фирм, способных разрабатывать дорогие самолеты (самолеты с большой скоростью полета, самолеты с большой дальностью полета, самолеты с большой взлетной массой, а также самолеты с другими высокими техническими параметрами).

2. CALS-технологии в авиастроении

2.1 Основные понятия

Последнее десятилетие ХХ века характеризуется широкой компьютеризацией всех видов деятельности человечества: от решения традиционных интеллектуальных задач научного характера до автоматизации производственной, торговой, коммерческой, банковской и других видов деятельности.

Этой всеобщей тенденции способствовало появление и массовое применение персональных компьютеров, а также средств телекоммуникаций и вычислительных сетей, в том числе «всемирной паутины» — сети Интернет.

Эти факторы сделали актуальной проблему развития и эффективного использования информационных ресурсов — как локальных, так и общенациональных и даже глобальных. Уже в 80-е годы было осознано, что информационные ресурсы любой страны по стоимости соизмеримы и, быть может, превосходят стоимость природных, в том числе энергетических ресурсов.

Стало ясно, что устоять в конкурентной борьбе смогут только те предприятия, которые будут применять в своей деятельности современные информационные технологии (ИТ). Именно ИТ наряду с прогрессивными технологиями материального производства позволяют существенно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции при значительном сокращении сроков постановки на производство изделий, отвечающих запросам и ожиданиям потребителей.

Однако в тот же период было осознано, что частичная, фрагментарная компьютеризация отдельных видов производственной деятельности, будучи делом дорогостоящим, не оправдывает возлагаемых на нее надежд. Это связано с тем, что первые реализации ИТ представляли собой попытки внедрения качественно новых средств в традиционную технологическую среду.

Эти попытки либо полностью отторгались, либо адаптировались к этой среде таким образом, что эффект от их использования был невелик. Примерами таких попыток могут служить:

Ш многочисленные АСУ, роль которых сводилась к автоматизации простейших учетных и отчетных функций;

Ш конструкторские САПР (CAD — Computer Aided Design), заменявшие чертежную доску и кульман экраном дисплея;

Ш технологические САПР (CAM — Computer Aided Manufacturing), облегчавшие подготовку технологической документации и управляющих программ для станков с ЧПУ;

Ш автоматизированные системы инженерных расчетов (CAE — Computer Aided Engineering) и т. д.

Все эти средства создавались на различных вычислительных платформах, в различных языковых средах и, как правило, были несовместимы между собой, что предопределяло их автономное использование с необходимостью многократной перекодировки подчас одной и той же информации для ввода ее в ту или иную систему. Помимо резкого возрастания объемов рутинного труда, это приводило к многочисленным ошибкам и, как следствие, к снижению эффективности систем.

Вместе с тем, опыт, накапливавшийся в процессе создания и разработки автономных систем, оказался полезным: он позволил осознать необходимость интеграции систем, реализующих различные ИТ, в единый комплекс, который в отечественной технической литературе получил название ИАСУ — (интегрированная автоматизированная система управления), а в англоязычной литературе — СIM (Computer Integrated Manufacturing).

Первоначально появление и внедрение ИАСУ (СIM) однозначно связывалось с высокоавтоматизированными производственными комплексами типа гибких автоматизированных производств и даже полностью автоматизированных предприятий. Однако дальнейшее развитие показало целесообразность внедрения ИАСУ на предприятиях с умеренным уровнем автоматизации технологических процессов. Существенным оказалось создание в рамках предприятия единого информационного пространства (ЕИП) или интегрированной информационной среды (ИИС), охватывающей все этапы жизненного цикла (ЖЦ) выпускаемой этим предприятием продукции.

Именно идея ИИС и информационной интеграции стадий ЖЦ стала базовой при выработке подхода, получившего в США название CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support — непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла). Инициатором этого подхода и доведения его до уровня международных стандартов стало Министерство обороны США в связи с необходимостью повышения эффективности управления и сокращения затрат на информационное взаимодействие между государственными учреждениями и коммерческими предприятиями при поставках и в ходе последующей эксплуатации вооружений и военной техники.

В настоящее время идея CALS сформировалась в целое направление в области ИТ и оформилась в виде серии международных стандартов ISO, государственных стандартов США и нормативных документов Министерства обороны США.

В настоящее время в мире действует более 25 национальных организаций, координирующих вопросы развития CALS-технологий, в том числе в США, Канаде, Японии, Великобритании, Германии, Швеции, Норвегии, Австралии, а также в рамках НАТО.

В России, хотя и с некоторым отставанием во времени от передовых индустриальных стран, начиная с середины 90-х годов, на CALS начинают обращать свое внимание специалисты различных отраслей промышленности. Создан Межведомственный Промышленный Совет по вопросам CALS при Миноборонпроме РФ. Его основными целями являются:

Ш развитие российской индустриальной инфраструктуры по поддержке эффективных связей и взаимного обмена между предприятиями при реализации стратегии CALS;

Ш поддержка согласованных работ в области CALS по интеграции предприятий в целях повышения их эффективности и производительности;

Ш устранение возможных барьеров в процессе интеграции CALS-стандартов и технологий.

Одной из причин отставания в области CALS-технологий является отсутствие отечественной нормативной базы, регламентирующей основные принципы электронного ведения работ при проектировании, производстве, поставке и сервисном обслуживании изделия. Для организации и осуществления работ по стандартизации в области CALS-технологий (в соответствии с решением коллегии министерства экономики России) в рамках Госстандарта России в 1999 году создан Технический Комитет № 431 «CALS — технологии». В рамках ТК № 431 действует подкомитет № 2 «Представление данных и обмен данными об изделиях и процессах», организованный на базе НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика» и объединяющий специалистов ведущих отечественных предприятий. Работы по подготовке нормативных документов ведутся в соответствии с «Программой стандартизации в области CALS-технологий в 2000;2003 гг.», утвержденной Госстандартом России и рядом заинтересованных министерств и ведомств.

В настоящий момент CALS понимается как глобальная стратегия повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе ЖЦ продукта за счет информационной интеграции и преемственности информации, порождаемой на всех этапах ЖЦ. Средствами реализации данной стратегии являются CALS-технологии, в основе которых лежит набор интегрированных информационных моделей: самого ЖЦ и выполняемых в его ходе бизнес-процессов, продукта, производственной и эксплуатационной среды. Возможность совместного использования информации обеспечивается применением компьютерных сетей и стандартизацией форматов данных, обеспечивающей корректную интерпретацию информации.

Жизненный цикл продукта, как его определяет стандарт ISO 9004−1, — это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта.

ЖЦ продукта присуще большое разнообразие процессов. Наиболее известные: производственный процесс, процесс проектирования, процесс закупок. Каждый из этих процессов, в свою очередь, состоит из технологических процессов и организационно-деловых процессов. Под технологическим процессом понимается часть производственного (или другого процесса), содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) последующему определению состояния предмета труда.

Под организационно-деловыми процессами понимаются процессы, связанные с взаимодействием людей (подразделений, организаций). Все процессы ЖЦ взаимосвязаны.

Для общей характеристики этих процессов используется понятие «бизнес-процесс». Бизнес-процесс — совокупность технологических и организационно-деловых процессов, выполняемая целенаправленно в рамках заранее заданной организационной структуры.

В дословном переводе аббревиатура CALS означает «непрерывность поставок продукции и поддержки ее жизненного цикла». Первая часть определения — «непрерывность поставок продукции» требует и подразумевает оптимизацию процессов взаимодействия заказчика и поставщика в ходе разработки, проектирования и производства сложной продукции, срок жизни которой, с учетом различных модернизаций, составляет десятки лет. Для обеспечения эффективности, а также сокращения затрат средств и времени, процесс взаимодействия заказчика и поставщика должен быть действительно непрерывным. Вторая часть определения CALS — «поддержка жизненного цикла» — заключается в оптимизации процессов обслуживания, ремонта, снабжения запасными частями и модернизации. Поскольку затраты на поддержку сложного наукоемкого изделия в работоспособном состоянии часто равны или превышают затраты на его приобретение, принципиальное сокращение «стоимости владения» обеспечивается инвестициями в создание системы поддержки ЖЦ.

Целью применения CALS-технологий, как инструмента организации и информационной поддержки всех участников создания, производства и пользования продуктом, является повышение эффективности их деятельности за счет ускорения процессов исследования и разработки продукции, придания изделию новых свойств, сокращения издержек в процессах производства и эксплуатации продукции, повышения уровня сервиса в процессах ее эксплуатации и технического обслуживания.

2.2 Концептуальная модель CALS (ИПИ)

Как уже отмечалось, концепция и идеология CALS зародилась в недрах военно-промышленного комплекса США и затем была воспринята большинством ведущих стран Запада. В частности, эта концепция была полностью принята НАТО, что нашло свое отражение в выпущенном этой организацией документе, где основные положения CALS изложены достаточно полно и последовательно. На рис. 1 приведена схема, отражающая существо CALS.

Прежде чем перейти к описанию этой схемы, имеет смысл предложить русскоязычную формулировку понятия CALS. Такая формулировка может выглядеть следующим образом: Информационная Поддержка процессов жизненного цикла Изделий (ИПИ)*. ИПИ — адекватный русскоязычный аналог понятия CALS, в связи с чем в дальнейшем эта аббревиатура будет использоваться вместо CALS, кроме тех случаев, когда будут описываться зарубежные стандарты и зарубежный опыт.

Рисунок 1. Концептуальная модель CALS

Согласно этой схеме основу, ядро ИПИ составляет ИИС (Интегрированная Информационная Среда предприятия), или ЕИП (Единое Информационное Пространство). ИИС как совокупность распределенных баз данных, содержащих сведения об изделиях, производственной среде, ресурсах и процессах предприятия, обеспечивающая корректность, актуальность, сохранность и доступность данных тем субъектам производственно-хозяйственной деятельности, участвующим в осуществлении ЖЦ изделия. Все сведения в ИИС хранятся в виде информационных объектов. В ИИС действует единая система правил представления, хранения и обмена информацией.

В ИИС протекают информационные процессы, сопровождающие и поддерживающие ЖЦ изделия на всех его этапах. Здесь реализуется главный принцип ИПИ: информация, однажды возникшая на каком-либо этапе ЖЦ, сохраняется в ИИС и становится доступной всем участникам этого и других этапов (в соответствии с имеющимися у них правами пользования этой информацией). Это позволяет избежать дублирования, перекодировки и несанкционированных изменений данных, избежать связанных с этими процедурами ошибок и сократить затраты труда, времени и финансовых ресурсов.

В ИИС информация создается, преобразуется, хранится и передается от одного участника ЖЦ к другому при помощи программных средств, объединенных на схеме (см. рис. 1) в блок «Инструментарий». К их числу относятся:

Ш автоматизированные системы конструкторского и технологического проектирования (CAE/CAD/CAM);

Ш программные средства управления данными об изделии (изделиях) (PDM);

Ш автоматизированные системы планирования и управления производством и предприятием (MRP/ERP);

Ш программно-методические средства анализа логистический поддержки и ведения баз данных по результатам такого анализа (LSA/LSAR);

Ш программные средства управления потоками работ (WF);

Ш методология и программные средства моделирования и анализа бизнес-процессов (SADT) и др.

На рис. 2 представлена функциональная модель ЖЦ изделия, отображающая информационные взаимосвязи процессов ЖЦ, ИПИ-технологий и соответствующего инструментария.

Рисунок 2. Функциональная модель ЖЦ изделия

Из схемы рис. 2 становится понятным, какие критерии определяют принадлежность конкретной информационной системы к классу ИПИ-систем:

Ш обязательное наличие на предприятии ИИС;

Ш системная реализация инвариантных принципов и технологий ИПИ;

Ш применение прикладных программных средств, изначально ориентированных на взаимодействие через ИИС;

Ш использование методов, правил и способов управления, изначально ориентированных на безбумажный обмен данными через ИИС;

Ш реализация принципов, технологий и процессов информационного взаимодействия в соответствии с требованиями международных и национальных стандартов (например, ISO 10 303 и ГОСТ Р ИСО 10 303).

Системы, не удовлетворяющие перечисленным критериям, не следует относить к классу ИПИ-систем. Такие системы обеспечивают лишь фрагментарную автоматизацию со всеми присущими этой стратегии недостатками.

Предметом CALS являются технологии информационной интеграции, то есть совместного использования и обмена информацией об изделии (продукте), среде и процессах, выполняемых в ходе жизненного цикла продукта.

Информационная интеграция базируется на использовании:

Ш информационной модели ЖЦ продукта и выполняемых в его ходе бизнес-процессов;

Ш информационной модели продукта;

Ш информационной производственной и эксплуатационной среды.

Более подробная классификация информационных моделей и их связь со стадиями ЖЦ продукта приведена в табл. 1.

Таблица 1 - Классификация информационных моделей

Основой CALS является использование комплекса единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и ее корректной интерпретации, обеспечение безопасности информации, юридические вопросы совместного использования информации, использование на различных этапах ЖЦ автоматизированных программных систем (CAD/CAM/CAE, MRP/ERP, PDM и др.), позволяющих производить и обмениваться информацией в формате CALS.

2.3 Задачи, решаемые при помощи CALS-технологий

Моделирование жизненного цикла продукта и выполняемых бизнес-процессов. Это первый и очень существенный шаг к повышению эффективности организационной структуры, поддерживающей одну или несколько стадий ЖЦ продукта, — моделирование и анализ ее функционирования.

Цель бизнес-анализа — выявить существующее взаимодействие между составными частями и оценить его рациональность и эффективность. Для этого с использованием CALS-технологий разрабатываются функциональные модели, содержащие детальное описание выполняемых процессов в их взаимосвязи. Формат описания регламентирован CALS-стандартами IDEF и ISO 10 303 AP208. Полученная функциональная модель не только является детальным описанием выполняемых процессов, но также позволяет решать целый ряд задач, связанных с оптимизацией, оценкой и распределением затрат, оценкой функциональной производительности, загрузки и сбалансированности составных частей, то есть вопросов анализа и реинжиниринга бизнес-процессов.

Методы функционального моделирования, например, с успехом могут быть использованы при создании систем обеспечения качества продукции. В этом случае в качестве функциональной модели могут быть описаны функции системы обеспечения качества продукции, регламентированных стандартами ISO серии 9000. Разработанная функциональная модель позволяет выявить логические ошибки, допущенные при построении системы обеспечения качества, уточнить распределение полномочий и ответственности, автоматически генерировать отчетные документы по структуре системы. Функциональная модель системы качества продукции описывает сеть процессов обеспечения качества продукции и их интерфейсы, связанные с ними обязанности, полномочия, процедуры и ресурсы, распределение обязанностей и полномочий подразделений и персонала предприятия.

Проектирование и производство изделия. Совместное, кооперативное проектирование и производство изделия может быть эффективным в случае, если оно базируется на основе единой информационной модели изделия.

Разрабатываемая на данной фазе конструкторско-технологическая информационная модель базируется на использовании стандарта ISO 10 303 (STEP). Созданная однажды модель изделия используется многократно. В нее вносятся дополнения и изменения, она служит отправной точкой при модернизации изделия. Модель изделия в соответствии с этим стандартом включает: геометрические данные, информацию о конфигурации изделия, данные об изменениях, согласованиях и утверждениях.

Стандартный способ представления конструкторско-технологических данных позволяет решить проблему обмена информацией между различными подразделениями предприятия, а также участниками кооперации, оснащенными разнородными системами проектирования. Использование международных стандартов обеспечивает корректную интерпретацию хранимой информации, возможность оперативной передачи функций одного подрядчика другому, который, в свою очередь, может воспользоваться результатами уже проделанной работы.

Эксплуатация изделия. Известно, что объемы разрабатываемой документации для сложного наукоемкого изделия очень велики. Поэтому традиционное бумажное документирование сложных изделий требует огромных затрат на поддержку архивов, корректировку документации, а также снижает эксплуатационную привлекательность и конкурентоспособность изделия.

Решение проблемы заключается в переводе эксплуатационной документации на изделие, поставляемой потребителю, в электронный вид. При этом комплект электронной эксплуатационной документации — интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР), электронные справочники и т. д. следует рассматривать как составную часть интегрированной информационной модели изделия. Электронная документация может поставляться на электронных носителях или размещаться в глобальной сети Интернет. Стандартизация гарантирует применимость такой электронной документации на любых компьютерных платформах.

Важно отметить, что в электронный вид может быть преобразована эксплуатационная документация, созданная ранее без использования компьютерных систем.

2.4 Что дают CALS-технологии

CALS рассматривается как комплексная системная стратегия повышения эффективности всех процессов ЖЦ промышленной продукции, непосредственно влияющая на ее конкурентоспособность. Применение стратегии CALS является условием выживания предприятий в условиях растущей конкуренции и позволяет:

Ш расширить области деятельности предприятий (рынки сбыта) за счет кооперации с другими предприятиями, обеспечиваемой стандартизацией представления информации на разных стадиях и этапах жизненного цикла. Новые возможности информационного взаимодействия позволяют строить кооперацию в форме виртуальных предприятий, действующих в течение ЖЦ продукта;

Ш за счет информационной интеграции и сокращения затрат на бумажный документооборот, повторного ввода и обработки информации обеспечить преемственность результатов работы в комплексных проектах и возможность изменения состава участников без потери уже достигнутых результатов;

Ш повысить «прозрачность» и управляемость бизнес-процессов путем их реинжиниринга, на основе интегрированных моделей ЖЦ и выполняемых бизнес-процессов, сократить затраты в бизнес-процессах за счет лучшей сбалансированности звеньев;

Ш повысить привлекательность и конкурентоспособность изделий, спроектированных и произведенных в интегрированной среде с использованием современных компьютерных технологий и имеющих средства информационной поддержки на этапе эксплуатации;

Ш обеспечить заданное качество продукции в интегрированной системе поддержки ЖЦ путем электронного документирования всех процессов и процедур;

Ш сократить издержки производства и снизить стоимость продукции;

Ш сократить время создания изделия, его модернизации и увеличить его реальное время «жизни за счет высокого качества и электронной поддержки во время эксплуатации.

2.5 Системы автоматизированного проектирования

В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM/CAE-систем.

Термин САПР «Система автоматического проектирования» (CAD) появился в конце пятидесятых годов, когда Д. Т. Росс начал работать над одноименным проектом в Массачусетском Технологическом Институте (MIT). Первые CAD-системы появились десять лет спустя.

За последние годы CAD/CAM/CAE-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа. Например, создание модели двигателя обойдется в полмиллиона долларов, а полномасштабный прототип самолета будет стоить уже десятки миллионов долларов.

Например, широко известен проект разработки компанией Shorts Brothers фюзеляжа для самолета бизнес-класса Learjet 45 при помощи современных CAD/CAM/CAE-систем. Результаты выполнения проекта просто впечатляют.

Ранее компания Shorts использовала в проектно-конструкторских работах проволочное моделирование деталей. В создаваемых Shorts Brothers фюзеляжах самолетов обычно насчитывалось до 9500 структурных деталей. Подобные проекты могли потребовать более 440 000 человеко-дней (до 4-х лет для завершения проекта).

Фюзеляж Learjet 45 оказался не только наиболее сложным среди существующих, но и был разработан в значительно меньшие сроки (на 40%), чем его предшественники. Кроме того, примерно в 10 раз было улучшено качество деталей и самой сборки фюзеляжа, а общее число деталей сокращено на 60% (при снижении объема основных переделок на 90% по сравнению с предыдущими проектами). В целом, компания Shorts смогла уменьшить число компонентов с 9500 до 3700 (на 60%). Полное время на проектирование и технологическую подготовку производства было сокращено до 125 000 человеко-дней. Общее время разработки и технологической подготовки производства до 60 000 человеко-дней, а весь цикл разработки типового фюзеляжа сократился с 4-х лет до 1,5−2 лет.

3. CALS-технологии в российском авиастроении

3.1 Проблемы внедрения CALS-технологий в Российском авиастроении

Отечественное авиастроение, не смотря на явные успехи, переживает и проблемы в авиастроении, не решение которых может привести к некоторому отставанию в области разработки и производства российской авиационной техники. Ведущие авиастроительные корпорации — Boeing и европейский концерн Airbus — контролируют почти 99% мирового рынка аэробусов. Однако разработка не только новых авиадвигателей, но и практически всех основных их составных частей и компонентов осуществляется в основном за пределами стран — финальных производителей авиационной техники. Поэтому для российских производителей этой техники наиболее остро встает проблема не только участия в мировых процессах создания летательных аппаратов, но обеспечения повышения конкурентоспособности своей производимой продукции, которая должна соответствовать высоким требованиям мировых авиационных стандартов.

Решение данной проблемы должно носить системный характер на федеральном уровне, так как связано с необходимостью в кратчайшие сроки организовать работу так, чтобы устранить некоторое инновационное и технологическое отставание, которое образовалось в последние десятилетия, и одновременно развернуть работы, направленные на создание научно-технического задела в обеспечение разработки самолётов и составных частей с учетом новых требований к авиастроению, которые будут действовать в 2025;2030 гг.

Нестабильное состояние авиастроительного производства усугубляется обострением общих для авиационной отрасли проблем:

1. Все возрастающее отставание от мирового уровня в технологическом развитии научно-исследовательского, проектного и производственного секторов.

2. Большие кадровые потери — как в количественном отношении, так и в отношении владения современными конструкторскими и производственными навыками.

3. Высокие затраты производства.

4. Сокращение доходов от экспорта авиационных вооружений и дальнейшая утрата рынков сбыта гражданской и военной авиатехники, и, в силу этого, отсутствие средств на создание принципиально новых двигателей, только на глубокую модернизацию уже существующих моделей.

5. Доминирование на российском авиационном рынке продукции зарубежного производства, полностью адаптированной под международные авиационные стандарты и имеющей более высокие экономические и экологические показатели.

6. Самая больная проблема — это низкая эффективность управления двигателестроительными предприятиями и внедрения принципов внутрикорпоративного управления.

Тем не менее, следует признать, что на сегодняшний день авиастроение представляет собой единую интегрированную систему высокотехнологичного производства и современной технологии проектирования. Однако проблемы управления от этого легче не становятся. Производственные процессы предприятий данной отрасли являются чрезвычайно сложным и насыщенным информационными потоками. Значительное место занимают инженерно-конструкторская документация и данные контроля технологических процессов. Поэтому очень важно интегрированное использование в корпоративных информационных системах КСУП, САПР, АСУТП и систем бизнес-анализа. Для предприятий авиастроения они обеспечивают решение не только задач планирования, но и более комплексное управление ресурсами. Привлекает функциональность таких систем, но настораживает не очень активное их внедрение.

Конкурентная среда в авиастроении, сформировавшаяся за последние годы, предъявляет к системам управления предприятием высокие требования, связанные со способностью быстрого запуска новых изделий для оперативного заполнения возникающих рыночных ниш; способностью оперативного введения конструкторских изменений с учетом требований конкретного заказчика и / или условий эксплуатации.

В этих условиях решение проблем выживания и успешного развития предприятия требует автоматизации управленческих и технологических процессов, оперативной реакции на изменения рынка и принятия решений в условиях ограниченного объема информации и предполагает широкое использование математического моделирования, компьютерной техники и информационных технологий.

Одной из наиболее серьезных ошибок, допускаемых руководством предприятий авиационного двигателестроения, является восприятие информационных технологий как вспомогательных, как дополнительных и второстепенных инструментов управления. Производители отдают предпочтение совершенствованию технологий, связанных с развитием производственного процесса.

Тем не менее, замечено, что чем более высокотехнологична продукция, тем более активно применяются в управлении всеми процессами информационные технологии. В свою очередь, использование IT — технологий в настоящее время является признаком интегрированности производственных систем.

В настоящее время на рынке программного обеспечения представлен широкий арсенал программных средств, автоматизирующих как отдельные составляющие, так и весь процесс корпоративного управления предприятием. Таким образом, складываются достаточно благоприятные условия для создания корпоративных информационных технологий и систем (КИС) и успешного их внедрения.

Наиболее распространена структура КИС, представленная на рис. 3.

Рисунок 3. Типовая укрупненная структура корпоративной информационной системы, рекомендуемая к использованию в авиастроении

ERP-системы поддерживают такие управленческие функции, как: планирование ресурсов (финансовых, человеческих, материальных) для производства товаров (услуг), оперативное управление выполнением планов (включая снабжение, сбыт, ведение договоров), все виды учета, анализ результатов хозяйственной деятельности.

За период времени, с 70-х годов прошлого века по настоящее время, в развитии систем автоматизации управления предприятиями авиастроения исторически сложились четыре основных класса КИС: системы MRP (Material Requirements Planning); системы MRP II (Manufacturing Resource Planning); системы ERP (Enterprise Resources Planning); системы ERP II, объединившие все основные выделенные к этому моменту типы корпоративных приложений:

Ш систему планирования ресурсов предприятия ERP в прежнем понимании этого термина;

Ш систему управления взаимоотношениями с клиентами CRM (Customer Relation Management);

Ш систему управления цепочками поставок SCM (Supply Chain Management);

Ш средства аналитики и поддержки принятия решений BI (Business Intelligence);

Ш систему управления данными IMS (Information Management System) для интеграции всех компонентов;

Ш средства электронной коммерции и взаимодействия через Интернет e-commerce.

К сожалению, бытует мнение, что внедрение ERP-системы — это рискованный и дорогостоящий проект, не способный приносить российским компаниям реальные результаты, в силу «особенностей» российского бизнеса. Поэтому следует признать, что успешные системы уровня ERP, которые работают и дают отдачу на зарубежных предприятиях, для российской действительности явление довольно редкое.

Первая и наиболее существенная причина сложившейся ситуации заключается в следующем: чтобы использовать эффективно автоматизированные информационные системы типа ERP, необходимо провести колоссальную работу по трансформации существующих принципов управления предприятием и перестраиванию существующих бизнес-процессов, что само по себе проблемно. Сложность и титаническая трудоемкость предстоящих работ пугает практиков, как все новое и непонятное.

Вторая причина связана с неприятием принципов стандартизации и необходимости изменения бизнес-процессов предприятия, приведения их в соответствие с информационной средой в рамках ERP-системы. Зачастую имеют место попытки встроить новую информационную среду в старую производственную систему, в которую могут быть внесены лишь небольшие косметические изменения. Очевидно, что в таком случае затраты предприятия бесконтрольно растут и любая перестройка губительна для него, а внедрение ERP-системы терпит крах. ERP-системы требуют логичной и четко организованной производственной структуры, четкого и логичного управления. Если этого нет, то нет смысла и в автоматизации управления предприятиями.

Третья причина заключается в нарушении требований к процессам внедрения, эксплуатации и поддержки в ERP-системы, в несоответствии функциональности выбранного решения потребностям бизнеса. В этой связи возможна ситуация, когда ERP-система становится просто тормозом для бизнеса, увеличивая трудоемкость критически важных операций и снижая гибкость процессов на предприятии.

Четвертая причина состоит в том, что зарубежные информационные системы не приспособлены под «двойные стандарты», которые изобилуют в нашей практике, а адаптация этих систем к существующим процессам требует дополнительных и отнюдь не малых затрат.

Пятая причина — это отсутствие комплексности при внедрении ERP-систем, создании новой информационной среды. Не учитывается комплексное взаимодействие информационных систем, например, ERP-систем с системами бизнес-анализа, основной задачей которых является предоставление информации о результатах деятельности компании.

В силу указанных причин на российском рынке потребность на информационные системы класса ERP и другие очень низкая.

Однако в настоящее время на российском рынке предлагается около 100 промышленных программных продуктов управления торговыми и промышленными предприятиями разного масштаба. Наиболее известными отечественными корпоративными программными продуктами управления предприятиями являются: «Галактика»; «Парус-Корпорация»; «БОСС-Корпорация»; NS2000; «1C»; «БЭСТ-ПРО»; IBS Trade House; «Аккорд»; «Альфа»; «Эталон»; «Флагман»; «Супер-Менеджер»; «Инфо-Бухгалтер» и др. Наиболее популярна информационная система «Галактика», но в основном в нефтегазовой и химической промышленности. В авиационном двигателестроении она не используется. К сожалению, остальные информационные системы имеют ограниченные возможности и могут быть использованы в интеграции с другими системами и всевозможными дополнениями. Кроме того, они достаточно дороги.

Использование CALS-технологий позволяет решать задачи автоматизации управления производством на основе КСУП; управления данными об изделии (PDM/PLM); автоматизации проектирования и инженерного анализа конструкций и процессов (CAD/CAM/CAE); информационного сопровождения эксплуатации и послепродажного сервиса, интегрированной логистической поддержки продукции.

Однако при внедрении корпоративных информационных систем предприятия авиационного двигателестроения испытывают значительные трудности, связанные с:

Ш нехваткой финансовых средств на разработку и реализацию проектов;

Ш неготовности предприятий к изменениям;

Ш неформализованностью бизнес-процессов на предприятиях;

Ш низкой квалификацией кадров;

Ш невниманием руководства к проекту;

Ш отсутствия четких целей проекта.

Поэтому, несмотря на неоспоримые достоинства корпоративных информационных систем, интегрированное их использование сталкивается с рядом проблем:

Ш Недостаточная эффективность их внедрения. Любая передовая технология будет полезна только в случае ее грамотного внедрения и использования.

Ш Низкий уровень организации процедур их реализации: отсутствие процедур сопровождения; ошибки персонала; ошибки резервирования; ошибки безопасности; плохое тестирование; отсутствие контроля изменений; перегрузки; медленное устранение проблем.

Ш Сложность эффективной интеграции информационных систем, имеющихся на российском рынке с приложениями третьих фирм. В настоящее время все большее число пользователей хотят объединить свою внутреннюю систему с внешней системой, через которую осуществляется взаимодействие с клиентами и партнерами.

Ш Ограниченные аналитические возможности многих информационных технологий и систем и недостаточная поддержка процессов принятия решений.

Тем не менее, многие практики, занимающиеся автоматизацией бизнес-процессов в авиастроении, признают необходимость именно интегрированного использования КИС. При условии правильного внедрения и сопровождения КИС, а также решения обозначенных проблем, российское авиационное двигателестроение способно будет конкурировать с мировыми образцами.

Таким образом, можно сделать основные выводы:

1. Развитие организации производства в отечественном авиастроении может эффективно развиваться прежде всего в условиях создания единой информационной среды одновременно на всех предприятиях-разработчиках и производителях авиационной техники.

2. Внедрение типовых решений в части автоматизации производства в авиастроении возможно только на основе широкомасштабного формирования и реинжениринга всех основных бизнес-процессов, происходящих при разработке, опытном и серийном производстве авиационной техники.

3. Только на такой основе возможно технико-экономическое обоснование целесообразности применения и выбора оптимальной структуры типовых корпоративных информационных систем, предназначенных для организации производства в авиастроении.

3.2 Опыт выполнения проектов с использованием CALS-технологий в России

Сегодня Российскими крупномасштабными пилотными проектами в области информационных технологий на принципах CALS являются:

Ш Авиационные комплексы 5-го поколения (заказчик ВВС МО РФ исполнитель АВПК «Сухой»);

Ш Семейство Российских Региональных Самолётов («ОКБ Сухого»; АК «Ильюшин»; ОКБ «Яковлев» совместно с компанией Boeing) с двигателями совместного производства НПО «Сатурн» с корпорацией Snecma.

Ш Учебно-тренировочный экспортоориентированный самолет УТС-Як130 — победитель конкурса ВВС России (ОКБ «Яковлев»);

Ш Авиационные ГТД АЛ31Ф и его модернизированные варианты (ММПП «Салют») и др.

Концепцию CALS в авиастроении реализуют:

Ш Авиационная компания «Сухой», ОКБ «Сухого»;

Ш КНААПО имени Гагарина;

Ш Научно-производственный центр ММПП «Салют»;

Ш Научный центр ЦАГИ;

Ш Научный центр ГОСНИИАС;

Ш Научный центр ЦИАМ;

Ш КБ «Авиадвигатель» (г. Пермь), на базе которого формируется научно-производственный центр авиационного двигателестроения — компания «Пермский моторостроительный комплекс»;

Ш Научно-производственное объединение «Сатурн»;

Ш Авиационный комплекс им. С. В. Ильюшина;

Ш Корпорация «Туполев»;

Ш ОКБ «Яковлев» и другие предприятия российского авиастроения.

Принципы CALS на основе международного и отечественного опыта, которыми руководствуется Проблемный Совет Росавиакосмоса — CALS-технологии:

1. Не локальная, а интегрированная компьютеризация по всем фазам жизненного цикла авиационной техники при:

Ш создании научно — технического задела;

Ш проведении НИОКР;

Ш оценке технического уровня;

Ш маркетинге с соответствующим бизнес — планом;

Ш проектировании, конструировании, технологической подготовке производства;

Ш организации и управлении серийным производством, материально — техническим снабжением;

Ш летных испытаниях и исследованиях;

Ш сертификации не только российским, но и американским и европейским регистром;

Ш эксплуатации, гарантийном и послегарантийном обслуживании, ремонте, устранении неисправностей, модернизации, капитально-восстановительном ремонте, демонтаже и утилизации изделий;

Ш непрерывной подготовке и переподготовке кадров, как и предусмотрено концепцией CALS.

2. Единая информационная среда в электронной форме для всех участников жизненного цикла изделий с использованием:

Ш локальных вычислительных сетей;

Ш корпоративной сети Intranet;

Ш территориально-вычислительных сетей;

Ш глобальной сети Internet.

3. Полное электронное определение изделий — электронный макет изделий и его систем — пространственная увязка сборных изделий без изготовления физических плазов и макетов поверхностей, исключение традиционного плазово-шаблонного метода, исключение параллельного бумажного документооборота при проектировании, конструировании, производстве, эксплуатации; контролем агрегатов, деталей с помощью координатно-измерительных машин.

Впервые принципы CALS были реализованы в российском авиастроении при создании теплозащиты орбитального корабля (ОК) «Буран».

Они позволили организовать на электронной, безбумажной основе разработку, технологическую подготовку производства, управление серийным производством 38 000 индивидуальных плиток теплозащиты с пятикоординатной механической обработкой заготовок в Москве — НПО «Молния» и на Байконуре. Принципы были разработаны и реализованы в виде интегрированных информационных технологий создания теплозащиты ОК «Буран» в 80-х гг. XX-го века, т. е. 30 лет тому назад, тогда отечественное авиастроение в области CALS не уступало ведущим мировым корпорациям, да и МАП СССР был самой крупной корпорацией мира.

Сегодня одним из лидеров в области истребительной авиации является ОКБ Сухого.