Развитие полиплатформенной интегрированной автоматизированной системы информационной поддержки жизненного цикла воздушных судов на основе электронного определения изделия

ляются системы информационной поддержки процессов жизненного цикла изделия (ИПИ/CALS-технологии), базирующиеся на интегрированных автоматизированных информационных системах. Конкурентоспособность современной продукции во многом определяется степенью интегрированности и непрерывности ИПИ-систем, обеспечивающих точное определение состояния производства в режиме реального времени и соответствующую реакцию на изменение внутреннего состояния и условий на рынке.

В качестве инструментальных средств на каждом этапе жизненного цикла используются соответствующие специализированные информационные системы: системы инженерных расчётов (CAE), системы конструкторского проектирования и моделирования (CAD/CAM), системы управления данными об изделии (PDM), системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП/ CAPP), системы управления ресурсами (ERP/MRP), системы взаимодействия с клиентами (CRM), системы управления поставками (SCM), системы послепродажного обслуживания и др.

Важной компонентой информационного поддержки производства являются являются системы бизнес-аналитики (BI / BA). Основной функцией таких систем является мониторинг состояния подготовки и изготовления воздушного судна, оценка, прогноз альтернативных сценариев, связанных с изменениями, вносимыми в конструкторскую документацию (КД), организационную и технологическую структуру производственных процессов и др.

Наличие приведённых инструментов позволит реализовать принципы проектного подхода в подготовке производства, изготовлении и вы- пуске авиационной техники. В авиационной промышленности наличие единой интегрированной информационной системы играет определяющую роль в снижении ресурсных затрат (временных, трудозатрат, финансовых, материальных), повышении качества и как следствие конкурентоспособности продукции.

В настоящее время, основными задачами ЗАО «Авиастар-СП» по обеспечению заданных ОАО «ОАК» целей являются:

• -    подготовка и начало серийного производства модернизированного Ил-76МД90А;

• -    освоение производства изделий и агрегатов поставляемых по кооперации на МС-21;

• -    возобновление производства модернизированного Ан-124 «Руслан» на основе цифровых технологий.

В современном зарубежном и отечественном авиастроении применяется большинство упомянутых систем. Это позволяет достичь повышения эффективности на каждом этапе кон-структорско-технологического-производствен-но-эксплуатационного цикла. Однако совокупный эффект внедрения ИПИ-технологий во многом определяется степенью интеграции биз-нес-процессов, обеспечивающих их автоматизированных подсистем. Консолидированный, положительный эффект от использования информационных систем на каждом этапе жизненного цикла изделия может быть достигнут на принципах интеграции бизнес-процессов, приложений и данных.

Таким образом, интегрированная система информационной поддержки жизненного цикла воздушных судов с необходимостью должна содержать включать следующие взаимодействующие базовые компоненты, обеспечивающее:

• -    информационное взаимодействие с конструкторскими бюро – разработчиками КД на самолёт на уровне данных и процессов (приёмка-передача, проведение изменений электронной КД);

• -    централизованную конструкторско-технологическую подготовку производства;

• -    управление проектированием, изготовлением и применением средств технического оснащения (СТО);

• -    технологическую подготовку сборочного производства;

• -    управление сборкой авиационной техники, где наибольшая доля ручных операций;

• -    ведение электронного «Дела изделия»;

• -    мониторинг конструкторского, технологического, производственного процесса и эксплуатации воздушного судна.

Приведённый функционал должен обеспечивать эффективную деятельность в условиях расширенной производственной кооперации как в рамках предприятий ОАО «Объединённая авиастроительная корпорация», так и при взаимодействии с широким спектром поставщиков отдельных полуфабрикатов, узлов и агрегатов, СТО, внедрением результатов ОКР и др.

Это является необходимым условием формирования единого цифрового пространства производства в соответствии с моделью Digitale Fabrik (Цифровой фабрики) [1]

Данный подход обеспечивает не только информационную поддержку изделия на всех этапах жизненного цикла, но содержит адекватную цифровую модель производственных процессов, логистики, взаимоотношения с кооперантамии потребителями продукции.

В основе информационной модели производственных процессов и предприятия в целом заложены принципы имитационного моделирования, реализованные с помощью программных средств.

Это позволяет осуществлять моделирование технологических процессов начиная от заготовительного производства и до окончательной сборки изделия, управлять загрузкой оборудования, в режиме реального времени отслеживать внутрипроизводственную логистику и др. Внедрение модели Цифровой фабрики позволит сокращать издержки и сроки производства, повышать качество и улучшать управляемость.

ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ПОСТРОЕНИЮ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ

ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ВОЗДУШНОГО СУДНА

Известно два подхода формирования единого информационного пространства жизненного цикла изделия: применение комплекса автоматизированных систем (CAD, PDM, ERP, CAPP, MES) одного производителя (моно-платформенное решение), интеграция подсистем различных производителей (полиплат-форменное решение).

Моноплатформенный подход:

На вновь создаваемых предприятиях интегрированная система управления жизненным циклом успешно строится с использованием современных моноплатформенных средств. Одним из наиболее распространённых и эффективных является решение TeamCenter Engeneering/ TeamCenter Manufacturing от Siemens PLM Software. Система реализует функции PDM, CAPP – систем, обеспечивает гарантированную интеграцию с родственной CAD/CAM системой Unigraphics/NX и обладает возможностью наращивать функциональность за счёт подключения дополнительных модулей того же разработчика.

Положительную динамику по внедрению разработок Siemens PLM Software демонстрирует например ЗАО «Гражданские самолёты Сухого (ГСС)» (ГСС) [2]. Компания «Гражданские самолеты Сухого» (ГСС), входящая в состав холдинга «Сухой», была образована в 2000 г. и внедряла PDM систему с «чистого листа».

Аналитические исследования показывают, что ряд продвинутых машино-/авиастроитель-ных предприятий за рубежом и в странах СНГ ещё до эпохи активного внедрения комплексных ИПИ-технологий имел значительный задел в виде информационных систем класса PDM, CAPP как ранних промышленных, так и внутренних разработок [3]. Единовременный отказ от их применения в пользу современных промышленных решений сопровождается очевидными рисками:

• 1)    Переход с одной системы на другую не может быть осуществлён одномоментно и может привести к нарушению непрерывности производственного процесса;

• 2)    Для обеспечения непрерывного производства необходимо какое-то время эксплуатировать обе системы, что в значительной степени увеличивает затраты, себестоимость готовой продукции, что приводит к возрастанию срока окупаемости проекта;

• 3)    Системы внутренних разработок полностью соответствуют бизнес-процессам предприятия, внедрение промышленных систем могут привести к необходимости перестройки бизнес-процессов.

К основному недостатку моноплатформен-ного подхода нужно отнести:

• 1)    необходимость глубокой и длительной модернизации существующих решений западных производителей для их адаптации к существующим бизнес отечественных самолётостроительных предприятий;

• 2)    отказ от эксплуатируемых подсистем, либо необходимость параллельного использования внедряемой и действующей систем;

• 3)    высокая стоимость владения моноплат-форменной системой, которая существенно повышается после проведения требуемой модернизации;

• 4)    интеграция внешних систем в целях наращивания функциональности крайне затруднительна;

• 5)    полная зависимость от разработчика системы.

По этим причинам, значительное (до 23%) количество предприятий Северной Америки и Европы используют системы PDM собственных разработок, модернизируя и интегрируя их с промышленными решениями [4].

В виду вышеизложенного, количество отечественных предприятий машино,-приборо- и авиастроительной отрасли, в использующих полнофункциональные моноплатформенные решения незначительно.

Полиплатформеный подход

Альтернативой является интеграция поли-платформенных подсистем различной функциональности в единое информационное пространство жизненного цикла.

Возможность интеграции готовых решений, в том числе и внутренних разработок, определяется возможностью эффективной интеграции данных и бизнес-процессов.

Инструментальные средства интеграции данных основываются на разработках 1990-2010х годов в области комплексирования и интеграции данных [5,6]. Результатом явились модели, на основе которых могут быть успешно разработаны инструментальные средства (на основе ETL-технологий) [3] и системы интеграции информационных ресурсов предприятия (EII). По такой технологии целесообразно выполнять интеграцию малоизменяемых как по структуре так и содержанию данных, востребованных всеми рассматриваемыми системами, например, нормативно-справочной информации.

Расширение функциональности отдельных систем (CAD, PDM, ERP и др.) делают интеграцию на уровне данных в ряде случаев затруднительной, либо вовсе ненужной. По мере развития информационных систем управления (расширения функциональности, более глубокое описание бизнес-процессов), на передний план вышла задача интеграции процессов. Для решения подобных задач в настоящее время наиболее перспективным подходом к интеграции считается сервис-ориентированная архитектура (SOA). Она позволяет организовать обмен сообщениями в XML-формате посредством инструментального средства - корпоративной шины предприятия (ESB) [7, 8]. При этом средства ESB позволяют гибко задавать маршруты передачи сообщений в соответствии с логикой существующих бизнес-процессов.

В той связи гибридная модель интеграции, основанная на объединении (физическом, виртуальном) данных и процессов, видится наиболее перспективной.

Задача интеграции информационных потоков рамках автоматизированной системы управления жизненным циклом авиационной техники требует:

• 1)    наличия эффективно работающих функциональных модулей отдельных подсистем (CAD/PDM/ERP/CRM/SCM, подсистем управления средствами технологической оснастки (СТО) и др.);

• 2)    действующей системы централизованной конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) взаимодействующей с ERP-системами;

• 3)    разработанной структуры хранилища (возможно и виртуального) инвариантных данных;

• 4)    формирования механизмов управления хранилищем инвариантных данных;

• 5)    формирование механизма получения/ предоставления требуемых данных требуемой структуры в соответствии с требуемым регламентом;

• 6)    интеграции соответствующих бизнес процессов предприятия.

Выбор между двумя приведёнными сценариями формирования интегрированной системы информационной поддержки жизненного цикла изделия зависит от ряда параметров. Основными на наш взгляд являются:

• 1)    Экономические показатели: стоимость приобретения, внедрения, сопровождения и владения;

• 2)    Временные показатели: время от начала внедрения до ввода в эксплуатацию;

• 3)    Показатели эксплуатационности/техно-логичности: технологичность системы (возможность эффективного сопровождения);

• 4)    Показатели функциональности: обеспечение интеграции подсистем, в т.ч. разработанных на других платформах (CAD/CAM, ERP, CAPP и др.);

• 5)    Показатели соответствия производственным процессам: обеспечение однозначных (прозрачных) связей конструкторского и технологического членения,

• 6)    Соответствие (при незначительной доработке) бизнес процессам предприятия.

Исходя из вышесказанного, целесообразно строить систему, интегрирующую решения различных производителей, обладающих наиболее приемлемым функционалом и техникоэкономическими показателями эффективности. Значительную роль играет необходимость обеспечения кооперации, как в рамках КБ и авиастроительных предприятий ОАО «ОАК» , так и со значительным количеством предприятий- и организаций-разработчиков и изготовителей изделий АТ. В настоящее время нет разработанных механизмов, способов и ресурсов создания информационной моносреды, объединяющией всех участников процесса изготовления воздушного судна. Особую остроту эта проблема приобретает при начале серийного производства модернизированных транспортных самолётов семейства Ил-76, возобновлении производства Ан-124 «Руслан».

МОДЕЛЬ ПОЛИПЛАТФОРМЕННОЙ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

НЕПРЕРЫВНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ

ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

ВОЗДУШНЫХ СУДОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ

Предлагаемая модель полиплатформенной интегрированной системы информационной поддержки жизненного цикла воздушных судов строилась в соответствии с текущими и перспективными задачами ЗАО «Авиастар-СП», но может быть применена на других авиастроительных предприятиях. Модель определяет основные требования к системе и подходы к их реализации.

Цель: Снижение ресурсоёмкости подготовки производства и выпуска, повышение качества изготовления, послепродажного сопровождения гражданских и транспортных самолётов за счёт внедрения комплексной автоматизированной системы на основе единого цифрового пространства КТПП и изготовления авиационной техники («изделие 476» (Ил-476), Ан-124, Ту-204, SSJ и МС-21)

Должны быть решены следующие задачи:

• 1.    Обеспечить интеграцию информационных потоков предприятия, конструкторских бюро, кооперантов и эксплуатантов в соответствии с реализуемыми бизнес-процессами КТПП, изготовления и послепродажного обслуживания производимых ВС гражданской и транспортной авиации (Ил-76 и его модификаций, Ан-124, Ту-204, SSJ, МС-21);

• 2.    Обеспечить разработку архитектуры ИАС, выделяя три основных уровня: ядро системы, корпоративную сервисную шину, подсистемы интегрированной автоматизированной системы (ИАС);

• 3.    Обеспечение разработки подсистем ИАС:

• -    Подсистема конструкторской подготовки завода-изготовителя;

• -    Подсистема централизованной технологической подготовки производства;

• -    Подсистема управления проектированием, подготовкой и производством средств технологического оснащения на основе ЭОИ;

• -    Подсистема САПР технологических процессов сборочного производства;

• -    Подсистема управления комплектацией сборочного производства;

• -    Информационно-аналитическая подсистема состояния конструкторского, технологического, производственного процессов;

• -    Подсистема формирования электронного «Дела изделия» воздушного судна. разработ-

  

  управления сборкой

  Подсистема конструкторской подготовки производства

  Рис. 1. Функциональную схему системы и её взаимодействие с основными смежными системами

  
  

  централизованной технологическая подготовки производства

  
  

  подсистема цеховой технологическаой подготовки сборочного

  
  

  подсистема ведения электро но гр жсплуатационного дела

  
  

ку выполнение функциональности подсистем, обеспечивая.

Функциональную схему системы и её взаимодействие с основными смежными системами иллюстрирует рис. 1.

Сформулированы следующие требования к структуре ИАС

ИАС должна иметь иерархическую структуру и содержать следующие компоненты:

• 1)    Ядро системы – 1 уровень;

• 2)    Корпоративная сервисная шина (ESB) – 2 уровень;

• 3)    Подсистемы – 3 уровень:

ESB должна обеспечить обмен данными подсистем различных производителей, возможность организации взаимодействия с внешними приложениями [6]. Разработка ESB позволит заложить принцип полиплатформенности ИАС, обеспечить расширяемость и модернизируемость системы.

Разработка ИАС должна осуществляться в соответствии с нормативно-технологическими документами (ГОСТ Р, ГОСТ ИСО РД) с помощью современных CASE-систем. На этапе эскизного проектирования должна быть разработана имитационная модель системы и проведена её экспериментальная проверка. Реализация подобной системы должна осуществляться с использованием современных CASE-средств, RUP-технологий.

ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Таким образом, предложенный подход позволит формировать автоматизированную систему управления на основе интеграции полипла-торменных подсистем.

ИАС будет обеспечивать интеграцию информационных потоков предприятия, конструкторских бюро, кооперантов и эксплуатантов, реализуемых с использованием полиплат- форменных информационных систем, в соответствии с организованными бизнес-процесса-ми конструкторско-технологической подготовки производства, изготовления всех производимых воздушных судов гражданской и транспортной авиации;

Важной задачей при разработке и апробации данной системы является её привлекательность для предприятий-партнёров ЗАО «Авиастар-СП». С учётом заложенных принципов кооперации, интеграции с системами разработчиков КД, обеспечения гибкой производственной кооперации система имеет хороший потенциал коммерциализации. Неотъемлемым преимуществом системы является масштабируемость, возможность модернизации и тиражирования данного решения.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Государственного контракта № 12.527.11.0010.