Принципы построения учебной дисциплины

«Информационная поддержка жизненного цикла

авиационных и космических систем»

Р.Р. Каримов,

доцент, к.т.н.,

Н.В. Кондратьева,

доцент, к.т.н.,

УГАТУ, rikar@yandex.ru, knv24@mail.ru, Уфа

1. Введение

На современном этапе интеграции образования и промышленности остро возрастает потребность в опережающей инновационной подготовке специалистов по приоритетным направлениям развития страны. Одним из таких направлений является компьютерное моделирование и внешнее проектирование авиационных и космических систем. Учебная дисциплина «Информационная поддержка жизненного цикла авиационных и космических систем» является составной частью профессиональной подготовки специалистов в данной области.

Основные принципы построения инновационной образовательной программы:

1. Содержание профессиональных образовательных программ должно носить опережающий характер по отношению к существующему уровню развития техники и технологий, формироваться на основе ведущихся в вузе фундаментальных и прикладных исследований и опытно-конструкторских работ, способствовать формированию у выпускников современных творческих знаний и навыков.

2. Учебный процесс должен сопровождаться обязательной научно-исследовательской и инновационной деятельностью студентов с целью формирования у выпускников компетенций, необходимых для интеграции в производство в условиях инновационной экономики, инновационной инфраструктуры (технопарки, центры компетенций, центры трансфера технологий и т.п.). Ключевым фактором здесь, на наш взгляд, является формирование проектного и модельного мышления у будущего специалиста.

Учебная дисциплина «Информационная поддержка жизненного цикла авиационных и космических систем» реализуется в рамках образовательного процесса в составе учебно-научного инновационного центра «Проектирование и эксплуатация оптических и межспутниковых коммуникаций».

Основной задачей центра является запуск микроспутника университета и организация учебно-научного процесса на его основе.

Преподавание дисциплины «Информационная поддержка жизненного цикла авиационных и космических систем» предполагает проведение научных исследований на уникальном оборудовании – макете микроспутника и организацию учебного процесса с использованием новейших технических и информационных средств компьютерного моделирования жизненного цикла микроспутника.

Серьезная инновационная подготовка в обучении требует умелого сочетания фундаментальности и инновационности. Здесь существенный резерв кроется в организации самостоятельной работы студентов, что, в конечном счете, приводит к формированию компетенций в области поиска, проработки и самостоятельного получения новых знаний.

2. Цели и задачи дисциплины

Введение дисциплины «Информационная поддержка жизненного цикла авиационных и космических систем» в образовательную программу позволяет развернуть шире инновационную подготовку на ее базе путем модернизации существующих и введения новых инновационных дисциплин.

В современных авиационно-космических системах необходим системный подход к решению современных задач информационной поддержки жизненного цикла наукоемкой продукции для повышения ее конкурентоспособности и живучести.

Интегрированная логистическая поддержка (ИЛП) представляет собой комплекс процессов и процедур, направленных на оптимизацию процессов на постпроизводственных стадиях.

Комплекс ИЛП — это набор программно-технических модулей, предназначенных для решения задач логистического анализа, подготовки электронной эксплуатационной документации и каталогов, создания и ведения электронного дела экземпляров изделия, планирования технического обслуживания и ремонта, управления материально-техническим обеспечением. Комплекс ИЛП предназначен для использования разработчиками, изготовителя и эксплуатантами изделия.

Знания, полученные при изучении дисциплины, найдут широкое применение при производстве и эксплуатации сложной наукоемкой продукции военного и гражданского назначения при оптимизации организационных и производственных затрат, оптимальном расходовании ресурсов.

Цель дисциплины – формирование профессиональных компетенций в области современных технологий логистической поддержки авиационно-космических систем на различных этапах жизненного цикла.

Основные задачи дисциплины «Информационная логистическая поддержка авиационно-космических систем»:

- изучение системных моделей логистических процессов при эксплуатации авиационно-космических систем;

- изучение методов решения логистических задач на основе современных методов моделирования;

- изучение современных информационных технологий управления логистическими процессами.

В результате изучения данной дисциплины студент должен:

Уметь:

- разрабатывать системные и математические модели логистических процессов в авиационно-космических системах;

- решать задачи управления логистическими процессами;

- моделировать и оптимизировать логистические процессы в производственных и авиационно-космических системах.

Знать:

- нормативную базу ИЛП;

- основные процессы ИЛП авиационно-космических систем;

- логистические концепции управления и планирования производства и эксплуатации авиационно-космической техники.

Иметь навыки:

- разработки типовых моделей логистических процессов;

- использования прикладных программных продуктов для решения задач управления логистическими процессами.

3. Объект изучения дисциплины

Предполагается, что основным объектом для изучения и приобретения практических навыков в данной дисциплине будет микроспутник и системы его жизнеобеспечения, разрабатываемые в рамках инновационной образовательной программы Уфимского государственного авиационного технического университета.

Образовательный микроспутник малой массы, выполненный в негерметичном исполнении, построенный на основе самых современных технологий проектирования и производства, является уникальным техническим объектом. В состав микроспутника входит целый ряд различных технических подсистем:

- система электропитания и электроснабжения;

- система ориентации и стабилизации;

- система навигации;

- система связи и телеметрии;

- микродвигатель и его система управления;

- бортовой комплекс управления;

- система дистанционного зондирования;

- кабельная система и др.

Расчетный срок эксплуатации микроспутника должен составить не менее трех лет. В университете создаются СКБ «Инфокосмос», центр приема космической информации и управления полетом.

В СКБ планируется установить инженерный аналог – полноразмерную модель микроспутника, позволяющую организовать учебно-исследовательский процесс для подготовки специалистов различного профиля – в области 3D-проектирования авиационных и космических систем, компьютерного моделирования жизненного цикла сложных систем, многоканальных и телекоммуникационных систем, радиоэлектроники, электромеханики, экологии, геоинформационных систем и др.

В таком учебном процессе охватывается полный перечень задач информационной поддержки изделия с участием специалистов различного профиля, что позволяет наладить взаимодействие между ними уже на стадии обучения, освоить в полной мере современные промышленные технологии, в том числе, информационные, используемые на различных этапах жизненного цикла авиационных и космических систем.

Особенность микроспутника заключается в том, что он позволяет в полной мере изучать и применять сквозные технологии управления жизненным циклом (Рис. 1).

Рис. 1. Сквозные технологи управления жизненным циклом

В процессе обучения студенты смогут изучить технологии формирования облика микроспутника и его систем, наблюдать их в действии и осуществлять непосредственное управление полетом микроспутника в режиме реального времени.

4. Информационное обеспечение дисциплины

В рамках инновационной образовательной программы создается комплекс компьютерных моделей микроспутника и систем его жизнеобеспечения, включая:

- 3D модели конструкции микроспутника и его систем управления;

- информационные модели производственного процесса;

- виртуальные 3D модели реального времени процессов эксплуатации микроспутника.

Содержанием лабораторного практикума и самостоятельной работы студентов является разработка компьютерных моделей микроспутника и его компонентов в соответствии с критериями эффективности, предъявляемыми к процессу их эксплуатации и их исследование в различных условиях полета.

Поэтому за основу построения компьютерных моделей в рамках дисциплины принята идеология проектирования современных авиационных тренажеров, которая позволяет разрабатывать:

- 3D модели конструкции летательного аппарата и его компонентов. Причем разработка может осуществляться как с нуля, так и на основе импорта 3D моделей, разработанных с помощью известных систем конструирования, проектирования и графического дизайна;

- алгоритмы и модели анимирования компонентов и сочленений летательного аппарата и управления ими (в том числе дистанционного);

- модели динамики полета и маневрирования летательного аппарата;

- модели многофункциональных измерительных устройств и индикаторов, в том числе наземных комплексов управления;

- алгоритмы и модели компоновки, функционирования и визуализации упомянутых выше моделей в реальном времени;

- сценарии взаимодействия систем летательного аппарата и его интерактивную визуализацию в реальном времени с учетом активной действующей внешней обстановки.

К передовым тренажерным системам, полностью удовлетворяющим эти требованиям, относятся системы 3D-моделирования и виртуальной реальности авиационных и космических Vega Prime и Creator (MultiGen-Paradigm, Inc., США). Технологии этих систем позволяют импортировать 3D модели из промышленных САПР (Unigraphics, ProEngineer и др.) и пакетов трехмерного графического дизайна (например, 3D Studio Max), а также интегрировать их в приложения реального времени и визуализации. С точки зрения развития тренажеростроения в России необходимо обучение студентов этим технологиям.

Информационная поддержка производства и подготовки к запуску микроспутника может быть реализована на основе PDM/PLM-технологий. Одними из эффективных PDM-решений для неконструкторских специальностей являются PDM STEP Suite и пакет разработки интерактивных электронных руководств Technical Guide Builder (НИЦ CALS «Прикладная логистика»). Эти системы также широко применяются в передовых российских оборонных предприятиях.

PDM STEP Suite обеспечивает решение широкого круга задач, связанных с управлением данными об изделии, технологической и информационной поддержкой производства сложной техники. Среди таких функций необходимо отметить:

- реализацию различных представлений изделия (конструкторскую, технологическую, производственную, эксплуатационную);

- поддержку состава и структуры изделия, сравнение различных версий изделия;

- представление технологических процессов изготовления, планирование ресурсов и норм их расхода;

- реализацию процессного подхода при описании технологии и потоков работ;

- управление конструкторско-технологическими изменениями;

- управление эксплуатационными данными и др.

Подготовка и публикация интерактивных электронных руководств (ИЭТР) изделия с применением мультимедийных данных относится к важнейшим инновационным технологиям современного производства, реализованных в системе Technical Guide Builder. Обучение будущего специалиста подготовке ИЭТР завершает формирование целостного облика конкурентоспособного изделия, приучает его к требованиям международных стандартов в области промышленной логистики современного изделия.

Безусловно, интегрированные технологии сквозной информационной поддержки жизненного цикла могут быть реализованы с помощью иного набора программных средств.

Однако именно такой набор функциональных возможностей инструментальных средств в рамках одной дисциплины позволяет сформировать целостную картину жизненного цикла современного изделия, получить инновационные знания и навыки на примере относительно простого объекта – микроспутника.

5. Заключение

Таким образом, введение дисциплины «Информационная поддержка жизненного цикла авиационных и космических систем» является частью инновационной подготовки специалистов в области компьютерного моделирования и внешнего проектирования авиационных и космических систем. Содержание дисциплины включает фундаментальную подготовку в данной области и строится на основе современных информационных технологий поддержки жизненного цикла микроспутника с акцентом на этапе его эксплуатации.