Технологическая подготовка монтажно-сборочного производства РКТ

В.Д. Костюков,

вед. н. с., к.т.н.,

В.Н. Сычев,

первый зам. ген.директора, к.т.н.,

А.В. Воронков,

главн. инж. РКЗ,

А.В. Цырков,

главный констр. ЕКИТСУП, д.т.н.,

ФГУП ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, zavod-hrunichev@mail.ru, г. Москва

Основным продуктом РКЗ является ракетоноситель "Протон". Данный РН выпускается предприятием с 60-х годов прошлого века, претерпел множество модернизаций и в настоящее время является конкурентоспособным на мировом рынке как ракетоноситель тяжёлого класса, позволяющий выводить на орбиту большие полезные нагрузки (до 20 т). Но конкурирующие фирмы уже планируют производство ракетоносителей с тактико-техническими характеристиками, превышающими показатели "Протона". Кроме того, разрабатываемые зарубежные изделия будут иметь преимущество по степени воздействия на окружающую среду, определяемое компонентами используемых топлив. А такой проект, как "Морской старт" ("Sea Launch") предполагает меньшие энергетические затраты на выведение одной и той же массы полезной нагрузки, поскольку позволяет производить запуски непосредственно с экватора. В сложившейся ситуации Космический центр вынужден создавать новые изделия ракетно-космической техники, отвечающие требованиям мирового рынка ракетоносителей, используя самые современные системы автоматизированного проектирования.

Проектирование - процесс создания описания нового или модернизируемого объекта (изделия, технологического процесса, производственной системы, информационной системы), необходимого и достаточного для реализации проектируемого объекта в заданных условиях.

Заданные условия - среда, в которой будет реализован объект проектирования. Описания объекта могут быть выполнены в различной форме и с разной степенью детализации (подробности). Как правило, на всех стадиях жизненного цикла эффект от создания нового изделия оценивается с помощью различных технико-экономических показателей, которые, зачастую, выступают в качестве ограничений (т.е. должны выполняться всегда), тогда как другие показатели могут рассматриваться в качестве желательных условий, обеспечивающих заданные значения. В качестве ограничений чаще всего выступают качественные показатели объекта.

Основными критериями - при проектировании технологических процессов являются: качество, ограничения, себестоимость (полная и технологическая), трудоемкость, затраты на технологическое оснащение и цикл.

Оптимальное решение - это единственное решение, полученное по (четко) заданному критерию (в качестве критерия оптимизации могут выступать различные показатели, отнесенные к условиям).

Рациональные варианты получаются в процессе проектирования в том случае, если задается область изменения значений нескольких показателей. Взаимосвязь области рациональных вариантов решений с оптимальными вариантами по заданным критериям осуществляется заданием функционала, объединяющим различные технико-экономические показатели [3].

При создании новых изделий ракетно-космической техники для снижения затрат также широко применяются автоматизированные системы управления всех уровней иерархии. Основными функциями автоматизированных систем управления являются:

Ø Планирование;

Ø Контроль;

Ø Регулирование.

По оценкам независимых экспертов свыше 85% информации, необходимой для работы автоматизированных систем управления всех уровней иерархии, формируется в автоматизированных системах технологической подготовки производства - АСТПП. Работа этих систем основывается на методах моделирования производственных процессов с максимальным использованием математических моделей.

В последнее время все чаще стали использоваться определения кибернетики как науки о преобразовании информации с целью управления. Кибернетические системы, построенные на базе сложных и многовариационных математических моделей (ММ) стали определяться, как генераторы новой интеллектуальной информации. В таких системах, называемых системами искусственного интеллекта, на основе входной информации формируются решения, которые в дальнейшем могут использоваться в процессе управления или в качестве входной информации для интеллектуальных систем, функционирующих на последующих этапах проектирования. К математическим моделям предъявляются требования универсальности, адекватности, точности и экономичности.

Степень универсальности ММ характеризует полноту отображения в модели элементов и свойств реального объекта. Как правило, ММ отражает лишь небольшую часть свойств объекта. Большинство моделей функционального проектирования отображают протекающие в объекте физические или информационные процессы, при этом не требуется таких свойств, как геометрическая форма составляющих элементов.

Адекватность ММ - способность отображать заданные свойства объекта с погрешностью не выше заданной. Адекватность модели может иметь место в ограниченной области из-менений внешних воздействий. Эта область называется областью адекватности математической модели.

Экономичность ММ - характеризуется затратами вычислительных ресурсов на ее реализацию.

Требования высокой точности и степени универсальности, а также широкой области адекватности и высокой экономичности противоречивы. Наилучшее удовлетворение этих противоречивых требований зависит от особенностей решаемых задач, иерархического уровня и аспектов моделирования. Все это приводит к применению широкого спектра математических моделей.

Каждый из классов моделей предназначен для моделирования специфических объектов и процессов и, в свою очередь, разделяется по условиям моделирования на многоуровневое дерево подклассов и подвидов. Чаще всего для моделирования реальных объектов адекватность модели невозможно обеспечить выбором одного из классов и приходится применять различные сочетания классических типов моделей.

Как правило, модели массового обслуживания и надежности применяются при создании схем автоматов и вычислительных систем. Модели теории игр - при исследовании военных операций. Модели распознавания образов - для кластерного (классификационного) анализа систем чтения, векторизации (перевода графической информации из растрового представления в векторное), технического зрения, речевого ввода-вывода информации. Графовые модели (транспортные задачи) - для сетевого планирования. Логико-алгебраические модели - для конструирования и технологического проектирования, являются основой для создания систем искусственного интеллекта (так называемых экспертных систем).

Практическим применением кибернетических моделей занимаются специалисты в области прикладной математики, а также специалисты различных предметных областей (раздел прикладной математики получил название "исследование операций").

На рис.1 представлена диаграмма пятого уровня декомпозиции функциональной модели ГКНПЦ имени М.В. Хруничева.

рис. 1 Диаграмма пятого уровня декомпозиции функциональной модели ГКНПЦ

им. М.В. Хруничева

Бизнес процессы проектирования технологической подготовки сварочно-сборочного производства (агрегатная сборка) включают бизнес процессы: отработки конструкции изделий (ДСЕ) на технологичность; проектирования УТП; проектирования средств технологического оснащения. При выполнении работ по проектированию технологической подготовки сварочно-сборочного производства применяются офисные пакеты, входящие в стандартную поставку РС, а также CAD/CAM-системы NX, Solid Edge. Ведутся работы по применению системы Teamе Center [1]. Бизнес процессы проектирования технологической подготовки сборочного производства (окончательная сборка) включают бизнес процессы: отработки конструкции изделий (ДСЕ) на технологичность; проектирования УТП; проектирования средств технологического оснащения [2]. Бизнес процессы проектирования технологической подготовки погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских - ПРТС-работ предназначены для: осуществления руководства цехами по вопросам механизации погрузочно-разгрузочных, подъемно-транспортных, складских работ; проектирования по заданию цехов и служб завода нестандартного оборудования, подъемно-транспортных средств, средств механизации погрузочно-разгрузочных и транспортных работ (за исключением лицензированных видов); авторского контроля за изготовлением средств технологического оснащения – СТО ПРТС-работ и внедрения их совместно с цехами в производство; составления и выдачи технических заданий – ТЗ на проектирование СТО внешними организациями, в том числе для вновь вводимых объектов; контроля и внедрения в производство вновь вводимых объектов по своему профилю; проектирования (совместно с конструкторским бюро технологических планировок – КБТП) технологических планировок по курируемым отделом цехам; составления годовых заявок на транспортное, подъемно-транспортное оборудование и материалы; разработки и внедрения мероприятий по плану новой техники; проведения и внедрения мероприятий по стандартизации и нормализации элементов конструкций; обеспечения внедрения на заводе государственных и отраслевых стандартов в области компетенции отдела и охраны труда; соблюдения в проектируемой отделом технической документации требований по технике безопасности; участия в обосновании, составлении и заключении договоров с внешними организациями по своему направлению совместно с цехами и отделами на приобретение нового прогрессивного оборудования; осуществления методического руководства, согласования и контроля за составлением и внедрением на производстве технологии ПРТС работ [3]. Бизнес процессы проектирования вариантов рабочих технологических процессов - РТП по монтажно-сборочным работам включают две типовые задачи: проектирование маршрутной технологии; проектирование операционных технологических процессов [4]. Отдел Главного сварщика - ОГС предназначен для решения общих вопросов ТПП сварочно-сборочного производства (агрегатная сборка), проектирования УТП, СТО, отработки режимов сварки. Отдел клепально-сборочных работ – ОКСР предназначен для решения общих вопросов ТПП сборочного производства (окончательная сборка), проектирования УТП, СТО. Отдел механизации и автоматизации производственных процессов - ОМАПП предназначен для решения общих вопросов ТПП, проектирования УТП и СТО погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских - ПРТС работ. Бюро технической подготовки - БТП цехов предназначены для решения вопросов технической подготовки производства, в том числе проектирования рабочих технологических процессов монтажно-сборочного производства. ОГС, ОКСР, ОМАПП входят в состав службы Главного технолога. БТП цехов методически подчиняются службе Главного технолога. Рабочие технологические процессы - РТП монтажно-сборочного производства состоят из РТП сварочно-сборочного и сборочного производств, а также РТП по ПРТС-работам. Входят в комплект технологической документации - ТД.

В авиакосмической промышленности академиками С.П. Королевым, В.П. Мишиным, В.Н. Челомеем, Г.Б. Лозино-Лозинским, П.Н. Беляниным, А.И. Киселевым, А.А. Медведевым, А.А. Калининым, В.Ф. Митиным и другими выдающимися отечественными учеными и организаторами производства накоплен большой опыт создания автоматизированных малолюдных компьютеризированных производств, работающих по безбумажной технологии в рамках проектов:

· "Буран - Энергия" (изготовления заготовок ТЗП на НПО "Технология" г. Обнинск, сквозного проектирования и изготовления ТЗП на НПО "Молния" и ТМЗ, изготовления 35 наименований корпусных деталей гидро топливной аппаратуры на автоматической линии с программным управлением АЛП - 3 - 2 ММЗ "Рассвет");

· "Протон-М" (изготовления заготовок в компьютеризированной интегрированной производственной системе кузнечно-штамповочного цеха, изготовления деталей на участках фрезерных, токарных станках и обрабатывающих центрах с групповым управлением от центральных кустовых вычислительных центров);

· "Бриз-М" (изготовление деталей на станках с ЧПУ с DNS терминальными станциями ЭНИМС);

· "Рокот" (проектирование-изготовление в едином цикле средств технологического оснащения на станках с ЧПУ по системе ADEM);

· "12КВРБ" (проектирование-изготовление в едином цикле на станках с ЧПУ по системе CATIA трубопроводов с использованием электронных моделей вместо физических носителей геометрической информации - эталонных деталей, шаблонов и плазов);

· "Ангара" (формирование в электронном виде рабочих технологических процессов сварочно-сборочного, гальванического, электротехнического и других производств по системе TEXCARD фирмы "Интермех") и других.

Применение этого опыта для решения производственных задач в настоящее время поможет многим машиностроительным предприятиям резко повысить эффективность их работы и будет способствовать выживанию в конкурентной борьбе на международных рынках.

Одним из ярких примеров этого является механизация и автоматизация погрузочно - разгрузочных и транспортно - складских работ в кузнечнопрессовом производстве при реализации проекта "ПРОТОН". ОМАПП спроектированы и изготовлены два автоматизированных склада тяжелых заготовок весом до 2т. элеваторного типа, каждый общей грузоподъёмностью 32 т., состоящий из 16 ячеек. Эти склады, успешно эксплуатируются более 20 лет в кузнечно-штамповочном цехе РКЗ и определяют примерный объем и сложность задач, возникающих при проектировании СТО для ПРТС-работ.

На рис.2 представлена диаграмма шестого уровня декомпозиции функциональной модели ГКНПЦ имени М.В. Хруничева. Бизнес процессы работ по ТИЗ отдела механизации и автоматизации производственных процессов - ОМАПП предназначены для управления работами в отделе, в том числе ведения делопроизводства, планирования труда и заработной платы - ТИЗ. Результатами выполнения данных работ являются: журнал входящей документации с резолюциями об исполнителях и сроках выполнения работ; журнал исходящей документации с адресами рассылки; планово-экономическая документация по труду и заработной плате ОМАПП [5]. Бизнес процессы решения общих вопросов технологической подготовки погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских - ПРТС работ для изделий ракетно-космической техники - РКТ предназначены для отработки конструкции изделий на технологичность применительно к выполнению ПРТС-работ. Основным результатом выполнения комплекса работ по решению общих вопросов ТПП применительно к ПРТС-работам является АКТ готовности производства к изготовлению детале-сборочных единиц - ДСЕ, узлов и агрегатов нового изделия РКТ [6]. Бизнес процессы проектирования средств технологического оснащения - СТО для ПРТС-работ предназначены для конструирования, нестандартного оборудования, специальной и специализированной оснастки. Изготовление СТО для ПРТС - работ, в том числе и нестандартного оборудования, осуществляется как цехами инструментального производства, так и цехами основного производства. Нестандартное оборудование, специальная оснастка для ПРТС-работ могут приобретаться у заводов-смежников [7]. Резолюции об исполнителях и сроках выполнения работ в ОМАПП. Определение: Резолюции об исполнителях и сроках выполнения работ выносятся начальником ОМАПП и/или его заместителем после анализа планово-экономической и/или распорядительной документации. При вынесении резолюции учитываются как загрузка персонала уже выполняющимися работами, так и срочность поступившего нового задания. При необходимости производится корректировка как индивидуальных планов исполнителей, так и плана ОМАПП в целом. Группа делопроизводства и рабочих копий ОМАПП предназначена для выполнения работ по регистрации входной и выходной документации, распределения работ по исполнителям с установлением конечных сроков выполнения, обеспечения хранения, размножения и выдачи конструкторской документации работникам отдела, формирования планово-экономической документации по ТИЗ ОМАПП. В состав группы входят: начальник ОМАПП; заместитель начальника ОМАПП; секретарь; работник по планированию ТИЗ, работники группы рабочих копий - ГРК. Конструкторско-технологическое бюро погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ - КТБ ПРТС-работ предназначено для решения общих вопросов технологической подготовки производства - ТПП применительно к ПРТС работам. Конструкторское бюро нестандартного оборудования - КБ НО, конструкторское бюро механизации складского хозяйства - КБ МСХ, конструкторское бюро подъемно-транспортных средств - КБ ПТС, конструкторское бюро оснастки для силовых механических испытаний отдела механизации и автоматизации производственных процессов - КБ ОСМИ ОМАПП предназначены для проектирования средств технологического оснащения - СТО погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских - ПРТС работ. Укрупненные (директивные) технологические процессы - УТП выполнения погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских - ПРТС работ регламентируют основные обязательные параметры этих технологий для ДСЕ, узлов и агрегатов изделий РКТ, входящих в список особо ответственных элементов конструкции космической транспортной системы. УТП ПРТС-работ согласуются с отделом Главного конструктора - ОГК.

рис. 2 Диаграмма процесса «Проектировать ТПП по ПРТС-работам»

При производстве новых изделий больше всего времени и ресурсов уходит на подготовку производства. Кроме того, производство ракетно-космической техники на РКЗ характеризуется большим числом покупных комплектующих изделий. После изготовления ракетоносителя в обязанности Космического центра входит транспортировка его на космодром, подготовка ракетоносителя и полезной нагрузки к старту и осуществление самого старта. Все эти задачи требуют слаженного взаимодействия Космического центра с множеством сторонних предприятий.

Слаженность работы заключается в четкой организации обмена технической информацией о поставляемых комплектующих изделиях или услугах, о сроках выполнения сторонами обязательств, закреплённых в договоре, финансовых вопросах (цена, аванс, сроки оплат и т.д.). От точности планирования взаимодействия с поставщиками зависит эффективность работы всего Космического центра. К примеру, величина складских запасов покупного изделия напрямую зависит от времени выполнения заказа поставщиком. Если заказ выполняется точно в срок, то уменьшается величина страхового запаса до уровня критической точки завода и, как следствие, снижаются транспортно-складские расходы, высвобожденные финансовые ресурсы предприятия не "замораживаются" на складе. Подобное взаимодействие Заказчика с Поставщиком называется принципом "Just-In-Time". Оно основано на надёжности сроков поставок, точном планировании процессов производства на предприятии заказчика.

рис. 3 Диаграмма процесса «Выполнять работы по ТИЗ ОМАПП»

Обмен технической информацией между Заказчиком и Поставщиком может включать в себя такие данные как конструкция изделия, тактико-технические характеристики, результаты испытаний и прочее. Если процесс производства уже отработан и вся техническая информация об изделии находится у Заказчика, то потребности в организации обмена технической информацией почти нет, но при постановке на производство новых изделий, предприятие-заказчик может активно участвовать в разработке покупных изделий. Поэтому организация взаимодействия инженерно-технических работников предприятия-заказчика и предприятия-поставщика с помощью современных средств вычислительной техники и информационных технологий является основным путем сокращения сроков распределённой разработки новых изделий и подготовки их производства.

На рис.3 представлена диаграмма седьмого уровня декомпозиции функциональной модели ГКНПЦ имени М.В. Хруничева.

Литература

1. А.П. Баранов, В.Д. Костюков. Теоретические основы автоматизированного управления и проектирования систем обработки информации. Российская академия наук. Институт проблем управления имени В.А. Трапезникова РАН. CAD/CAM/PDM-2004. Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта. Тезисы четвертой международной конференции. 2 -5 ноября 2004. -М. 2004 г. Стр.17 - 18.

2. Л.В.-Я. Витоль, А.А. Калинин, В.Д. Костюков, Е.Д. Лобов, В.Ф.Митин. Проектирование и изготовление штампов с применением информационных технологий. Научно-технический журнал "Ракетно-космические комплексы". №1. 2005 г. -М. Стр. 23 - 36.

3. А.И. Островерх, В.Н. Сычев, В.Д. Костюков. Результаты анализа деятельности РКЗ по внедрению информационных технологий. Федеральное агентство по образованию. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ" - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского. Третья всероссийская научно-практическая конференция "Применение ИПИ - технологий в производстве". Труды конференции. 7 - 9 октября 2005. -М. 2005 г. Стр. 126 - 127.

4. В.Н. Сычев, В.Д. Костюков, Е.Д. Лобов. Программно-техническое обеспечение автоматизированной системы технологической подготовки производства ракетно-космической техники. Научно-технический журнал "Информационные технологии в проектировании и производстве". №1. 2005 г. -М. Стр. 3 - 14.

5. ТИПОВЫЕ ПОДСИСТЕМЫ ЧАСТЬ 3. Тема № 6. Конспект лекций по курсу: "Автоматизированные системы технологической подготовки производства" (направление 55.10 "Авиа- и ракетостроение"). Составитель: Костюков В.Д. МАТИ. -М. 2003 г. 68 с.

6. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА. Модели работ «как есть». Методические указания для выполнения работы по курсу: "Автоматизированные системы технологической подготовки производства" (направление 55.10 "Авиа- и ракетостроение"). Составитель: Костюков В.Д. МАТИ. -М. 2003 г. 30 с.

7. Инструментальные средства. Модели работ «как есть». Варианты заданий (задач). Методические указания для выполнения работы по курсу: "Автоматизированные системы технологической подготовки производства". Составитель: Костюков В.Д. МАТИ. -М. 2002 г. 88 с.