Анализ характера и состава проектной информации для
построения модели данных PLM-системы Enovia SmarTeam применительно к задачам
космического приборостроения
А.А. Вичугова,
ассист., anya@aics.ru,
В.Н. Вичугов,
доц., к.т.н., vlad@aics.ru,
Г. П. Цапко,
проф., д.т.н., tsapko@aics.ru,
С.Г. Цапко,
доц., к.т.н., serg@aics.ru,
ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, г. Томск
А.М. Фень
инженер-конструктор,
feamkb@mail.ru
ОАО «ИСС», г. Железногорск
В статье описана взаимосвязь разнородных
данных, которые создаются в процессах проектирования бортовой радиоэлектронной
аппаратуры космических аппаратов. Предложена объектно-ориентированная концепция
схемы данных PLM-системы Enovia SmarTeam,
которая является ядром программно-аппаратного комплекса безбумажного командного
взаимодействия участников процессов проектирования. В рамках подобного единого
информационного пространства рассмотрен пример представления и хранения информации.
The article
describes the interaction of heterogeneous data that are generated in the
process of designing electronic equipment onboard the spacecraft. The concept
data model of PLM-system Enovia SmarTeam
is considered. PLM-system Enovia SmarTeam
is the core hardware and software to organize interaction processes in a design
team. As part of this integrated information space, the example of information
representation and data storageis presented.
В 2010-2012 гг. сотрудниками Томского
политехнического университета (ТПУ) с участием авторов данной статьи была
проанализирована деятельность по созданию бортовой радиоэлектронной аппаратуры
(РЭА) космических аппаратов (КА) на примере ОАО «Информационные спутниковые
системы» имени академика М. Ф. Решетнева, в
рамках выполнения следующих научно-исследовательских (НИР) и
опытно-конструкторских работ (ОКР):
-
НИР по разработке
методологических принципов построения и создания прототипа интегрированной
информационной среды проектирования и испытаний бортовой РЭА КА на базе
современных технологий поддержки и сопровождения жизненного цикла изделий
(Федеральная целевая программа);
-
ОКР по разработке
единого информационного пространства (ЕИП) проектирования и испытаний
унифицированных электронных модулей систем управления и электропитания
космического аппарата на основе технологий управления жизненным циклом
наукоемких изделий (Постановление 218 Правительства РФ).
Рассматривая
бортовую РЭА как составляющую КА, следует определить ее место в данном изделии.
[1] предусматривает иерархическое деление радиоэлектронных средств (РЭС) по
уровням, в зависимости от функциональной и конструктивной сложности. В
настоящее время для обозначения прибора бортовой РЭА по [1] принято
использовать термин «радиоэлектронное устройство» (РЭУ), которым обозначают
совокупность функционально и конструктивно законченных сборочных единиц,
предназначенную для решения технических задач.
Иерархическое разделение бортовой РЭА КА по
уровням РЭС согласно [1] соответствует понятиям видов изделий по [2]: РЭУ
считается изделием, радиоэлектронный функциональный узел (РЭФУ), наряду с
печатной платой являются сборочными единицами, а рамка и текстолитовая подложка
печатной платы представляют собой детали. Непосредственно РЭС принято называть
термином «прочие изделия» или «электрорадиоизделия»
(ЭРИ).
На основании анализа источников литературы
[3-5] и результатов проведенных в 2010-2012 гг. исследований деятельности
отделения проектирования и испытаний бортовой РЭА КА в ОАО «ИСС» сделаны
выводы, что проектирование бортовой РЭА представляет собой целый комплекс
взаимосвязанных процессов, основными из которых являются следующие:
·
электрическое
проектирование, которое обеспечивает выполнение заданных функций РЭУ;
·
механическое
проектирование, цель которого состоит в размещении РЭС, выбранных для
реализации функций РЭУ, в соответствии с требованиями к массогабаритным
характеристикам изделия;
·
технологическое
проектирование, в рамках которого разрабатываются документы, определяющие
технологический процесс производства изделия.
Также имеет место разработкапрограммного
обеспечения (ПО), которое определяет поведение изделия в зависимости от
различных условий и выполняется с использованием программируемых логических
интегральных схем (ПЛИС). Определение вида, состава и количества ПЛИС
осуществляется на этапе электрического и механического проектирования, которое
принято называть конструкторским. Каждый этап проектирования представляет собой
целый комплекс работ и выполняется соответствующим специалистом.
Таким образом, под проектированием
понимается разработка такой конструкции бортовой РЭА, которая может быть
реализована технологически и представляет собой совокупность ЭРИ и деталей с
различными физическими свойствами и формами, находящихся в определенной
пространственной, механической и электромагнитной взаимосвязи.
Согласно проведенным в 2010-2012 гг.
исследованиям бизнес-процессов проектирования и испытаний бортовой РЭА КА в ОАО
«ИСС», информация, которая создается и используется при осуществлении данной
деятельности, носит разноплановый характер и может быть структурирована по
следующим категориям:
· информационные модели изделия (ИМИ), в которых содержатся результаты
моделирования тех или иных характеристик изделия (например, электрических,
пространственных, прочностных, тепловых и т.д.), фактически представляют собой
файлы, разработанные в различных системах автоматизированного проектирования
(САПР);
· конструкторские документы (КД), в которых сведения о качественном или
количественном составе изделия представлены в соответствии с принятыми в
отрасли/на предприятии стандартами ЕСКД (фактически, КД представляют собой
графические чертежи и файлы текстового и/или табличного формата);
· не формализованные данные устного и письменного характера, которые
могут быть фактически оформлены в виде текстового комментария.
В соответствии со стратегическим развитием
ОАО «ИСС» предусмотрено создание единого информационного пространства (ЕИП)
проектирования и испытаний КА, в которое будут вовлечены все структурные
подразделения предприятия. В рамках выполнения вышеуказанных НИР и ОКР
сотрудниками ТПУ была предложена оригинальная структура хранения проектных данных
в среде информационной системы поддержки жизненного цикла изделий (PLM, от
англ. Product Data Management) Enovia SmarTeam
V5R19, которая позволяет выполнять целостное проектирование КА и его составных
частей, в том числе, бортовой РЭА. При этом была разработана модель данных
PLM-системы Enovia SmarTeam,
включая типизацию объектов по классам согласно положениям
объектно-ориентированного подхода [6], а также определение набора их атрибутов.
Согласно предложенной ТПУ структуре хранения
проектных данных PLM-системы Enovia SmarTeam, разработка изделия выполняется в рамках проекта,
который является хранилищем всех связанных с изделием информационных сущностей:
ИМИ, КД и элементов электронной структуры изделия (ЭСИ). В PLM-системе Enovia SmarTeam предусмотрено логическое
разделение информационных сущностей и представление их в виде структурированной
совокупности однотипных объектов, например, дерево проектов, дерево изделий,
дерево документов, дерево элементов, дерево материалов и т.д. При этом все
информационные сущности, относящиеся к одному изделию, связаны между собой.
На рисунке 1 показана взаимосвязь
иерархических деревьев различных типов. Например, Проект_2 из существующего
множества проектов сопровождается набором документов, объединенных в дерево
документов. В рамках Проекта_2 осуществляется разработка Изделия_1, которое
состоит из множества Элементов, образующих электронную структуру изделия.
Информация об Изделии_1 фиксируется в связанном с ним Документе_n.
рис.1
Схематичное представление предложенной структуры хранения данных в PLM-системе Enovia SmarTeam
В качестве практической иллюстрации
предложенной ТПУ структуры хранения проектных данных в PLM-системе Enovia SmarTeam при выполнении
апробации результатов предшествующих НИР и ОКР был выбран проект по разработке
следующего изделия: «Блок электронный устройства поворота батареи солнечной»,
разработка которого выполняется в отделении проектирования и испытаний бортовой
РЭА ОАО «ИСС».
Место рассматриваемого
в рамках апробации изделия «Блок электронный устройства поворота батареи
солнечной» в составе КА показано на рисунке 2.
рис.2
Место изделия в иерархической структуре КА
Конечным
результатом производственного процесса с точки зрения приборостроения, является
создание РЭУ путем такого объединения РЭС, которое позволит обеспечить
требуемую функциональность и конструктивное решение [3].
Поскольку
рассматриваемое изделие «Блок электронный устройства поворота батареи
солнечной» является составной частью КА, то разработка данного изделия,
фактически, является одной из задач в составе комплекса работ по проектированию
КА. Поэтому в разработанной модели данных PLM-системе Enovia
SmarTeam экземпляр класса «Проект» является ключевым
объектом, который обеспечивает семантическую связь между разнотипными
сущностями (изделием, элементами его электронной структуры, документами) с
помощью ссылок. Таким образом, проект представляет собой портфель данных о
предмете разработки. Применяя к процессу проектирования изделий принцип
«железного треугольника проекта» [7], можно сделать вывод, что экземпляр класса
«Проект» представляет собой контейнер для структурированного хранения
информации о временных, стоимостных и качественных ограничениях (параметрах)
работ. Под качественными характеристиками проекта по разработке изделия следует
понимать соответствие разрабатываемого объекта требованиям ТЗ.
Таким
образом, целевым результатом проекта по разработке изделия является
непосредственно само изделие. Поэтому с экземпляром класса «Проект», который
хранит сведения общего характера о разрабатываемом изделии, связан экземпляр
класса «Изделие», который предназначен для структурированного хранения
обобщенной технической информации о проектируемом изделии, такой как, например,
наименование, массогабаритные характеристики, функциональное назначение и т.д.
Все эти данные являются значением атрибутов класса «Изделие». Поскольку
специфика космического приборостроения предполагает одновременное существование
нескольких вариантов изделия (на каждую стадию испытаний, например,
лабораторно-отработочные, конструкторско-доводочные, приемочные и т.д.), для
отслеживания степени завершения проектирования на разных стадиях
в разработанной модели данных PLM-системе Enovia SmarTeam для класса «Изделие» введен соответствующий
атрибут.
Компонентный
состав разных версий изделия для каждой стадии испытаний реализуется с
использованием объектов класса «ЭСИ». В разработанной модели данных PLM-системы
Enovia SmarTeam на верхнем
уровне абстракции компонентный состав изделия аккумулируется объектом класса
«Сборочная единица».
рис.3
Дерево проектов PLM-системы Enovia SmarTeam со ссылками на экземпляры класса «Изделия» и «ЭСИ»
На рисунке 3 показана
предложенная иерархическая структура дерева проектов и взаимосвязь объектов
различных классов в разработанной модели данных PLM-системы Enovia
SmarTeam: к экземпляру класса «Проект» присоединен
экземпляр класса «Изделие», к которому, в свою очередь, относится несколько
экземпляров класса «Сборочная единица» (ЭСИ), среди дочерних элементов которых
показаны экземпляры классов «Прочие изделия» и «Детали».
Подробное описание элементов ЭСИ содержится
в связанных с ними экземплярах классов «Документы»:
·
в файлах ИМИ –
визуальное моделирование и расчеты, например, трехмерная модель, тепловой
анализ и т.д.;
·
в файлах КД – описание
количественного и качественного состава согласно стандартам ЕСКД.
Таким образом, в предложенной ТПУ модели
данных PLM-системы Enovia SmarTeam
осуществляется не только структурированное хранение информации об изделиях,
формализованной в виде документов (ИМИ и КД), но и визуализирована его
электронная структура. ЭСИ используется, в том числе, для разработанных функций
автоматической генерации некоторых конструкторских документов (ведомость
покупных изделий, спецификация, перечень элементов). Кроме того, большое
внимание уделено поддержке версионности: объекты
(ИМИ, КД, изделие и элементы его электронной структуры) могут иметь различные
версии, которые отражают степень разработки или испытаний.
По результатам апробации предложенная ТПУ
структура хранения проектных данных в среде PLM-системы Enovia
SmarTeam
рекомендована к внедрению. Поэтому ее следует учитывать при разработке
системы удаленного обмена данными при проектировании бортовой РЭА с внешними
контрагентами. Таким образом, итоговый состав категорий информации, которая
создается и используется при проектировании бортовой РЭА, выглядит следующим
образом:
· организационно-техническая информация (сведения о проекте и изделии);
· электронная структура изделия (совокупность составных частей и
элементов);
· информационные модели изделия (файлы, разработанные в различных САПР);
· конструкторская документация (графические изображения, тексты и
таблицы).
Предложенная схема базы данных PLM-системы Enovia SmarTeam предназначена для
хранения всей вышеуказанной информации в соответствии с базовыми положениями
объектно-реляционной модели в виде совокупности связанных объектов различных
классов, их характеристик (атрибутов, метаданных) и файлов. PLM-система Enovia SmarTeam, настроенная по
выявленным правилам, является ядром ЕИП, которое предназначено для безбумажного
командного взаимодействия участников процессов проектирования бортовой РЭА КА.
В настоящее время разработанный проект ЕИП на базе PLM-системы Enovia SmarTeam и её интеграций с
САПР находится на этапе тестирования и приемочных испытаний перед стадией
опытной эксплуатации в ОАО «ИСС».
Литература
1. ГОСТ Р 52003-2003 «Уровни разукрупнения
радиоэлектронных средств. Термины и определения»
2. ГОСТ 2.101-68 «Единая система конструкторской документации. Виды
изделий»
3. Каленкович Н.И., Боровиков С.М. Радиоэлектронная аппаратура и основы её
конструкторского проектирования: БГУИР, 2008. – 199 с.
4. Тупик В.А. Технология
и организация производства
радиоэлектронной аппаратуры. – СПб:
Издательство: СПбГЭТУ "ЛЭТИ" – 2004. http://dl10cg.rapidshare.de/files/31510061/4078542704/tehnologiya.i.organizaciya.proizvodstva.radioelektronnoj.apparatury.pdf.rar
5. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры:
Учебник для вузов. – М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 528 с.
6. Гради Буч.
Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений. 3–е
издание. Издательство: Вильямс, 2010. – 720 стр., Бадд Т., Объектно-ориентированное программирование в действии. –
СПб.: «Питер», 1997. – 464 с.
7. Мазур И.И., Шапиро В.Д.
Управление проектами. – М.: Омега-Л, 2006. – 664с.