Лабораторный практикум

Раздел III. Функциональное моделирование инновационной деятельности

7. Критерий оценки результатов

При подведении итоговой оценки рекомендуется руководствоваться следующими критериями: «отлично» – соответствует более 90% качественному усвоению учебного материала; «хорошо» – соответствует более 75% до 90% качественного усвоения учебного материала; «удовлетворительно» – соответствует более 50% до 75% качественного усвоения учебного материала при условии отсутствия ошибок в моделях.

В случае невыполнения перечисленных критериев или отсутствия на занятии студент должен пройти повторное выполнение лабораторного задания самостоятельно и представить новый вариант отчета к защите.

Список литературы

1.Виноградова, Н.А. Научно-методические основы построения АСНИ / Н.А. Виноградова, А.А. Есюткин, Г.Ф. Филаретов. –

М.: МЭИ, 1989 – 84 с.

2.Гражданский кодекс РФ от 18.12.2006 N 230-ФЗ - Часть 4. Глава 77. Право использования результатов интеллектуальной деятельности в составе единой технологии, статьи 15421551.

3.Единая система технологической документации: Справочное пособие / Е.А. Лобода, Б.С. Мендриков и др. – М.: Изд. стан-

дартов, 1992. – 325 с.

4.ЕСТД. Термины и определения основных понятий. ГОСТ

3.1109-82. – М.: Изд-во стандартов, 1982. – 18 с.

5.Кривошеев, И.А. Автоматизация системного проектирования авиационных двигателей: Уч. пособие / И.А. Кривошеев, Д.А. Ахмедзянов. Уфа: УГАТУ, 2002. – 61 с.

6.Кривошеев И. А., Селиванов С. Г. Компьютерное моделирование в инновационном проектировании авиационных двигателей. М.: Машиностроение. 2010. 332 c.

7.Лазарева Т.Я. Интегрированные системы проектирования и управления. Структура и состав / Т.Я. Лазарева, Ю.Ф. Мартемьянов, А.Г. Схиртладзе. М.: Машиностроение. 2006.170 с.

181

Раздел III. Функциональное моделирование инновационной деятельности

8.Машиноcтроение. Энциклопедия. Том III-I. Технологичеcкая подготовка производcтва / ред А.В.Мухин. М.: Машиноcтро-

ение. 2007.-576 c.

9.Селиванов С.Г., Гузаиров М.Б. Системотехника инновационной подготовки производства в машиностроении. – М.: Машиностроение. 2012. -568 с.

10.Селиванов С.Г., Гузаиров М.Б., Кутин А.А. Инноватика. Учебник для вузов. – М.: Машиностроение. 2008. -721 с.

11.Селиванов С.Г., Поезжалова С.Н. Автоматизированная система научных исследований высоких и критических технологий авиадвигателестроения // Вестник УГАТУ. Т.13, №1 (32), 2009. С. 112-120.

12.Селиванов С.Г., Поезжалова С.Н. Функциональное моделирование инновационных проектов высоких и критических технологий в авиадвигателестроении.// Вестник УГАТУ. т. 15, №2 (42), 2011. С. 140-152.

13.Р-50.1.028-2001. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования. М.: Госстандарт России. 2001.

182

Раздел III. Функциональное моделирование инновационной деятельности

Лабораторное занятие № 3.2

Тема: Функциональное моделирование НИОКР в

SADTIDEF0 для разработки инновационной продукции

Содержание

Введение 1.Теоретическая часть.

2.Описание используемых программных комплексов

3.Задание

4.Методика выполнения задания

5.Контрольные вопросы

6.Требования к отчету

7.Критерий оценки результатов

Список литературы

Введение

Объектами исследования являются автоматизированная система технической подготовки производства (АСТПП), этапы и стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) инновационного проектирования.

Предметом исследования являются методы функционального моделирования АСТПП при разработке инновационной продукции в машиностроении.

Методы исследования – функциональное моделирование в SADT-IDEF0 с помощью системы BPWin 4.1.

Цель исследования – построение системы работ в АСТПП, которая обеспечивает разработку инновационной продукции.

Задачи исследования:

−многоуровневое построение блок-схемы функций НИОКР для инновационного проектирования;

183

Раздел III. Функциональное моделирование инновационной деятельности

1.Теоретическая часть

1.1. Системный анализ инновационной деятельности на этапах и стадиях разработки АСТПП в

авиадвигателестроении

Анализ является основой концептуального проектирования автоматизированной системы для информационного обеспечения разработки инновационной продукции, в данном случае – это двигатели нового поколения. При проведении данной работы использованы технологии параллельного проектирования IDEF (Integrated Definition). Для функционального моделирования использована методика SADT (Structured Analysis and Design Technique)1, стандарт2 IDEF0 и методика Р-50.1.028-2001 [4]. Из поддерживающих методологию IDEF систем (BPWin, OOWin, Design/IDEF) в данной работе использован пакет BPWin 4.1.

При построении3 IDEF-моделей вначале проводят анализ методологии традиционного проектирования и доводки авиационных двигателей, включающей последовательность и содержание работ, средства, методы их использования при последовательно-параллельном проектировании, изготовлении, сборке, испытаниям, анализу с итеративным повторением этого цикла до получения нужного результата. Для применения современных CALS-технологии важно правильно осуществлять декомпозицию каждого блока на виды работ, включающие этапы (подэтапы) и стадии4. Для этого этапы и стадии работ (а в них – процедуры и операции) сгруппированы следующим образом:

1 этап. Исследовать потребность и обосновать разработку:

1.1Выполнить прогнозирующие НИР по созданию двигателей;

1 Marka D. A., McGovan K. L. SADT: Structured Analysys and Design Technique. N.Y.:

McGrawn Hill, 1988. (423)

2Методология IDEF0. Функциональное моделирование. – М.: Метатехнология, 1993.

– 117 с.

3Кривошеев И.А., Селиванов С.Г. Компьютерное моделирование в инновационном проектировании авиационных двигателей. – М.: Машиностроение. 2010. -330с.

4на каждом уровне функциональных IDEF-диаграмм рекомендуется использовать не более 6 компонентов.

184

Раздел III. Функциональное моделирование инновационной деятельности

1.2Выполнить прикладные НИР по созданию двигателя;

1.3Разработать технические предложения (аванпроект). 2 этап. Разработать двигатель (ОКР):

2.1Разработать эскизный проект;

2.2Разработать технический проект и рабочую конструкторскую документацию (РКД);

2.3Изготовить опытные образцы;

2.4Провести предварительные испытания;

2.5Провести государственные испытания. 3 этап. Изготовить двигатель (производство). 4 этап. Использовать двигатель (эксплуатация). 5 этап. Отремонтировать двигатель.

Для построения модели процесса с целью его дальнейшей автоматизации перечисленные компоненты (элементы) сгруппированы и изображены на функциональных IDEF0 – диаграм-

мах, как это показано ниже.

Согласно Положению5 о создании авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), в связи с задачами создания двигателей нового поколения, требуется сократить время разработки двигателей на порядок за счет внедрения новых методов расчета, проектирования и производства, ускоренных испытаний. Для обеспечения этой цели инновационного проектирования предлагается применять метод организации процесса формирования компоновки двигателя с использованием новых средств компьютерного моделирования. Рассмотрим сказанное подробнее.

На основе регламентированных в упомянутых нормативно-

технических документах (НТД) этапов разработки ГТД можно выделить следующие укрупненные стадии6:

1)Функциональное проектирование,

2)Конструкторское проектирование,

5 Положение «Методология создания авиационных газотурбинных двигателей»

(проект, I редакция). – М.: ЦИАМ, 1999.– 35 с. (292)

6 При построении IDEF-диаграмм для автоматизированной (альтернативной) разработки двигателей далее использована принятая в САПР терминология

185

Раздел III. Функциональное моделирование инновационной деятельности

3)Технологическое проектирование (в составе работ по технологической подготовке производства),

4)Производство,

5)Испытания,

6)Доводка.

Функциональное проектирование – состоит в выборе вариантов схемы двигателя, его компоновки, выборе соотношения основных параметров, удовлетворяющих требованиям технического задания (ТТЗ) и тактико-техническим требованиям (ТТТ). Функциональное проектирование включает:

−газодинамические расчеты параметров узлов и двигателя в целом, в том числе характеристик (высотно-скоростных, дроссельных, нагрузочных...);

−тепловые расчеты ГТД, его узлов и деталей, систем охлаждения;

−прочностные расчеты узлов и деталей;

−определение геометрических характеристик проточной части двигателя и узлов;

−имитационное статистическое моделирование узлов и газотурбинного двигателя (ГТД) в целом;

−оптимизацию структуры, параметров и характеристик (газодинамических, тепловых, прочностных) узлов и ГТД .

Конструкторское проектирование – состоит в техническом

ирабочем проектировании узлов (сборочных единиц) и деталей двигателя, его систем с проведением необходимых поверочных и проектных расчетов и выдачей конструкторской документации в соответствии с действующими стандартами. Эта стадия предполагает оптимизационное решение крупных комплексов задач, включающих газодинамические, прочностные, тепловые расчеты по основным узлам двигателя, с максимальным использованием средств хранения и отображения промежуточной информации и машинных документов для итоговой информации.

Конструкторское проектирование включает:

−выбор облика узлов и двигателя в целом;

−профилирование проточной части, лопаточных венцов, сложных геометрических поверхностей;

−расчеты геометрических характеристик деталей и узлов;

186

Раздел III. Функциональное моделирование инновационной деятельности

−конструирование нормализованных деталей и узлов;

−выпуск конструкторской документации (в системе ЕСКД);

−оптимизацию геометрии узлов и деталей.

Технологическое проектирование (в составе работ по технологической подготовке производства, технологического обеспечения конкурентоспособности нового изделия и отработки конструкции изделия на технологичность) – включает:

−системный анализ технологичности конструкции изделия и технологий, обеспечивающих конкурентоспособность изделия,

−разработку технологических процессов изготовления деталей и сборки двигателя,

−проектирование средств технологического оснащения,

−подготовку программ для станков с ЧПУ и т.д.

Производство – с точки зрения автоматизации управления этим процессом состоит в сборе и обработке информации (мониторинг) о движении деталей в производстве и в управлении как технологическими процессами на производственных участках, так и оперативном управлении производством.

Испытания – проблемы их автоматизации состоят в сборе (мониторинге), регистрации, обработке информации, контроле состояния основных параметров, управлении агрегатами стенда и испытываемого изделия.

Испытания обычно включают:

−лабораторные испытания узлов (сборочных единиц) и агрегатов;

−стендовые испытания полноразмерных двигателей;

−полунатурное моделирование.

Для каждого из видов испытаний выполняют процедуры:

−сбора и оперативной обработки информации;

−контроля основных параметров;

−управления агрегатами стенда и изделия;

−обработки и анализа информации;

−оптимального планирования эксперимента и статистической обработки информации.

187

Раздел III. Функциональное моделирование инновационной деятельности

Кроме того, для подсистемы полунатурного моделирования выполняются процедуры:

−выбора оптимальной структуры системы управления и ее параметров;

−исследования статических и динамических характеристик реальных систем управления и агрегатов совместно с моделью двигателя;

−поузловой доводки реальных систем управления и агрегатов на этапе конструирования;

−исследований по устранению дефектов, появляющихся в

процессе эксплуатации систем управления и агрегатов. Доводка – состоит в проведении мероприятий для того,

чтобы параметры двигателя удовлетворяли техническому заданию. При этом проводится сбор и анализ информации по дефектам, возникающим на изделии при стендовых испытаниях и в процессе эксплуатации.

Доводка включает:

−сбор, хранение и классификацию информации о возникающих дефектах и принимаемых решениях по их устранению;

−статистический анализ причин появления дефектов на изделии;

−диагностику технического состояния изделий.

Структурный анализ и построение функциональной модели процесса проектирования двигателей, проведенный по технологии SADT с использованием пакета IDEF/Design, позволил получить серию функциональных диаграмм, которые далее показаны ниже на рисунках.

Для того чтобы проследить важнейшие связи, моделирование начато с функционального блока жизненного цикла (ЖЦ) двигателя, рис.1. На этой основе конкретизирована цель исследования, в данном случае увязанная с организацией информационного обеспечения процесса. Модель процесса разработки двигателя, построенная по методологии7 SADT, уста-

7 Марка Д., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. – М.:

Метатехнология, 1992.– 239 с. (86, 90)

188

Раздел III. Функциональное моделирование инновационной деятельности

навливает точно, что входит в область рассмотрения и оговаривает, что лежит за ее пределами.

Далее можно осуществить декомпозицию функциональной модели по стадиям жизненного цикла (рис. 2): исследовать потребность и обосновать разработку; разработать двигатель (ОКР); изготовить двигатель (производство); использовать двигатель (эксплуатация); отремонтировать двигатель.

Цель: выявлениетребованийкинформационному обеспечениюи организациижизненногоцикла двигателейновогопоколения.

Точказрения: системныйинтегратор.

Заказчик (ГА, ВВС, самолётныеОКБ)

НТД(ГОСТы, ОСТы, положения)							Ограниченияпоресурсам

	Потребность						Удовлетворениепотребности,
					Жизненныйцикл
							получениеэффектов:
	вдвигателе
					двигателя		полезного(перевозки),
	новогопоколения Ресурсы
					новогопоколения
							вредного(загрязнениесреды,
					A0		истощениересурсов)

P. 2

НИИ, КБ, заводы, ГА, ВВС, (ихперсонал, оборудование,

методическоеиинформационноеобеспечение)

Рис.1. Верхний уровень функциональной модели жизненного цикла двигателя

Первые две стадии, из числа названных, детализированы на рис.3 и 4. Примечание: в рамках данного исследования рассматривается только конструкторский аспект проектирования двигателя для стадии:

Разработать двигатель (ОКР).

189

Раздел III. Функциональное моделирование инновационной деятельности

модель жизненного цикла двигателя	(1-й уровень)
Рис. 2. Функциональная

190