2.6. Синтез системы

На основании принятых решений завершается выполнение проекта (синтез) и процесс интеграции системы. Синтез открывает содержание «как» для каждого пункта «что» и «как хорошо». Продукция синтеза системы включает базовую физическую архитектуру (как спроектировано) и результаты маркетинга подсистем. Место синтеза в общем процессе СИ показано на рис. 5.

На этапе синтеза продукта эффективно применяют интеграционную методологию параллельного инжиниринга. Это систематический подход различных специалистов, сотрудничающих одновременно в общей среде, реальной или виртуальной, для создания совместного дизайна, достигая сокращения времени цикла разработки продукта за счет лучшей интеграции мероприятий и процессов. В рамках параллельного инжиниринга обеспечивается общая инфраструктура инструментов, данных и поддержки информационных технологий, образуя интегрированную среду поддержки для использования командой. В совместной среде ключевые участники могут исследовать предположения и альтернативы с группой заинтересованных сторон или другими членами команды дизайнеров, и быстро переориентировать всю команду, когда происходит изменение дизайна.

Успех параллельной инженерии основан на деятельности талантливой и опытной группы инженеров и ученых, которые составляют команду, где поддерживаются соответствующие инструменты и средства, чтобы сделать свою работу более эффективно. Основные ключевые позиции в команде: заказчик, руководитель по исследованиям, системные интеграторы, инженеры подсистем (включая экспертов по рискам и расходам). При этом группа инженеров напрямую взаимодействует с заинтересованными сторонами для облегчения проектирования, а клиент становится активным участником процесса разработки. Менеджер проекта должен понимать разницу между совместной работой в общем помещении и распределенной (часто удаленной) работой. Для последней требуются дополнительные организационные усилия в части управления, инструментов и коммуникационных технологий.

Важнейшим элементом в процессе развития параллельного инжиниринга стало освоение трехмерного электронного макета изделия (ЭМИ), используемого командами проекта 24 часа в сутки. На ЭМИ разрабатывают чертежи и сборки, а также управляют комплектом документации. Работа с ЭМИ существенно снижает время проектирования и затраты. Электронный цифровой макет изделия становится средоточием информации о продукте, определения в ГОСТ 2.051…2.058. Он создается и направляется системой управления данными о продукте, которая поддерживает выпуск технической документации и управление конфигурацией изделия.

ЭМИ сегодня служит главным инструментом общения инженерных команд и фундаментом диалога проектантов с производством. Вокруг ЭМИ строятся регулярные совещания по статусу проекта, вместо затратных физических макетов, применявшихся ранее. Организация процесса коммуникации между командами, участвующими в проекте, и внутри команд лежит в зоне ответственности менеджера проекта. Очень важно не допустить сбоев в параллельном инжиниринге из-за распространения неверной или запаздывания правильной информации и данных, что повлечет переделку части работ и финансовые потери.

В ЭМИ могут быть включены технические данные системы, 3-Д модели, документы и обеспечивающие процессы, необходимые для использования при дальнейших этапах работ. Например, трехмерная модель системы, набор и система управления техническими документами проекта, система управления составом изделия, система управления жизненным циклом изделия, технологические данные, содержащие необходимые указания для производства (используемые инструменты, материалы, технологии, средства контроля и т.д.), результаты расчетов различными средствами CAE, данные для проектирования и изготовления оснастки, технологические процессы, библиотеки операций и переходов в производстве.

Электронный макет соответствует текущему этапу жизненного цикла продукта и в авиастроении включает обычно три уровня проработки (рис. 12).

Рис. 12. Три этапа «зрелости» ЭМИ

Исходной является мастер-геометрия обводов самолета (теоретические профили аэродинамики). Макет ЭМИ-1 используется для предварительных компоновочных решений по продукту и включает все внешние формы самолета или секции, основные геометрические сведения о силовом наборе (рамы, стрингеры, шпангоуты и лонжероны), важные интерфейсы, системы координат, необходимые для позиционирования подсборок между собой, общие виды.

Принятые решения пересылаются и проверяются на следующей стадии ЭМИ-2. Это макет распределения внутренних объемов самолета под компоненты и агрегаты, который служит для проработки использования допустимого пространства внутри самолета при его заполнении конструктивными элементами, определения расположения подсистем и частей оборудования, проверки их взаимной увязки. ЭМИ-2 определяется трехмерными моделями частей изделия, позиционированными в пространстве, причем система управления данными следит за соблюдением связи между геометрией и конфигурацией продукта. Инженеры проверяют взаимную предустановку частей, систем и оборудования, удобство их монтажа и обслуживания. Следующим важным этапом проектирования на ЭМИ-2 является пространственная увязка расположения систем, частей и деталей, уточнение возможности сборки при производстве, а также интерфейсы.

На базе 3-Д моделей макета второго этапа ЭМИ-2 после «замораживания» всех проектных решений конструкции выпускается рабочая документация (РКД), которая передается намеченным производителям для согласования и доработки технологий производства. Компоненты РКД включают 3-Д модели и сборки согласно ЭМИ, производственные чертежи, спецификацию (график работ), извещения об изменениях, алфавитную базу данных проекта для справочных нужд. Все чаще на сложных изделиях вместо РКД передают в технологическую службу образмеренные (аннотированные) 3-Д модели деталей, согласно стандартам ISO 16792:2015, ASME Y14.41—2012, MIL-STD-31000A.

Разработанная и скорректированная рабочая документация служит основой для финального макета изделия ЭМИ-3 (справочная геометрия, сертификация). Этот макет строится в завершающей стадии конструирования на основании производственных чертежей с технологическими изменениями и служит источником для стадий производства, эксплуатации, разработки модификаций на следующих этапах ЖЦ. Также ЭМИ-3 включает базу сертификационных расчетов на прочность, сборник требований по установке систем и оборудования.

В стандарте ГОСТ Р 58301—2018 «Управление данными об изделии. Электронный макет изделия. Общие требования» предложена классификация моделей, привязанных к основным фазам жизненного цикла. Функциональный макет ЭМИ-Ф включает взаимосвязанную совокупность данных, описывающих устройство, состав, характеристики, принципы работы и возможные нарушения исправного состояния изделия. Конструкторский макет ЭМИ-К содержит взаимосвязанную совокупность данных, описывающих конструкцию и требования к изготовлению и сборке изделия. Технологический макет ЭМИ-Т концентрирует взаимосвязанную совокупность данных, описывающих технологию изготовления и используемых для планирования, оценки и организации процесса производства изделия. Эксплуатационный макет ЭМИ-Э включает взаимосвязанную совокупность данных, описывающих эксплуатационные свойства изделия и требования к процессу его технической эксплуатации.

В состав рабочей конструкторской документации (РКД), разработанной по ЭМИ, входят стандартные компоненты. Производственные подразделения используют согласованный комплект документов, который имеет соответствующее «говорящее» кодирование (нумерацию чертежей), позволяющее в минимальном количестве цифр изложить всю необходимую информацию о детали. Вокруг разработки ЭМИ необходимо организовать процессы технического контроля (регулярные по времени ревизии). Командная работа на электронном макете является важным компонентом снижения времени разработки, повышения качества документации, упрощения обмена данными со службами технологической подготовки производства.

В каждом узле большого проекта должен работать один или несколько ЭМИ-интеграторов, чьи задачи состоят в следующем:

•проверять правильность данных, поступающих в ЭМИ, особенно затрагивающих конфигурацию, а также наличие связей файлов, необходимых для совместной работы;

• проводить анализ проблем и подтверждать корректность ЭМИ (особенно после фаз интеграции), т.е. проверки, что нет «коллизий», аномальных данных, «наездов» деталей друг на друга;

• управлять качеством данных ЭМИ (рекомендуется иметь выделенного сотрудника, занятого на этой конкретной позиции);

• помогать менеджерам связывать параллельные виды деятельности и интегрировать их результаты внутри процессов параллельного инжиниринга.

В ходе проверки результатов работ на ЭМИ удобно использовать типовые вопросники, составленные и пополняемые с учетом традиций компании-разработчика и накапливающегося опыта. Чек-листы (документированный перечень вопросов для проверки) составлены и корректируются с учетом имеющейся статистики, содержат компоненты критической базы знаний, хорошо помогают при дефиците обученного персонала, важны, чтобы не забыть задавать проясняющие вопросы. Их активно используют на этапе проверки документов или этапов работы (обнаружить проблемы пока не поздно, гарантировать их обнаружение) для нахождения ошибок оформления конструкторской документации, технических проблем и др. Хотя практика показала, что проблемы находятся нечасто, применение чек-листов полностью окупается. Текущее внесение в чек-листы типовых конструкторских ошибок существенно улучшает качество документации на финише проекта.

Вышеперечисленный объем работ нескольких проектных групп одновременно на регулярно актуализируемом ЭМИ и его компонентах, отработка электронных сборок, включающих до 50 000 деталей, позволяют существенно повысить качество выдаваемой конструкторами документации, в 6…10 раз снизить стоимость затрат на корректировки конструкторских решений в производстве. Первым самолетом, спроектированным с использованием электронной документации, был Boeing-777 (в серии с 1995 г.). Его проектирование, разработка и испытания с широким использованием моделирования и виртуального эксперимента, замена физических макетов на ЭМИ позволили получить (сравнительно с созданием предыдущих самолетов В-757, B-767) ряд преимуществ:

a) исключено более 3000 сборочных интерфейсов;

b) получено 90% снижения запросов на изменение РКД (т.е. в 10 раз);

c) на 50% ускорен цикл обработки запросов на изменения;

d) достигнуто 90% снижения переделок конструкции (т.е. в 10 раз);

e) обеспечено улучшение допусков на сборку фюзеляжа (повышена точность подгонки секций).

На рис.13 показано улучшение качества конструкторской документации на разных фазах ЖЦ при использовании ЭМИ. Здесь ПИ обозначает предварительные извещения об изменениях.

Рис. 13. Влияние ЭМИ на снижение числа изменений РКД

Процесс интеграции системы из компонентов и подсистем является одним из важнейших в проекте, так как завершает процедуру разработки получением конечного продукта. К сожалению, в отечественной практике данный этап либо не выделен, либо сведен к процессу финальной сборки производственными подразделениями и приемочным испытаниям. Целью этапа интеграции является собрать вместе все части или элементы интересующей системы в единое целое для обеспечения их совместной работы. Интеграция продукта включает в себя множество мероприятий, которые необходимо планировать на ранней стадии программы или проекта, чтобы эффективно и своевременно выполнить интеграцию. Необходимо собрать и интегрировать полученные части в систему в соответствии с указанными требованиями, конфигурационной документацией, требованиями к интерфейсу, применимыми стандартами, последовательностью и процедурами интеграции. В процесс входят управление, оценка и контроль физических, функциональных данных и интерфейсов между интегрируемыми продуктами.

Напомним некоторые термины и принципы процесса интеграции.

Принципом называют описание того, что должно быть, или того, что есть, или руководство, которое, возможно, является разумным. Принципы проверяют для верности, подтверждая опытом и экспериментами. Их можно объединить, превратить в связный массив знаний и принять в качестве основы для рассуждений, логики и действий, классифицировать и интерпретировать ситуацию с точки зрения предыдущих итераций.

Событием называют происходящее действие или происшествие, приводящее к изменению объекта вследствие преобразования входа в выход. События имеют структуру, могут быть упорядочены и распознаются как объекты, физические или интеллектуальные.

Ситуацией называют последовательность событий, в которой событие описывает деятельность, которая связывает входной сигнал или компонент с выходным.

Принцип согласованности интеграции включает согласование стратегий ключевых заинтересованных сторон с целями проекта и предоставление согласованного продукта или услуги, что имеет первостепенное значение для успеха.

Принцип разделения (декомпозиции) делит концепции высокого уровня на несколько объектов низкого уровня для упрощения работ.

Принцип индукции отражает мышление, направленное на достижение интеграции на основе правил. Это требует индуктивного рассуждения, чтобы отслеживать модели, отражающие реальность, обобщая подходы, а также собирая доказательства, которые предполагают динамику взаимодействия между процессами.

Принцип ограничения отражает тот факт, что концептуальная архитектура, концепция операций и проект системы сильно зависят от бюджетных ограничений. Следовательно, архитектура нижнего уровня соразмерно ограничена в стоимости, обусловленной распределением ресурсов.