Picture
Сергей Бормалев: "Сегодня ОАО "Авиадвигатель" удалось избежать пагубного увлечения локальной автоматизацией на базе цветных ПК и создать современное конструкторское бюро"
Рассмотpим c точки зрения ИТ современное состояние российской двигателестроительной отрасли на примере деятельности пермского предприятия ОАО "Авиадвигатель". Каждый, кому нужно попасть сегодня, например, из Франкфурта в Москву, обнаружит, что между продолжительностью полетов российской авиакомпании, использующей среднемагистральные лайнеры ИЛ-86, и зарубежной, ориентирующейся на воздушные суда Boeing, разница один час. Просто-напросто самолеты последней имеют более низкую скорость и вместо двух часов пассажиру предлагается лететь три. В этой связи рассуждения о развале и неконкурентоспособности российской авиатехники оказываются весьма надуманными. Однако все по порядку.

Исторический экскурс

Спроектированным и подготовленным к производству в ОАО "Авиадвигатель" семейством двигателей Д-30 и его модификациями оснащены сегодня самые распространенные в России самолеты: Ту-134, Ту-154М, ИЛ-62М. КБ Миля, знаменитое легендарными вертолетами Ми-6 и Ми-10, применяет силовые установки, "выросшие" на пермской земле. Однако начнем сразу с новейшей истории ОАО "Авиадвигатель".

В 1982 году был собран первый газогенератор двигателя ПС-90А с тягой 16 тонн, предназначенный для магистральных пассажирских самолетов ИЛ-96-300 и Ту-204. В 1989-м авиалайнер Ту-204 с двумя ПС-90А совершил первый полет. В 1992 году получен сертификат Авиационного регистра МАК. Тем самым официально была подтверждена способность завода проектировать и производить современный конкурентоспособный двигатель при стабильном качестве и обеспечении необходимой безопасности полетов. В 1993 и 1996 годах начались пассажирские перевозки на дальнобойном ИЛ 96-300 и на Ту-204. Немного позже совершили первые полеты авиалайнеры ИЛ-76МФ и Ту-214. Кстати, самолет Президента России также оснащен пермскими двигателями ПС-90А. К сегодняшнему дню выпущено около 200 двигателей ПС-90А, а общий тираж пермских авиационных двигателей и редукторов составил более 80 тыс. штук, 22 наименований из которых были запущены в серийное производство.

Многие узлы, предложенные, например, при разработке пермских двигателей Д-40 и Д-50, запатентованы компанией Rolls-Royce.

Отдельно необходимо упомянуть военные модели; некоторые из них до сих пор остаются непревзойденными: истребители Миг-31, штурмовики СУ-х7, бомбардировщики Туполева, вертолеты Миля и Яковлева. Например, именно благодаря Миг-31 - далеко летающему истребителю-перехватчику - в свое время СССР смог решить проблему перехвата американских крылатых ракет.

Рыночная ниша российских авиадвигателей

По словам генерального директора ОАО "Авиадвигатель" Юрия Решетникова, "у предприятия большая голова, сильные ноги, но маленькие руки". Что касается ног, то их у предприятия три с половиной: гражданская и военная авиация, заказы газовой промышленности, а также зарубежные потребители, для работы с которыми как раз возможностей пока и не хватает.

Тем не менее здесь выпускается много конкурентоспособных изделий, например двигатель ПС-90А, который в четыре раза дешевле RB211 от Rolls-Royce и в три раза - PW2037 от Pratt & Whitney (20-25% от стоимости самолета составляет двигатель). Что же касается параметров, то вопреки уверениям принято думать, что российские самолеты чересчур "шумные", из-за чего, дескать, их нельзя допускать на зарубежные аэропорты, запас по нормам ИКАО для ПС-90А составляет - 7 и - 5 для Ту-204 и ИЛ-96-300 соответственно. В то же время, например, для RB211 этот показатель в 2 - 3 раза ниже: - 2,4 и - 2,1. Удельный расход топлива у основных конкурентов и ПС-90А примерно одинаков. По уровню выброса вредных веществ ПС-90А чуть уступает PW2037, но существенно лучше RB211. Кроме этого, российский двигатель на 400 кг легче зарубежных аналогов. Правда, надо отметить, что западные моторы прошли многолетний процесс доводки, который для нашего двигателя еще не завершен.

Можно и дальше углубляться в технические тонкости, однако достаточно упомянуть лишь еще об одной детали - я имею в виду адаптируемость к российским условиям эксплуатации, которые по ряду параметров намного более жесткие, чем за рубежом. Возможно, двигатели PW или RB и хорошо выглядят на таблицах, однако жизнь, как всегда, диктует свои условия. В России несколько другие аэродромы и другая техника пилотирования, например короче взлетная полоса, а следовательно, более интенсивные условия работы, особенно при взлете. Отсюда и привычка летного состава использовать движок на форсированных режимах, где зарубежные аналоги не всегда проявляют себя с лучшей стороны.

Сегодня идет жесткая борьба за передел мирового рынка авиапромышленности и услуг. Рынок правдами и неправдами завоевывают концерны Boeing и AirBus. Появление новых конкурентоспособных отечественных лайнеров, например ИЛ-96-300, способных противостоять зарубежной экспансии, противоречит интересам крупных зарубежных фирм. Поэтому пассажиру всячески пытаются доказать, что российская авиация и двигатели никуда не годятся. Хотя, даже по данным ИКАО, 80% всех авиакатастроф не связано с двигателями: как правило, аварии происходят из-за ошибок пилотирования, встреч с посторонними объектами (как произошло с проектом Ту-144, современник которого - "Конкорд" летает до сих пор). Если рассмотреть остальные 20% случаев, то окажется, что 15% катастроф приходится на отказы автоматики.

"Нет добра без худа"

По оценкам российских аналитиков, примерно 80% акционированных предприятий объясняет причины своего затруднительного экономического положения внешними факторами: нет сбыта, нет оборотных средств, налоги и т. п. Однако ОАО "Авиадвигатель", несмотря на специфичность своей продукции, входит в число тех 20% предприятий, которые ищут решения и источники финансирования самостоятельно.

Так, "Авиадвигатель" заключил с РАО "Газпром" контракт, позволивший не только пережить период экономического спада, сохранив кадры, но и поддержать работы по доводке и развитию двигателя ПС-90А, - отработка новых идей шла на газотурбинных моделях. Согласно соглашению, ОАО "Авиадвигатель" и "Пермские моторы" разрабатывают и производят приводные газотурбинные установки для газоперекачивающих агрегатов на базе двигателя ПС-90А, в частности поставляют турбины для реконструкции существующих компрессорных станций и оборудования установок "Урал". Сегодня 30 газотурбинных систем для передвижных электростанций, использующих газ в качестве топлива, работают в Тюмени, имеется заказ еще на 65 систем. Специфические требования, предъявляемые к разработкам, использующимся в авиации, в частности их вес, габариты, позволили устанавливать турбины на любой тягач, а ресурс до 20 тыс. часов непрерывной работы дает возможность применять эти установки в полностью автономном режиме.

Согласно заключению межведомственной комиссии, ориентация на отечественные газотурбинные установки обошлась "Газпрому" по крайней мере в три раза дешевле, чем планировалось заплатить за аналогичные зарубежные системы. Наблюдается интерес к данным разработкам и со стороны зарубежных компаний, в частности немецких, а также фирм стран Среднего Востока. На базе турбинной установки совместно с КИАЭ разработана экологически чистая технология переработки твердых бытовых отходов мощностью 150 тыс. тонн в год.

Однако основным направлением работы ОАО остаются авиадвигатели, на проектирование и на полномасштабную доводку которых нужны немалые средства. Одним из источников могут быть иностранные инвестиции, однако в России уже был не совсем удачный опыт ориентации только на западных "благодетелей". Собственно говоря, пермские авиастроители сегодня и сами могут довести ПС-90А "до ума". Скорее всего, в P&W это осознали и опять пришли в Россию со своими предложениями. В одной из статей Computerworld Россия уже говорилось о проекте банка "Менатеп" и концерна "Русский продукт", а теперь и ОнэкСимбанк двинулся в промышленность, приобретя 30% акций ОАО "Авиадвигатель". Собственно, этот банк и выступает гарантом в проекте с корпорацией P&W, которая планирует сделать 120 млн. долл. инвестиций в авиационную промышленность Перми.

В авиации существует одно очень жесткое правило: если делать, то быстро и качественно или не делать вообще. В противном случае все мгновенно устаревает. В авиации невозможно использование готовой зарубежной оснастки, причин тому множество: военные применения, международная конкуренция и т. д. На заре отечественного авиадвигателестроения период создания новых моделей составлял 2 - 3 года, сегодня этот процесс более продолжителен, правда, и изделия теперь намного сложнее. В двигателе ПС-90А только лопаток 50 разных наименований, разбросанных по 11 различным модулям. Совершенно очевидно, что для сокращения периода проектирования, да еще и в условиях недостаточного финансирования натурных испытаний, невозможно обойтись без комплексной автоматизации. Сегодня в ряде отраслей, желая закамуфлировать статьи расходов на приобретение вычислительной техники, их вносят в смету по новым станкам и обрабатывающим. Однако необходимо уделять ИТ отдельное внимание. Возможно, поэтому ОАО "Авиадвигатель" удалось избежать пагубного увлечения локальной автоматизацией на базе цветных ПК: на предприятии было создано современное конструкторское бюро, способное успешно конкурировать с такими гигантами, как Pratt & Whitney, который благодаря государственной поддержке может позволить себе тратить 1,5 млн. долл. ежедневно на проведение опытно-конструкторских работ.

Процесс пошел

Несмотря на то что родственные предприятия авиационного комплекса Перми еще испытывают на себе "синдром ПК", в практику входят все более серьезные решения. В результате сегодня, после четырех лет экспериментов с ИТ, на ОАО "Авиадвигатель" функционирует достаточно современная конфигурация программно-аппаратных средств.

В основу информационного ядра положена система EDS Unigraphics, вокруг которой работают пакеты Pro/E, Ansys, а также программы собственной разработки.

Например, при подготовке производства у технологов возникла необходимость моделирования типов труб. Хотя UG и не был предназначен для этого, но его открытость и инструментальные средства позволили разработать необходимые программы самостоятельно. Также самостоятельно была создана программа проверки соударений и зарезов деталей при обработке на станках с ЧПУ, хотя модуль позволяет оптимизировать процесс отладки программ для станков с ЧПУ в условиях большой распределенности производства (общая протяженность цехов составляет 2 км), независимо от пропускной способности сети и, главное, без потерь топологии, которые случаются при работе на коммерческих продуктах.

Необходимость самим разрабатывать программное обеспечение не имеет ничего общего с типичной до недавнего прошлого ситуацией, когда на каждом предприятии был свой штат программистов, создающих офисные общеупотребительные программы: расчет зарплаты, бухучет и т. п. Прежде всего, авиация не может ждать, пока нужные решения появятся в коммерческих продуктах, которые, разумеется, будут также доступны и конкурентам - как внешним, так и внутренним. Гораздо эффективнее, а иногда и дешевле создать свой собственный модуль, а потом, используя отлаженные связи с разработчиками базового программного продукта, в данном случае EDS Unigraphics, предлагать новые возможности для включения в очередные версии. Кроме этого, потенциал UG и опыт его использования показывает, что при необходимости этот инструмент можно применять для проектирования самых разнообразных изделий, от орденов и медалей до фюзеляжей авиалайнеров.

Вычислительная сеть ОАО "Авиадвигатель" базируется сегодня на оптоволоконной магистрали, объединяющей рабочие места: ПК для легких чертежных систем типа AutoCAD, а также средних САПР типа UG/Creator, позволяющих существенно увеличить число рабочих мест для доступа к EDS Unigraphics без привлечения дополнительных средств на приобретение лицензий; "тяжелые" САПР типа UG и Pro/E, базирующиеся на станциях Indy, Indigo2 R4400/XZ и Solid Impact, а также Indigo2 R10000. Работа организована в две смены плюс выходные. Выделены рабочие места для администраторов сети и управления библиотеками моделей изделий и модулей.

Кстати, по поводу сети - объемы данных, циркулирующих между рабочими местами конструкторов, уже сегодня настолько велики, что сеть любой пропускной способности не в состоянии "переварить" поток информации. Поэтому наиболее типичная сегодня конфигурация клиент-сервер в данной ситуации не работает - гораздо более эффективным оказалось "размазывание" данных по рабочим местам. Именно в этом случае можно получить максимальную отдачу от мощных компьютеров, которые будут больше заниматься вычислениями, а не простаивать в ожидании, пока данные будут получены из сети. Реально для комплексной работы необходимо еще 200 - 250 станций. Планируется также установка SGI Origin 200; этот процесс, однако, тормозят сегодня бюрократические барьеры, возводимые американскими чиновниками на пути экспорта высокопроизводительных компьютеров в Россию.

Сегодня весь проект выполняется на UG и даже без вывода бумажных копий узлов - чертеж нужен только как документ для подписи, а прототип будущего изделия сразу, без создания промежуточных натурных форм, передается на станок с ЧПУ, где, собственно, и достигается сегодня основной эффект от внедрения САПР. Однако пока UG используется только на самом узком месте - при проектировании и изготовлении лопаток, на автоматизацию других участков средств еще не хватает. Тем не менее, учитывая, что от работоспособности лопаток непосредственно зависят надежность и ресурс всего двигателя, этот ход представляется удачным.

Период проектирования - от эскизного варианта до изготовления охлаждаемых (пустых внутри) лопаток, ранее занимавший год-полтора, сократился до 2 - 5 месяцев. Для неохлаждаемых лопаток этот срок составляет сегодня от 1 до 4 месяцев против прежних 9. При этом цикл проектирования и изготовления оснастки, например для неохлаждаемой лопатки, составит 2 - 3 недели. В целом по двигателю это выливается в сокращение числа тестовых экземпляров моторов, которых, по некоторым проектам, раньше было около сотни. В этой связи уместно привести следующее сравнение: при решении вопроса о количестве тестовых двигателей для одного из изделий General Electric в руководстве компании разгорелся спор: 6 или 7 экземпляров двигателей необходимо для завершения работ по проекту?

Безусловно, нельзя решить все проблемы только с помощью автоматизации. Например, некоторые полностью подготовленные конструктором детали невозможно было сделать в металле вплоть до появления специальных обрабатывающих центров, на которые у завода до поры до времени не находилось средств. Минимизация человеческого фактора - это другой профит, получаемый сегодня от внедрения связки САПР-ЧПУ. Если раньше почти 99% успеха зависело исключительно от настроения слесаря или токаря, то сегодня влияние "человеческого фактора" сократилось наполовину. Ясно, что в таких надежных системах, как авиадвигатель, качество должно зависеть только от технологии, а не от чьих-либо промахов.

Слагаемые перспективы

Как уже отмечалось, в ОАО "Авиадвигатель" автоматизацией "закрыт" только самый важный участок - проектирование и изготовление роторных лопаток, которые, находясь в среде высокотемпературного газа (1330 градусов по Кельвину), дополнительно испытывают воздействие центробежных и вибрационных сил. Одна из ближайших задач - проведение всех видов расчетов для всех лопаток в комплексе. Для справки можно упомянуть, что для газодинамического расчета только одного межлопаточного канала требуется разностная сетка из 300 тыс. узлов. При этом полезно иметь еще и параметризацию, учитывать сложную топологию и уметь обмениваться этими расчетными и геометрическими моделями между различными САПР. Используемые для этого независимые коммуникативные форматы типа DXF, IGES или STEP теряют многие параметры и часто передают только геометрию. Например, стандартные интерфейсы UG - ANSYS не позволяют передавать описания сложных сеток и особых граничных условий. Кроме того, если на сложной топологии турбинных лопаток использовать имеющиеся в коммерческих системах средства, то не всегда можно добиться точного построения трехмерных сеток.

В отличие от автомобильной промышленности, где очень велика роль маркетинга, изделия в авиации - это единичный мелкосерийный продукт, для создания которого требуются оригинальные, свежие идеи, которые нельзя почерпнуть ни в какой самой современной САПР. Поэтому развитие собственной библиотеки программ останется стратегической линией ОАО "Авиадвигатель".

Другая задача - создание единого информационного пространства, включающего все предприятия, связанные с авиационной отраслью. Это поможет решить проблему снабжения информацией и прежде всего наладить консалтинг - известно, например, что просчеты в конфигурации аппаратных средств по причине незнания или в результате мелочной экономии оборачиваются выброшенными средствами, затраченными на всю конфигурацию. Обмен опытом использования систем автоматизации, а также совместная разработка дополнительного программного обеспечения также существенно упрощаются в рамках единого информационного поля.

Пока в основе единого информационного стандарта пермского "куста" лежит UG, который выступает в роли локомотива, а в самой ближайшей перспективе, особенно после подключения всех родственных предприятий и поставщиков, планируется установить систему управления производством (PDM). Наиболее вероятные кандидатуры здесь - Manman/X, Baan и, возможно, Oracle. Достаточно серьезно рассматривается вопрос о приобретении отечественных систем типа "Галактика". Собственно говоря, при создании разветвленной сети партнеров такая система просто необходима; например, на McDonnell Douglas имеется 10 тыс. поставщиков.

Сегодня завод перешел на принятую во всем мире схему пожизненного обслуживания двигателя, когда авиакомпания платит за аренду движка, а производитель обязуется проводить необходимые доводки и ремонт. Таким образом, на заводе должна быть база данных, содержащая "историю болезни" каждой детали каждого произведенного мотора, от его "рождения" до списания .

Послесловие

Государству необходимо принимать участие в развитии таких стратегических отраслей, как авиастроение и космос. По-рыночному формируются контуры такого участия, принятые в цивилизованном мире, - не путем прямых вливаний в отрасль по затратному принципу, а через размещение заказов, разумный протекционизм в пользу отечественных производителей.

Главное не купить, главное - внедрить САПР и грамотно ее использовать. Здесь на первом месте оказывается надежность компании, которая характеризуется ее положением как на зарубежном - котировки акций, общее состояние, мнение основных партнеров, - так и на российском рынках: уровень сопровождения, качество обучения, привлечение заказчика к общекорпоративной деятельности компании, сервис.

Анализ работы пермского "куста" предостерегает также от излишнего увлечения экспериментами с разными системами: больше двух САПР на одном предприятии абсолютно не нужны (в авиации законодателями выступают сегодня Catia и Unigraphics); в процессе работы накапливаются данные, и по окончании срока бесплатной эксплуатации трудно переключаться на что-либо другое; во многом успех зависит от кадров, отсутствие которых сводит на нет эффект от внедрения любой прекрасной системы.

После проведения международного авиакосмического салона зарубежные эксперты признали, что российские самолеты в очередной раз подтвердили свою конкурентоспособность.


Компании и их новые проекты

Pratt & Whitney

Проектно-конструкторские работы - EDS Unigraphics и Pro/E. Управление процессом производства - собственные разработки на базе СУБД Oracle, сейчас переход на IMAN

MTU (Германия) - крупнейший партнер Pratt & Whitney

Проектно-конструкторские работы - CATIA

Allied Signal - американская агрегатная и двигателестроительная компания

Проектно-конструкторские работы: Pro/E. Система управления производством сделана специально по заказу сторонней фирмой.

Rolls-Royce

Проектно-конструкторские работы - CADDS Система управления производством - в стадии выбора, пока нет четкой стратегии.

Snecma - крупнейший в Европе производитель двигателей для гражданских и военных самолетов, в частности для "Миражей"

Проектно-конструкторские работы - CATIA, частично CADDS

Boeing

Проектирование фюзеляжных деталей - CATIA (новейший авиалайнер 777 стал первым самолетом, полностью спроектированным без использования реальных прототипов - путем моделирования на суперкомпьютерах и графических станциях SGI), производство: оснастка, ЧПУ, инструменты - EDS Unigraphics. Управление производством - SDRC Metaphase

AirBus Industry

Проектно-конструкторские работы - CADDS

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями