ИТ и европейское авиастроение

Авиастроители хотят создавать такие летательные аппараты, какие нужны их клиентам — авиакомпаниям. Именно потребности заказчиков должны стать основой для проектирования новой техники.

Объединенная Европа закладывает основы будущего экономического расцвета. Очередное свидетельство тому — недавно завершившийся проект ENHanced AeroNautical Concurrent Engineering (ENHANCE), в рамках которого отрабатывались технологии проектирования авиатехники на качественно новых принципах. Авиастроители хотят создавать такие летательные аппараты, какие нужны их клиентам — авиакомпаниям. Именно потребности заказчиков должны стать основой для проектирования новой техники.

Идея ENHANCE согласуется с целями стратегической программы развития, согласно которой к 2020 году Европа рассчитывает стать лидером мирового рынка гражданской авиации как в авиастроении, так и в авиаперевозках.

Реализация проекта стала возможной благодаря тому, что Европа объединила свои ресурсы в области авиастроения. Яркое свидетельство интеграции — создание летом 2000 года концерна European Aeronautic Defence and Space (EADS), второй по величине аэрокосмической компании мира с годовым доходом 30,8 млрд. евро. Корпорация Airbus, производитель самолетов-аэробусов, — одно из предприятий концерна (ему принадлежит 80% акций Airbus).

Интеграция ресурсов себя оправдала и с экономической точки зрения, и с политической. В частности, она обеспечила получение централизованных инвестиций со стороны объединенной Европы — от Еврокомиссии поступили средства в размере 50% стоимости проекта ENHANCE.

Проект ENHANCE

Этот проект длился три года. Участие в нем приняли более 50 компаний и организаций из десяти стран, в том числе представители компьютерного рынка: IBM, Hewlett-Packard, Dassault Systemes, PTC. Общие затраты на проект составили 38 млн. евро, трудозатраты — около 3200 человеко-месяцев. Координация проекта осуществлялась из расположенной в Тулузе штаб-квартиры Airbus.

Среди областей, которые охватывал проект, были: конструирование авиатехники с учетом возможностей ее производства, технической поддержки и сертификации; управление бизнес-процессами параллельного конструирования, в том числе логистическими цепочками и контрактами; технологическая, методическая и кадровая поддержка взаимодействия множества команд, расположенных в разных точках Европы; инфраструктура для быстрого, точного и защищенного управления данными; оценка методов и средств, разработанных в ходе экспериментов на предприятиях отрасли; наконец, доведение информации о результатах исследований до исполнителей.

Главной целью проекта являлся поиск и определение новых путей разработки летательных аппаратов на основе параллельного конструирования (concurrent engineering) и новейших ИТ для поддержки всего жизненного цикла авиатехники внутри «расширенного предприятия» — сложной бизнес-структуры, состоящей из множества команд, участвующих в процессе создания авиатехники и объединенных под общим управлением.

Как подчеркнул менеджер проекта Анри-Жан Броде, ключевыми стали три понятия: расширенное (extended) предприятие, параллельное конструирование, средства САПР и управления жизненным циклом изделий. ИТ играли роль инструмента, обеспечивающего не только собственно конструирование новых образцов авиатехники, но и взаимодействие внутри расширенного предприятия.

Среди базовых принципов Броде отметил гармонизацию процессов и методик внутри авиастроительной индустрии, использование ИТ для их поддержки, а также опору на стандарты, де-факто существующие в авиаиндустрии и других отраслях промышленности.

Проект ENHANCE хорошо структурирован, строго организован и подробно описан. Его основные цели разбиты по девяти основным направлениям: управление проектом и обеспечение качества работ; конструирование изделий; модель жизненного цикла и бизнес-управление; технологии и методологии для расширенного предприятия; интеграционные и практические аспекты параллельного конструирования; полезные и поучительные практические примеры бизнес-реализаций; информационные технологии; сопровождение и поддержка; распространение и использование знаний и опыта.

Как показал проект, использование ИТ и распараллеливание процессов конструирования изделий действительно позволяет уменьшать время разработки и экономить средства. Так, концерн Airbus сумел на четверть сократить цикл создания конструкции аэробуса A-340/600 по сравнению с A-340, который проектировался десятью годами раньше, в 1991 году, сэкономив около 50 млн. евро. По словам Рольфа-Стефана Шэбля, вице-президента Airbus, курирующего процессы параллельного конструирования, после того как самолет был полностью «создан» в электронном виде, никаких существенных переделок в процессе его производства не потребовалось.

ИТ-инструментарий

В качестве основных ИТ-инструментов авиастроителями использовались два продукта: CATIA — система автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM), разработка компании Dassault Systemes (ее коммерческое продвижение и внедрение обеспечивает IBM), и система WindChill корпорации PTC — инструментарий управления данными об изделии (PDM). На выбор инструментальных средств в значительной мере повлиял опыт их применения в концерне Airbus. В различных подразделениях концерна ранее использовались разные средства, однако сейчас — упомянутые два. Как отмечают в концерне, CATIA и WindChill зарекомендовали себя наилучшим образом.

CATIA применялась для конструирования изделий на основе требований заказчиков, определения процессов сборки изделия, интегрированного управления знаниями, WindChill — для управления конфигурациями, интеграции партнеров и поставщиков, координации проектирования и производства, осуществляемых на множестве географически распределенных площадок, для управления изменениями на стадии разработки изделия.

Электронный макет изделия

Если в 1987 году при разработке аэробуса A-320 технологическим новаторством стало применение электронных чертежей, а в 1991 году — использование САПР для трехмерного проектирования A-340, то в 2000-2002 годах конструкторы аэробусов A-340/500 и A-340/600 взяли на вооружение средства, которые Жан-Марк Томас, старший вице-президент EADS, назвал системами виртуальной реальности. Сейчас они применяются для конструирования нового самолета — A-380, первый полет которого намечен на ноябрь 2004 года.

На протяжении всего этапа проектирования самолета конструкторы работают с его электронным макетом (digital mock-up). Сначала они «рисуют» поверхностную модель (модель очертаний поверхности) будущего изделия и размещают внутри макета ключевые узлы, опираясь на требования и пожелания своих клиентов. Например, захотят заказчики получить самолет с двумя этажами пассажирских салонов — пожалуйста, захотят широкофюзеляжный самолет — и это можем, нужен просторный багажный отсек — вот он, нужен самолет, рассчитанный на короткую взлетно-посадочную полосу, — будет сделано. Таким образом, требования рынка закладываются в изделие на самых первых стадиях, и затем, исходя из этих требований, конструируется изделие. Геометрия его модели, принципы конструкции и модель размещения узлов в пространстве создаются и вырабатываются практически одновременно (если быть точным, процессы конструирования здесь переплетаются). Моделирование возможного распределения масс по корпусу изделия, нагрузок, широкого спектра свойств будущего самолета (в том числе аэродинамических качеств, устойчивости, дальности полета и пр.) позволяет уже в начале проектирования устранять из рассмотрения заведомо неподходящие варианты и определять наиболее перспективные. Такая методика позволяет существенно экономить деньги и средства авиастроителей.

Когда основные узлы и агрегаты будущего самолета определены, создается детальное описание конструкции самолета. Здесь процесс распараллеливается: отдельными узлами и компонентами занимаются различные коллективы. Очевидно, эти этапы требуют особенно четкого взаимодействия между коллективами, чтобы созданные ими компоненты смогли соединиться внутри сложной машины. Поэтому не случайно столь большое внимание в проекте ENHANCE уделялось отработке организационного и информационного взаимодействия множества команд, участвующих в процессе разработки. Разумеется, помимо конструкторского описания разрабатывается и модель производства изделия.

Представление данных об изделии

Как рассказал Стефан Майнеке, представитель немецкого подразделения Airbus, все данные об изделии сведены в его электронную модель (digital product master). Она включает шесть представлений изделия: модели его архитектуры, геометрии, анализа, производства, сопровождения и контроля качества, а также бизнес-модель. Кроме того, электронная модель изделия включает иерархическое описание данных. Самый верхний уровень — жизненный цикл изделий, далее идут типы изделий (например, модификации самолетов), описания технических характеристик отдельных типов, потом описания сборочных блоков, их свойств и изображений и т.д. Для каждого компонента (блока, агрегата, детали) формируется подробная информация по всем шести представлениям («разрезам») электронной модели: в каких узлах используется; из чего состоит; где, кем, как, в какие сроки этот компонент должен производиться; каков бизнес-план разработки и производства; каковы затраты; когда и как его следует заменить согласно программе технического сопровождения и пр.

Строго говоря, в структуре данных об изделии хранятся не сами данные, а ссылки на них и структура отношений, взаимосвязей между данными. Для визуализации структуры данных используется так называемый демонстратор. С его помощью обеспечивается детализация информации с нужным уровнем подробности, выбор любого из шести представлений, просмотр данных, в том числе трехмерных моделей изделия.

Электронная модель изделия применяется на всех стадиях управления его жизненным циклом: проектирования, тестирования, нагрузочных испытаний и пр. Она обеспечивает эффективный поиск информации об изделии и его компонентах, позволяет выделить в отдельные подмножества данные различных типов (наборы требований, данные проектирования, бизнес-данные), облегчает обмен данными об изделии, снижает время и стоимость разработки, уменьшает количество ошибок и, самое главное, помогает быстрее выводить на рынок новые продукты.

Среди наиболее сложных вопросов применения электронной модели изделия Майнеке упомянул использование данных в процессе глобального управления конфигурацией, визуализацию данных, а также поддержку единого словаря в рамках расширенного предприятия.

В дальнейшем предполагается расширить спектр данных, хранящихся в электронной модели изделия, обеспечить защищенный доступ к данным, добавить модели расчетов электрооборудования, весовых характеристик и др. Основные же усилия будут направлены на совершенствование структурирования данных, а не на создание новых их типов.

Взаимодействие коллективов

Колоссальное значение в ходе реализации проекта придавалось взаимодействию множества коллективов и команд, работающих в разных странах и имеющих серьезные языковые и культурные различия. В одном только концерне Airbus заводы расположены во Франции, Германии, Англии, Испании, Бельгии. Всего же в авиастроительной индустрии Европы занято около 300 крупных и 7 тыс. средних и малых предприятий.

Взаимодействие между бизнес-партнерами в рамках цепочек поставок строится по следующей схеме. Партнеры нулевого уровня (OEM-партнеры) разрабатывают весь самолет и обеспечивают интеграцию его компонентов. Партнеры первого уровня (партнеры, разделяющие риски) занимаются целыми секциями, второго — отдельными узлами. Бизнес-партнеры третьего, четвертого и пятого уровня — это просто поставщики деталей и материалов. Участниками проекта ENHANCE стали партнеры нулевого и первого уровня.

Чтобы работа над изделием шла успешно, необходимо обеспечить доступ к одним и тем же данным партнерам с нулевого до третьего уровня, причем каждый из партнеров должен видеть только ту часть общего информационного пространства «расширенного» предприятия, которая ему необходима. Отработка регламентации доступа и защиты данных была важной частью исследований в ENHANCE.

Много внимания уделялось и вопросам эффективного совместного использования знаний, в частности организации доступа к репозитарию информации, повторного использования ноу-хау, построения процесса непрерывного обучения сотрудников через Internet, оптимизации обмена данными, документирования различных методов и пр. В целях экономии средств при создании технологической основы для взаимодействия партнеров было решено опираться на Windows, а не на Unix.

Проект после проекта

Проект ENHANCE был завершен в апреле. Его итоги подвели на прошедшей в Тулузе заключительной конференции. Однако работы над совершенствованием технологий продолжаются. В 2003 году планируется запустить новый проект — ENHANCE 2, в рамках которого будут продолжены начатые исследования и эксперименты.

IBM извлекает уроки

Клаус Шефер, директор компании IBM по продажам PLM-решений в странах Европы, Ближнего Востока и Африки, рассказывает о наиболее важных для IBM итогах проекта ENHANCE.

Мы предоставили программное обеспечение промежуточного слоя WebSphere, поставили системы CATIA и ENOVIA. Также мы считаем нашим вкладом в проект работу консультантов и технических специалистов IBM — непосредственных носителей знаний и опыта корпорации по осуществлению подобных проектов и развертыванию индустриальных систем проектирования новых изделий в различных отраслях машиностроения.

Мы вынесли из проекта очень ценный для нас опыт того, как множество независимых компаний может взаимодействовать, совместно работать над решением общей задачи в рамках сетей и цепочек поставок, и как эти компании могут использовать продукты, которые мы предлагаем.

Целью проекта было не только создание новых программных компонентов, но также выработка передовых методик, опирающихся на ИТ. В ходе проекта был получен уникальный опыт взаимодействия команд из разных стран, говорящих на разных языках, являющихся носителями различных культур и использующих различные технологии для того, чтобы работать совместно с другими командами.

Это было очень интересно, порой забавно и в целом очень приятно. Нам удалось поездить по разным странам, поговорить с множеством людей. Я понял, что для того, чтобы работать в мультикультурной среде, нужно ознакомиться с различными культурами, необходимо знать их и относиться к ним с уважением.

Люди разных культур обладают различным творческим мышлением, по-разному подходят к решению задач, и нам было очень интересно вникнуть в особенности их мышления.

Один из главных уроков состоял в том, что мы убедились в действенности концепции управления жизненным циклом изделий. Также мы поняли, сколь важную роль играет налаживание четкой совместной работы множества компаний, обладающих различными знаниями и опытом в разных областях индустрии. Изучение передового опыта бизнес-взаимодействия является одним из главных компонентов нашей стратегии в области PLM. Благодаря нашим заказчикам мы лучше поняли, какими свойствами должны обладать наши продукты и как их следует использовать.

Полигон идей

Жан-Клод Дюньяк, менеджер концерна Airbus по информационному взаимодействию в проекте ENHANCE, рассказывает об опыте, который концерн приобрел в ходе проекта.

На базе опыта, полученного в ходе проекта, мы рассчитываем если не гармонизировать весь жизненный цикл разработки новых самолетов, то по крайней мере усовершенствовать взаимодействие между всеми участниками процесса поддержания жизненного цикла и улучшить сопряжение результатов их работ.

Важным итогом стал переход к использованию новых моделей данных. Они сделали более точным процесс разработки изделий и значительно расширили возможности по обмену данными между партнерами в рамках цепочек поставок. Используемые нами интеллектуальные PDM-системы обеспечивают синхронизацию сложных структур данных.

Полезность больших проектов, подобных ENHANCE, мы также видим и в том, что они устанавливают новые стандарты де-факто. Если что-то признается полезным для всех, это начинают использовать все — от небольших компаний до гигантов.

Одно из основных требований наших заказчиков состоит в том, чтобы нужные им продукты как можно скорее появлялись на рынке. Мы внимательно изучаем мнения рынка о том, какая продукция ему нужна, и готовимся выпускать новые самолеты за почти нулевое время. Такие проекты, как ENHANCE, помогают осваивать методики, которые позволяют создавать новые изделия очень эффективно и быстро.

Одна из проблем в том, что не все пользователи имеют в своем распоряжении одинаковые ИТ-средства. Но основная техническая проблема все же не в многообразии инструментария, а в обеспечении обмена информацией между системами.

Главные же проблемы связаны с человеческим фактором. Одна из них — обучение собственных сотрудников и персонала компаний-партнеров, освоение ими методик параллельного конструирования в процессе работы, что называется, на ходу.

Прежде всего надо построить среду информационного взаимодействия между участниками процесса. Всем им необходимо понять, что и говорить, и слушать, и обучаться нужно вовремя.

Параллельное конструирование — вещь очень интересная и сложная. Мы смогли решить около 20% проблем, которые встретились нам на этом пути. Большинство нерешенных пока проблем относятся к созданию электронного макета самолета.