electronic simulation as a phase of developing design … · 2018. 8. 15. · в каркасной...

29№ 4(19)/2017 КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

эЛЕКТрОННОЕ МАКЕТИрОвАНИЕ КАК эТАп рАзрАбОТКИ

Одна из основных задач при разработке изделий ракетно-космической отрасли с приме-нением современных систем автоматизированного проектирования — обеспечение качества разрабатываемой конструкторской документации. Разработанная в РКК «Энергия» методика электронного макетирования направлена на решение именно этой задачи.

Электронное макетирование рассматривается как вид работ на всех стадиях разработки конструкторской документации изделий.

Рассмотрен процесс разработки документации на изделия на этапах эскизного проекти-рования и выпуска рабочей конструкторской документации. Приведены основные подходы к организации процесса. Представлены результаты электронного макетирования узлового модуля Российского сегмента Международной космической станции и проведен их анализ, сделаны выводы о возможности применения предложенной методики.

Ключевые слова: конструкторская документация, электронное макетирование, орби- тальная станция, электронный макет.

Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П.Королёва (РКК «Энергия»)Ул. Ленина, 4А, г. Королёв, Московская обл., Российская Федерация, 141070, e-mail: [email protected]

УДК 004.94:629.78.01

Электронное макетирование как Этап разработки

конструкторской документации модулей

орбитальных станций ркк «Энергия»

© 2017 г. гукало а.а., золотарёв а.м., магжанов р.м.

ELECTRONIC SIMULATION AS A PHASE OF DEVELOPING DESIGN

DOCUMENTATION FOR RSC ENERGIA ORBITAL STATION MODULES

Gukalo A.A., Zolotarev A.M., Magzhanov R.M.

S.P. Korolev Rocket and Space Public Corporation Energia (RSC Energia)4A Lenin str., Korolev, Moscow region, 141070, Russian Federation, e-mail: [email protected]

One of the main tasks in development of rocket and space products using modern computer-aided design systems is to assure quality of the developed design documentation. RSC Energia-developed electronic simulation procedure is aimed at solving this particular problem.

Electronic simulation is considered as a type of works in all phase of developing the design documentation for products.

Consideration is given to a process of developing documentation for products in the preliminary design and working design documentation phases. Basic approaches to the process management are given. The results of electronic simulations of the node module of the Russian Segment of the International Space Station are presented, and their analysis is carried out, conclusions on the applicability of the proposed procedure are made.

Key words: design documentation, electronic simulation, orbital station, electronic dummy.

гукало а.а. золотарёв а.м. магжанов р.м.

30 КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ № 4(19)/2017

Гукало А.А., Золотарёв А.М., Магжанов Р.М.

введение

При разработке изделий ракетно-кос-мической отрасли применение систем авто-матизированного проектирования (САПР) является повсеместно принятой практи-кой. Конкурентные преимущества предпри-ятий в отрасли во многом обеспечиваются внедрением и эффективным применением современных методов проектирования и раз-работки изделий с использованием техно- логий САПР. Применение таких методов нацелено на повышение качества разработки образцов перспективной космической тех-ники и обеспечивает:

• комплексную компоновку и конст-руктивную увязку всех составных частей изделия;

• уменьшение количества ошибок раз-работчиков;

• выявление ошибок на ранних стадиях разработки;

• сокращение сроков на разработку, из-готовление и подготовку изделий к пуску.

Подразделения РКК «Энергия» ведут разработку широкого спектра сложных из-делий различного назначения [1]. Учитывая наличие современных средств проектирова-ния, логичным представляется вопрос о по-вышении качества разработок. В результате поиска решения в конструкторском подраз-делении РКК «Энергия» был разработан комплекс мер, объединенных в методику электронного макетирования (ЭМ) изделий, которая впервые, как и сам термин, была применена на практике.

Вновь разработанная методика ЭМ, ре-зультаты которой являются базой при вы-пуске основного комплекта документации на изделие, впервые прошла апробацию при разработке узлового модуля (УМ).

Требования и порядок проведения ЭМ были изложены в программе и методике макетно-конструкторских испытаний, а по результатам проведения ЭМ выпущен тех-нический отчет.

объект электронного макетирования

Узловой модуль разработки РКК «Энер-гия» планируется использовать в составе Российского сегмента Международной кос-мической станции (РС МКС). Он предна-значен для наращивания возможностей орби-тальной инфраструктуры РС МКС в части создания дополнительных портов для сты-ковки перспективных модулей и кораблей. Для этой цели УМ включает в себя пять пассивных стыковочных агрегатов. После выведения в составе корабля-модуля на ра-кете-носителе «Союз-2-1б» он пристыко-вывается к надирному узлу многоцелевого лабораторного модуля.

Основные характеристики УМ:масса модуля 4 750 кг;в т. ч. масса доставляемых грузов,включая элементы крепления 700 кг;герметичный объем 19 м3;срок эксплуатации не менее 12 лет;диаметр сферического гермокорпуса 3 300 мм.

Электронное макетирование. основные положения

Электронное макетирование — это про-цесс создания электронных макетов кон-струкции (ЭМК) составных частей (СЧ) и изделия в целом с последующим решени-ем вопросов компоновочной и конструк-торской увязок составных частей изделия с обеспечением выполнения требований технологичности сборки изделия, удобства его эксплуатации, обслуживания и ремонта изделия в целом, а также всех его систем и бортового оборудования.

Цель создания ЭМК заключается в полу-чении информационного объекта, позволя-ющего максимально точно и полно решать вопросы компоновки изделия на этапах эскиз-ного проектирования (ЭП), технического про-ектирования (ТП) и на этапе разработки ра-бочей конструкторской документации (РКД),

ГУКАЛО Антон Александрович — начальник сектора РКК «Энергия», e-mail: [email protected] Anton Aleksandrovich — Head of Subdepartment at RSC Energia, e-mail: [email protected]

ЗОЛОТАРёВ Алексей Митрофанович — ведущий инженер-конструктор РКК «Энергия», e-mail: [email protected] Aleksey Mitrofanovich — Lead engineer-designer at RSC Energia, e-mail: [email protected]

МАГжАнОВ Раис Мухтясибович — заместитель генерального конструктора РКК «Энергия», e-mail: [email protected] MAGZHANOV Rais Mukhtyasibovich — Deputy General Designer of RSC Energia, e-mail: [email protected]



в т. ч. вопросы оценки взаимодействия со-ставных частей макетируемого изделия или изделия в целом с элементами произ-водственного и/или эксплуатационного окружения. ЭМК является исходным ма-териалом для разработки рабочей конст-рукторской документации.

задачи электронного макетирования

Объем работ, выполняемых при проведе-нии ЭМ, обеспечивает решение задач поиска и подтверждения правильности проектно-конструкторских и конструкторско-техно-логических решений для всех этапов жиз-ненного цикла изделия.

на основе анализа решаемых задач было признано целесообразным опреде-лить два этапа ЭМ: эскизное проектирова-ние и разработка РКД. Задачи, решаемые на различных этапах, отличаются друг от друга и расширяются с переходом на следующий этап, при этом по результатам проведения ЭМ может быть откорректиро-вана документация предыдущего этапа.

Для основных этапов разработки изделия были сформулированы задачи, которые являются практически унифици- рованными для всех изделий (для кон-кретных изделий могут быть введены до-полнительные требования и поставлены задачи по проведению ЭМ).

В процессе ЭМ на стадии ЭП решаются следующие задачи:

• разработка и анализ вариантов ос-новных компоновочных и конструктивных решений и деление изделия на конструк-тивные СЧ;

• выбор варианта компоновки изделия в целом с обеспечением взаимной увязки его конструктивных СЧ и систем;

• формирование облика изделия;• задание габаритов СЧ и внешних

обводов изделия;• моделирование зон занимаемых

пространств — зон обитания и работы экипажа; зон, занимаемых элементами конструкции корпуса и бортового обо-рудования; зон монтажа магистралей пневмогидравлических систем (ПГС) и зон прокладки бортовой кабельной сети; зон расположения и работы фидерных устройств; зон хранения грузов;

• создание ЭМК приборов, агрегатов и другого оборудования, используемого в изделии;

• создание электронных компоновоч-ных схем и взаимной увязки компонентов

систем по компоновке, механическим, элект-рическим, пневмогидравлическим связям;

• проверка принципов работы изде-лия и оценка взаимодействия его СЧ;

• оценка сопряжения и взаимодей-ствия разрабатываемого изделия с другими изделиями и элементами производственного и эксплуатационного окружения;

• моделирование зон обслуживания изделия и входящих в него систем на всех этапах жизненного цикла изделия;

• проведение предварительной эрго-номической экспертизы.

В процессе электронного макетирования на стадии РКД решаются следующие задачи:

• разработка и прочностной анализ конструктивно-силовой схемы изделия;

• выбор форм, основных размеров и взаимной увязки силовых элементов кон-струкции корпуса;

• разработка конструкций узлов креп-ления и увязка с корпусом компонентов систем и средств оснащения изделия;

• анализ взаимной увязки систем по компоновке, механическим, электричес-ким, пневмогидравлическим связям;

• анализ и уточнение компоновоч-ных схем изделия, его отсеков и агрегатов с целью обеспечения наилучших массовых и эксплуатационных характеристик изде-лия и необходимого уровня его техноло-гичности и ремонтопригодности;

• уточнение зон обслуживания из-делия и входящих в него систем на всех этапах жизненного цикла изделия;

• анализ сопряжения изделия по меха- ническим, электрическим и пневмогид-равлическим связям с другими изделиями, с элементами производственного (техноло- гического) и эксплуатационного окружения;

• определение конфигурации трубо- проводов ПГС, кабелей и фидерных устройств, их длин и других геометриче-ских параметров;

• уточнение схемы размещения до- ставляемых грузов;

• анализ и утверждение ЭМК в каче-стве исходного материала для разработки электронной модели изделия (ЭМИ) этапа РКД и выпуска на ее основе рабочей кон-структорской документации.

методика электронного макетирования

Разработка ЭМК этапа ЭП включает в себя создание файла каркасной геометрии [4], который определяет базовую систе-му координат изделия, вспомогательные



системы координат, плоскости и оси для расположения основных отсеков и узлов, теоретические обводы изделия. Данные, заложенные в файл каркасной геометрии, и содержание теоретического чертежа должны быть полностью согласованы. Файл каркасной геометрии размещается в ЭМК общей сборки изделия этапа ЭП.

Проводится разработка ЭМК состав-ных частей изделия, которые включаются в ЭМК общей сборки изделия. Размещение составных частей, определение их положе-ния и ориентации в пространстве модели обеспечиваются, как правило, с примене-нием каркасной модели.

Разрабатываемые на этапе ЭП ЭМК изделия являются исходными данными для последующей разработки ЭМИ и ЭМК этапа РКД, и должны давать однозначную информацию о расположении всех эле-ментов бортового оборудования в изделии, их габаритных размерах и доступных зонах обслуживания.

на этапе РКД создается рабочий ЭМК СЧ, который разрабатывается на осно-ве ЭМИ этой СЧ. Такой порядок работы позволяет в процессе разработки кон-струкции СЧ согласовывать их взаимное расположение в изделии, проверять пра-вильность исходных данных, выдаваемых смежными подразделениями, проверять разные варианты конструкций.

Общая сборка ЭМК/ЭМИ этапа раз-работки РКД должна создаваться с приме-нением базовой геометрии, размещенной в каркасной модели этапа ЭП.

ЭМК СЧ изделия могут быть созда-ны как единый файл или как сборка из нескольких файлов. Как правило, ЭМК выполняется в виде упрощенной твердо-тельной CAD-модели.

Уровень детализации ЭМК СЧ изделия, создаваемых в обеспечение проведения ЭМ, определяется разработчиком и дол-жен полностью описывать геометрические параметры СЧ изделия, места сопряжений с другими частями, крепежные соединения (при необходимости). Также уровень де-тализации должен обеспечивать решение задач ЭМ.

ЭМК СЧ по мере их готовности раз-мещаются в общей сборке изделия. Па-раллельно с размещением проводится анализ взаимного расположения СЧ из-делия. Результатом этого анализа явля-ется выдача замечаний (предложений) в смежные подразделения и корректировка ЭМИ и ЭМК изделия.

По окончании анализа возможных ва-риантов конструкций (монтажа) прово-дится выбор варианта, наиболее удовлет-воряющего требованиям документации ЭП на изделие и системы. По выбранному варианту осуществляется окончательная конструкторская проработка электрон-ного макета с обеспечением выполнения задач ЭМ.

По завершении проработки все СЧ рабочего ЭМК направляются на согласо-вание и утверждение в подразделения – участники электронного макетирования.

Созданный ЭМК изделия по завер-шении макетирования используется для анализа сопряжения с различными техно-логическими и такелажными приспособ-лениями и технологической оснасткой для дополнительного анализа на техноло-гичность и удобство обслуживания. Для этого создается отдельная сборка ЭМК изделия с такелажными и технологичес-кими ЭМК.

Расширение и углубление задач от ЭП к РКД и более подробная проработка конструкции изделия предъявляет жесткие требования к методике разработки ЭМИ.

Так как работа с полной конструктор-ской моделью сложных изделий затруд-нена вследствие больших требований к вычислительным мощностям графичес-ких станций, для обеспечения проведе- ния работ в конструкторском подразделении РКК «Энергия» был предложен комп-лекс мер с применением инструментария Creo Elements 5.0 Pro, призванный облег-чить нагрузку на ЭВМ и упростить рабо-ту инженера в модельном пространстве при сохранении должного качества раз-работок. В результате была обеспечена возможность создания электронного ма-кета изделия, который позволяет с высо-ким качеством и в сжатые сроки прово-дить анализ разработанной конструкции как отдельно взятых СЧ, так и всего изде-лия в целом.

результаты электронного макетирования узлового модуля

В РКК «Энергия» впервые было про-ведено полноценное ЭМ узлового моду-ля. ЭМ проводилось в два этапа с разны-ми уровнями детализации: с применением ЭМК этапов ЭП и РКД.

Примененные методы позволили на этапе разработки рабочей документации выявить ряд ошибок и неоптимальных



конструкторских решений, которые могли потребовать доработки материальной части после изготовления (в частности, в конфи-гурации микрометеороидной защиты и по-ручней, элементов внутренних монтажей).

на рис. 1 показан ЭМК узлового модуля.

Перечень электронных макетов состав-ных частей узлового модуля, использован-ных при ЭМ:

• корпус герметичный;• силовой каркас с установкой;• интерьер с установкой;• средства фиксации оператора с уста-

новкой;

• микрометеороидная защита с уста-новкой;

• система управления бортовой ап-паратурой с установкой входящего обо-рудования;

• оборудование радиотехнической си-стемы с установкой;

• блок телекамеры с установкой;• система управления движением и

навигации с установкой входящего обо- рудования;

• установка нагревателей и переклю-чателей;

• установка воздуховода;• установка тепловых труб;• установка системы обеспечения

теплового режима;• установка оборудования транзитных

магистралей дозаправки топливом;• установка датчиков на трубопроводах;• установка фиксирующих плат;• установка отрывных плат;• установка системы обеспечения газо-

вого состава;• установка измерителей потока;• установка механизмов антенн;• установка блока светового с бло-

ком питания;• установка блока питания;• монтаж кабелей внутри УМ;• монтаж кабелей снаружи УМ;• установка средств перестыковки;• установка агрегата стыковочного

активного гибридного;• установка агрегата стыковочного

пассивного гибридного;• установка кольца переднего;• установка кольца заднего;• монтаж технологической бортовой

кабельной сети;• установка средств внутреннего об-

служивания;• прочие конструктивные элементы

изделия.Было проведено ЭМ собранного мо-

дуля в стартовой комплектации и номи-нальной зоны конструкции. номинальная зона конструкции нужна для контроля гарантированного размещения изделия под обтекателем ракеты-носителя.

на рис. 2 показан ЭМК УМ, размещен-ного в номинальной зоне конструкции.

Дальнейшим шагом в проведении ЭМ УМ стала проверка сопряжения УМ, при-борно-агрегатного отсека (ПАО) и транс-портировочного контейнера. ПАО — сос-тавная часть корабля-модуля, на котором производится выведение УМ.

Рис. 1. Электронный макет узлового модуля этапа РКД: а — установка бортового оборудования снаружи; б – установка бортового оборудования внутри

а)

б)



Транспортировочный контейнер был разработан и изготовлен УКВЗ им. С.М. Ки-рова. В случаях, когда в разработке, изго-товлении и испытаниях изделия принимают участие смежные организации, важность результатов ЭМ возрастает, так как ошиб-ки или рассогласования в конструкциях сопрягаемых изделий могут привести к зна-чительным затратам времени и средств.

При проведении ЭМ были выявлены зоны с минимально допустимыми значе-ниями зазоров, которые в дальнейшем при работе с материальной частью дополни-тельно контролировались.

на рис. 3 показано размещение УМ и ПАО в транспортировочном контейнере.

Результаты изготовления УМ показали отсутствие замечаний, требующих значи-тельных доработок материальной части. В большой степени это является следствием полноценно проведенного электронного макетирования.

По результатам изготовления одного из материальных макетов было получено подтверждение необходимости проведения ЭМ. При разработке конструкторской до-кументации на экспериментальные образ-цы ЭМ не проводилось. В основном это свя- зано с тем, что экспериментальные образцы

по своему составу практически повторяют летный образец за исключением некоторых составных частей.

При установке макета УМ, предназначен-ного для проведения динамических испыта-ний, на технологический переходник было обнаружено, что места прохода труб «пере- секаются» с конструкцией самого переход-ника. В результате стыковки с переходником трубы макета УМ были механически по- вреждены. Причиной этого, как подтвердила специальная комиссия, явилось, в частности, отсутствие соответствующих проработок на этапе ЭМ. на рис. 4 показан УМ, установ-ленный на переходник, на рис. 5 — зоны пере-сечения труб с конструкцией переходника, а на рис. 6 — конфликтная зона пересечения трубы с конструкцией переходника.

Рис. 2. Электронный макет узлового модуля (1) этапа РКД, размещенный в номинальной зоне конструкции (2)

Рис. 3. Электронные макеты узлового модуля и приборно-агрегатного отсека этапа РКД, размещенные в транспор-тировочном контейнере: а — крышка контейнера демонти-рована; 1 — узловой модуль; 2 — приборно-агрегатный отсек; 3 — транспортировочный контейнер; б — крышка контейнера (4) установлена

а)

б)



выводы

В РКК «Энергия» введено электронное макетирование как этап разработки кон-структорской документации.

Проведено электронное макетирование узлового модуля с положительными резуль-татами, что позволило обеспечить проверку правильности компоновочных и конструк-торских решений и выявить ошибки на ран- них этапах создания изделия.

Проведение электронного макетирования облегчает взаимодействие больших коллек-тивов разработчиков при создании изделия и возможно при доступных мощностях ЭВМ.

По результатам апробации были уточнены некоторые положения о порядке проведения электронного макетирования и принято реше-ние о применении данной методики ко всем последующим перспективным изделиям.

список литературы

1. Легостаев В.П., Марков А.В., Соро- кин И.В. Целевое использование Российского сегмента МКС: значимые научные результа-ты и перспективы // Космическая техника и технологии. 2013. № 2. С. 3–18.

2. ГОСТ 2.052-2006. Единая система конструкторской документации. Электрон-ная модель изделия. Общие положения. М.: Стандартинформ, 2011. Статья поступила в редакцию 05.06.2017 г.

Reference

1. Legostaev V.P., Markov A.V., Sorokin I.V. Tselevoe ispol’zovanie rossiiskogo segmenta MKS: znachimye nauchnye rezul’taty i perspektivy [The ISS Russian segment utilization: research accomplishments and prospects]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2013, no. 2, pp. 3–18.

2. GOST 2.052-2006. Edinaya sistema konstruktorskoi dokumentatsii. Elektronnaya model’ izdeliya. Obshchie polozheniya [Unified system for design documentation. Electronic model of product. General principles]. Moscow, Standartinform publ., 2011.

Рис. 6. Конфликтная зона пересечения трубы с конструкцией переходника: 1 — зона пересечения; 2 — переходник; 3 — труба

Рис. 4. Электронный макет узлового модуля (1), установлен- ного на переходник (2)

Рис. 5. Электронный макет установки труб, совмещенных с переходником. Отмечены конфликтные места — зоны пересечения

electronic simulation as a phase of developing design … · 2018. 8. 15. · в каркасной...

Documents