Цифровое проектирование: как создаются «безбумажные» самолеты

Цифровое проектирование: как создаются «безбумажные» самолеты

Фото: Игорь Родин

Использование цифровых технологий позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на подготовку производства при создании новой техники, проведение испытаний, дает значительный выигрыш при дальнейшей модернизации самолетов. Цифровое проектирование в России стало применяться сравнительно недавно, а первыми полностью «безбумажными» изделиями стали истребители Су-35, Су-57 и гражданский лайнер SSJ-100. Сегодня конструкторы Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК) работают в «цифре» над десятками проектов по созданию новых и модернизации действующих моделей самолетов. О том, какие преимущества дает «цифра» − в нашей статье.
 

Конец эпохи кульмана 

Создание гражданской и военной авиатехники сегодня является одним из самых сложных и высокозатратных технических процессов. Предприятия авиастроительной отрасли становятся пионерами в применение новейших цифровых технологий, которые с одной стороны позволяют сэкономить средства, время и повысить качество продукции, а с другой − меняют лицо самой индустрии. 

Еще совсем недавно все участники процесса проектирования самолета были вынуждены погружаться в бумажную работу. Между конструкторами и исполнителями происходил непрерывный обмен документами различного толка. Однако эта статичная информация не позволяла увидеть все нюансы работы тех или иных узлов и агрегатов будущего самолета в различных условиях и во взаимодействии друг с другом. То, что было зафиксировано на бумаге даже в строгом соответствии со всеми нормами, не всегда соответствовало действительности, вернее, действительность оказывалась сложнее и непредсказуемее. Возникали дополнительные риски, и выявленные позже проблемы приходилось решать уже на следующих этапах, что выливалось «в копеечку» и переносы сроков. 

«Технодинамика» формирует кадровый резерв для российско-китайских авиационных проектов
Фото: Антон Тушин

Переход от бумажной документации к цифровой помогает изменить эту ситуацию. Такой метод называется модельно-ориентированным и предполагает обмен математическими моделями для всех участников процесса на всех стадиях проектирования самолета. 

Математическое описание всех элементов самолета предоставляет большие возможности для проработки различных вариантов решений, дополнительного анализа и в итоге – для принятия более взвешенных и обоснованных решений. Без перевода процесса проектирования в цифровое пространство невозможно представить работу в территориально-распределенной среде, которая сейчас повсеместно практикуется в авиастроительной отрасли.
 

От цифровизации к цифровой трансформации 

Генеральный конструктор ОАК Сергей Коротков в статье для журнала «АвиаСоюз» предлагает различать цифровизацию авиастроения и цифровую трансформацию. Цифровые методы начали применяться в отрасли с конца 1950-х годов, с появлением первых ЭВМ. По сути, цифровизация – это решение уже существовавших ранее задач методами автоматизации. А цифровая трансформация – примета нашего времени, более глобальное изменение, характеризующееся появлением новых задач и новых технологий. 


107379453_3663946570287232_6923198708342632972_o.jpg
Стенд прототипирования кабины самолета МС-21. Фото: ОАК

Так, перевод проектной документации из бумажного вида в цифровой можно рассматривать в русле цифровизации. А примером цифровой трансформации можно назвать применение в авиастроении «интернета вещей», технологий предиктивной аналитики, виртуальной реальности. Уже сегодня применяются технологии, которые позволяют не искать поломку в самолете – машина сама сообщает о неисправностях во всех деталях. Это направление активно развивается. Следующий этап – широкое внедрение возможности показать в виртуальной реальности проблемный узел и подсказать технику, как устранить отказ. 

Однако, как показывает практика, цифровизацию от цифровой трансформации может отделять всего один шаг. Например, созданный на этапе проектирования цифровой прототип самолета в процессе дальнейшей работы превращается в полноценный цифровой двойник машины, а это уже совершенно новая технология и новые возможности. Налицо все признаки цифровой трансформации.
 

Цифровой доппельгангер 

Создание цифровой версии самолета на самых ранних этапах его разработки – это мировой тренд, которому с 1990-х годов следуют крупнейшие авиапроизводители, такие как Airbus и Boeing. Россия этот путь проходит с небольшим запозданием, но такая позиция позволяет нашим авиаконструкторам пользоваться наработками западных коллег и учитывать их опыт. 

Цифровой прототип самолета, выполненный с соблюдением всех требований, является не просто набором сведений о машине, переведенным в электронный формат. Он становится важным инструментом взаимодействия и конкурентной борьбы. Прототип сокращает расходы на этапах проектирования и производства. Работа с ним может значительно уменьшить количество тестирований на стендах и летных испытаний, которые обычно «съедают» большую долю ресурсов. 

10547efd30139473e67f05c2d7917e1c.png
3D-макет самолета поколения 4++ Су-35. Фото: ОАК 

Критическим моментом в цифровом проектировании самолетов является его единообразие и целостность. В создании самолета задействованы большие ресурсы, участвуют различные подразделения и подрядчики, часто распределенные по территории страны. Важно, чтобы все участники процесса использовали одно программное обеспечение, иначе могут возникать дорогостоящие казусы. Подобный прецедент имел место при строительстве самолета Airbus A380, когда французские и немецкие инженеры воспользовались разными версиями программы для проектирования. Проблема обернулась миллиардными потерями и двумя годами задержки выпуска авиалайнера. 

В концепции «цифрового двойника» виртуальная модель не отбрасывается после создания изделия, а используется в связке со своим физическим двойником на протяжении всего жизненного цикла: на этапах тестирования, доработки, эксплуатации и утилизации. То есть цифровой прототип превращается в цифрового двойника.

1f5d24f023c839e8c85df43dc0a0e5c9.png
3D-чертеж элементов современного самолета. Фото: ОАК

На этапе проектирования цифровая копия позволяет быстро находить и исправлять ошибки в геометрии деталей, а в ходе эксплуатации виртуальная графическая среда помогает оперативно выявлять риски потенциальных неисправностей и аварий, а также сокращать затраты на обслуживание. Что бы ни приключилось с любой из систем самолета, все это заранее отразит цифровой двойник. 

Нужно отметить, что использование цифровых двойников в мире только разворачивается, и здесь отечественные авиапроизводители вполне могут опередить зарубежных коллег. 
 

Цифровая среда для новых самолетов

На предприятиях ОАК еще в 1990-е годы применялся метод создания 3D-моделей самолетов. Однако именно в последнее десятилетие цифровые технологии не просто упростили и ускорили работу российских авиастроителей, но и в корне меняют многие процессы в создании авиатехники. 

Например, РСК «МиГ» использует «безбумажные» чертежи и трехмерные технологии, которые позволяют существенно сократить срок создания нового самолета. А «Сухой» создает цифровые двойники своих машин, облегчающие прогноз поведения техники в небе еще до начала испытаний. Работа с подрядчиками по всей стране проходит дистанционно в режиме «онлайн» с использованием общих проектных платформ. «Туполев» и «Ильюшин» тоже строят самолеты в «цифре».

4adf1d5837ce7a67d24d172b33dd0ce8.jpg
Комната виртуального проектирования КБ Туполева. Фото: ОАК

Одним из лидеров по внедрению цифровых технологий в самолетостроении является «Иркут», где «цифрой» охвачены практически все уровни и рабочие процессы. Перевод «железа» в математические модели позволил сократить разработку авиалайнера МС-21 на месяцы, а то и на годы. 

Использование цифровых платформ при создании техники позволяет объединить всех участников процесса: конструкторов и технологов, производственные предприятия, КБ и НИИ, а также эксплуатантов техники. Они аккумулируют информацию о самолете в единую базу знаний, которая обновляется на протяжении всего жизненного цикла изделия. 

Модельно-ориентированный подход и новые цифровые технологий при проектировании авиационной техники применяют не только предприятия ОАК, но и российские вертолетные КБ. Новое поколение легендарной «восьмерки» − многоцелевой вертолет Ми-171А2 – сейчас находится в процессе перевода в «цифру». Сотрудники «Вертолетов России» создают валидированную комплексную компьютерную модель машины. Следующие претенденты на оцифровку – вертолеты Ка-226 и «Ансат».