Цифровое проектирование или как создаются современные самолёты » Авиация России

Одним из эффективных и востребованных в XXI веке инструментов диверсификации разработки и производства авиационной техники является применение цифровых технологий. Они дают возможность быстрого перестроения производственных процессов и цепочек кооперации на всем жизненном цикле воздушного судна с целью повышения эффективности. Использование цифровых технологий позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на подготовку производства и проведение испытаний, даёт значительный выигрыш при дальнейшей модернизации самолётов. О возможностях и преимуществах «цифры» нам рассказали в Госкорпорации Ростех.

В авиастроении среди приоритетных выделены несколько направлений цифровизации: частичная замена натурных испытаний математическим моделированием, использование суперкомпьютеров и технологий дополненной и виртуальной реальности в производстве и послепродажном обслуживании, а также системы искусственного интеллекта и анализ больших данных.

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

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 самолёте – 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 самолёта в процессе дальнейшей работы превращается в полноценный цифровой двойник машины, а это уже совершенно новая технология и новые возможности. Налицо все признаки цифровой трансформации.

Цифровое проектирование в России стало применяться сравнительно недавно, а полностью «безбумажными» изделиями стали истребители Су-35, Су-57 и гражданские лайнеры SSJ100 и МС-21. Создание гражданской и военной авиатехники сегодня является одним из самых сложных и высокозатратных технических процессов. Предприятия авиастроительной отрасли становятся пионерами в применении цифровых технологий, которые с одной стороны позволяют сэкономить средства, время и повысить качество продукции, а с другой − меняют лицо самой индустрии.

Ещё совсем недавно все участники процесса проектирования самолёта были вынуждены погружаться в бумажную работу. Между конструкторами и исполнителями происходил непрерывный обмен различными документами. Однако эта статичная информация не позволяла увидеть все нюансы работы тех или иных узлов и агрегатов будущего самолёта 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, а выявленные позже проблемы приходилось решать уже на следующих этапах работы.

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 самолёта. Математическое описание всех элементов будущего ВС 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.

Цифровая экономика — абсолютный приоритет российского гражданского самолётостроения

Создание цифровой версии самолёта 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 самолёта 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 лётных испытаний, которые обычно «съедают» большую долю ресурсов.

Критическим моментом в цифровом проектировании самолётов является его единообразие и целостность, в его создании 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. 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 самолёта, всё это заранее отразит цифровой двойник.

На предприятиях ОАК еще в 1990-е годы применялся метод создания 3D-моделей самолётов. 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 трёхмерные технологии, которые позволяют существенно сократить срок создания нового самолёта. А «Сухой» создает цифровые двойники своих машин, облегчающие прогноз поведения техники в небе ещё до начала испытаний. Работа с подрядчиками по всей стране проходит дистанционно в режиме «онлайн» с использованием общих проектных платформ. «Туполев» и «Ильюшин» тоже строят самолёты в «цифре».

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 лайнера МС-21. Модельно-ориентированный подход и новые цифровые технологий при проектировании авиационной техники применяют и российские вертолётные КБ. Новое поколение легендарной «восьмёрки» − многоцелевой вертолет Ми-171А2 – сейчас находится в процессе перевода в «цифру». Сотрудники «Вертолётов России» создают валидированную комплексную компьютерную модель машины. Следующие претенденты на оцифровку – вертолёты Ка-226 и «Ансат».