Основные этапы организации проектирования
Проектирование КСНО, как и любой другой технической системы, разделяется на два этапа — научно-исследовательские работы (НИР) и опытно-конструкторские работы (ОКР).
Научно-исследовательские работы включают в себя теоретическую разработку темы, проведение необходимых экспериментов и выпуск итогового отчета, дающего теоретическую оценку возможности принципиального решения поставленной задачи. Типовая блок-схема алгоритма выполнения работ этого этапа представлена на рис. 3.1.
Опытно-конструкторские работы включаютв себя разработку технического задания (ТЗ) на конкретное проектирование, разработку технических предложений по конкретной реализации задачи; эскизные и технические проекты, которые завершают техническое подтверждение и обоснование принятых технических решений и дают исходные данные для выпуска рабочей документации на изготовление агрегатов, систем, сооружений. В ОКР входит также изготовление опытных образцов, их испытание и корректировка документации для серийного изготовления. Содержание всех этапов и виды документов, выпускаемых в конце каждого этапа, строго регламентированы ЕСКД и ведомственными нормативными документами.
Вначале на основе тактико-технических требований заказчика разрабатывается ТЗ. На этой стадии закладываются многие свойства будущей системы. Техническое задание служит основанием и документом, по которым строится вся последующая работа.
Ошибки, допущенные при определении параметров проектируемой системы на этом этапе, могут привести к напрасному расходованию средств на последующее проектирование, конструирование и создание неэффективного образца.
Поэтому на этой стадии должна быть экономически обоснована не только потребность в создаваемом образце с данными параметрами, но и возможность его производства. Техническое задание, являясь исходным документом для дальнейшей разработки системы, отражает ее назначение, основные технические параметры (производительность, массу, мощность и др.) и технико-экономическое обоснование.
Техническое задание состоит из следующих разделов:
— наименование и индекс разработки;
— основание для разработки;
— цель разработки и назначение системы;
— тактико-технические требования;
— требования к стандартизации;
— технико-экономические показатели;
— эргонометрические требования;
— порядок разработки, испытания, приемка и окончание работ;
— приложения.
Следующим этапом процесса проектирования являются техническое предложение (ПТ), содержащее техническое и технико-экономическое обоснование целесообразности разработки.
Техническое предложение содержит: а) ведомость технического предложения; б) пояснительную записку.
Пояснительная записка состоит из введения и разделов, в которых приведены назначение и область применения образца, его технические характеристики, обоснование и описание выбранной конструкции, расчеты, подтверждающие работоспособность образца, сообщение об ожидаемых технико-экономических показателях, справка об уровне стандартизации и унификации. В пояснительной записке приводятся общий вид и габаритный чертеж, а также схемы, расчеты и патентный формуляр.
Эскизный проект (ЭП) является одним из предварительных этапов проектирования и отражает принципиальные конструктивные решения образца, его устройство, принцип работы, назначение и основные параметры. В ЭП входят: ведомость эскизного проекта; пояснительная записка; чертеж общего вида; теоретический чертеж; габаритный чертеж; схемы; расчеты; программа и методика испытаний; патентный формуляр; ведомость покупных изделий и прочие документы.
Кроме того, к эскизному проекту необходимы следующие сопроводительные документы:
— протокол рассмотрения ЭП ОКР на научно-техническом
совете (НТС) головного министерства (министерства-исполнителя);
— план совместных работ на выполнение ОКР (единый сетевой план (ЕСП), сетевой план-график (ПГ) или другой планирующий документ; заключение головного министерства (министерства-исполнителя на ЭП ОКР);
— заключение заказчика на ЭП ОКР;
— программа обеспечения надежности;
— заключение представителя заказчика (ПЗ) при головном исполнителе ОКР на эскизный проект;
— план-график мероприятий по доработке ЭП;
— отзыв (экспертное заключение) на эскизный проект ОКР;
— перечень (комплектность) документации на образец и его составные части;
— сводка отзывов на ЭП ОКР.
Как ЭП, так и технический проект (ТПр, следующий этап проектных материалов) содержат:
— перечень документации, подлежащей согласованию с представителем заказчика (ПЗ) и заказчиком на соответствующих стадиях разработки конструкторской документации (КД);
— схему деления образца на составные части;
— руководящие документы по конструированию;
— перечень материалов, деталей, комплектующих изделий и покрытий, разрешенных для применения в изделии;
— перечень эксплуатационной документации (ЭД) на образец (в том числе учебно-технических плакатов);
— проспекты ЭД.
Технический проект является совокупностью конструкторских документов, содержащих окончательное техническое решение, которое дает полное представление об устройстве разрабатываемого образца и исходные данные для разработки рабочей документации.
Разработка рабочей конструкторской документации для изготовления опытного образца (рабочий проект), как правило, завершается приемо-сдаточным актом о передаче копий рабочей конструкторской документации по ОКР головному изготовителю опытного образца.
В рабочую конструкторскую документацию для изготовления и испытания опытного образца входят: сборочный чертеж; теоретический чертеж; габаритный чертеж; монтажный чертеж; спецификация; чертежи деталей; схемы; ведомость ссылочных документов; ведомость покупных изделий; ведомость согласования покупных изделий; ведомость держателей подлинников; технические условия; программа и методика испытаний; таблицы; расчеты; патентный формуляр; карта технического уровня и качества образца; документы эксплуатационные; документы ремонтные; документы прочие.
Рабочая и конструкторская документация на опытный образец укомплектовывается техническим описанием (ТО); инструкцией по эксплуатации (ИЭ); инструкцией по техническому обслуживанию (ИО); инструкцией по монтажу и пуску (ИМ); формуляром (ФО); паспортом (ПС); этикеткой (ЭТ); ведомостью ЗИП (ЗУ); ведомостью эксплуатационной документации (ЭД).
Рабочая и конструкторская документация для изготовления и испытания опытного образца содержит программу и методику проведения предварительных испытаний опытного образца и завершается передачей копий рабочей конструкторской документации по ОКР головному изготовителю опытного образца, а также уведомлением представителя заказчика о готовности рабочей конструкторской документации.
Изготовление опытного образца считается, как правило, завершенным после успешного проведения предварительных и государственных испытаний. Для организации и проведения, а также оформления результатов предварительных испытаний опытного образца необходимы следующие документы: программа и методика проведения предварительных испытаний; журнал предварительных испытаний; протокол предварительных испытаний опытного образца; акт предварительных испытаний опытного образца; решение по акту предварительных испытаний опытного образца; план-график мероприятий по корректировке рабочей конструкторской документации и доработке опытного образца по результатам предварительных испытаний; программа материально-технической приемки опытного образца, доработанного (изготовленного) по документации литеры “О” для государственных испытаний; акт о завершении корректировки рабочей конструкторской документации и доработки опытного образца по результатам предварительных испытаний согласно плану-графику; заключение о соответствии опытного образца требованиям защиты от утечки информации; уведомление представителю заказчика о готовности рабочей конструкторской документации к предъявлению, согласованию; заключение представителя заказчика на рабочую конструкторскую документацию, откорректированную по результатам предварительных испытаний опытного образца; акт материально-технической приемки опытного образца для государственных испытаний.
Завершающей стадией создания опытного образца являются государственные испытания, при проведении которых руководствуются программой и методикой. Результаты проведения государственных испытаний опытного образца оформляются в виде: журнала проведения государственных испытаний; протокола государственных испытаний; акта государственных испытаний.
После проведения государственных испытаний опытного образца составляются: решение о мероприятиях по акту государственных испытаний опытного образца; совместное решение заказчика (министерства) по разработке КСНО и министерства - исполнителя опытного образца по результатам государственных испытаний; план-график мероприятий по корректировке рабочей конструкторской документации и доработке опытного образца по результатам государственных испытаний.
Корректировка рабочей конструкторской документации завершается: актом об окончании корректировки рабочей конструкторской документации и доработки опытного образца по результатам государственных испытаний согласно графику; уведомлением о готовности рабочей конструкторской документации для предъявления межведомственной комиссии (МВК) и утверждения ее для серийного производства; приказом (директивой) заказчика о создании МВК и проверке рабочей конструкторской документации на опытный образец; актом МВК по результатам проверки рабочей конструкторской документации на опытный образец; решением заказчика, головного министерства (министерства) — исполнителя образца и министерства-изготовителя составных частей образца об утверждении акта МВК и рабочей конструкторской документации литеры “О” для организации и серийного производства образца; актом о завершении корректировки рабочей конструкторской документации литеры “0” по замечаниям МВК; уточненной сметной стоимостью ОКР, составляемой на этапе, предусмотренном в договоре. Руководящими документами при составлении корректировки рабочей конструкторской документации служат ГОСТы.
Каждый из этих разделов проектирования характеризуется особенностями подхода к решению задач, теорией и методологией проектирования с учетом типа оборудования и сооружения, поэтому нельзя говорить об общей теории проектирования КСНО, а можно говорить только об общем системном подходе к решению каждой задачи, исходя из единого критерия эффективности всего комплекса.
Говоря о методах проектирования КСНО, следует отметить следующие особенности этого процесса [25, 26]:
1. Нетипичность проектирования, т. е. для различных комплексов ЛА требуются свои специфические методы проектирования.
2. Динамичность использования принципов, методов построения и предпочтительных вариантов КСНО для одного и того же вида ЛА в зависимости от его тактико-технических характеристик.
Так, вначале были предпочтительны подвижные КСНО, затем стационарные, а в последнее время опять наметилась тенденция к созданию подвижных КСНО.
3. Реконструирование и модернизация существующих КСНО, а не создание новых.
Эти особенности обуславливают дополнительные трудности процесса проектирования и делают невозможным создание общих единых методик проектирования КСНО по типу тех, которые имеются в машиностроении или других областях техники.
Учитывая, что все системы наземного обеспечения не могут быть спроектированы одной организацией, но должны составлять единый комплекс, для обеспечения единого подхода к процессу проектирования необходимо наличие головной организации по КСНО в целом. Только при наличии единой, головной, организации можно говорить о создании систем наземного обеспечения как комплекса, наиболее полно и эффективно решающего все задачи, которые обусловлены требованиями, предъявляемыми к ЛА.
Процесс проектирования дает положительные результаты только в том случае, если при проектировании учитываются все те ограничения, которые накладывают на технический облик создаваемого изделия достигнутый уровень техники, технологии, условия проектирования и эксплуатации.
Основные ограничения, которые нужно учитывать в процессе проектирования КСНО, представлены на рис. 3.2.
Из ограничений, обусловленных методом проектирования, основным является уровень знаний. Необходимо констатировать, что для решения многих, особенно комплексных, вопросов нет действенного теоретического аппарата, который бы давал возможность принимать окончательные, технические решения. Это особенно касается вопросов газодинамики ПУ. Поэтому часто надо принимать решения, базируясь на фактическом опыте предыдущих проектных решений, или принимать такие варианты, которые дают возможность вносить принципиальные изменения по результатам натурных испытаний.
Иначе говоря, специфика проектирования комплексов ЛА заключается в том, что многие данные, необходимые в процессе проектирования, мы получаем только при летных испытаниях.
Поэтому первым этапом натурных работ являются летно-кон-структорские испытания (ЛКИ), для проведения которых создаются опытные КСНО, и в ходе этих испытаний отрабатываются и ЛА, и КСНО.
Остальные ограничения, обусловленные методом проектирования, являются, по существу, вытекающими из первого, так как объем экспериментальных работ, требующаяся для этого экспериментальная база и сроки проектирования зависят от уровня наших знаний на момент начала проектных работ и во многом определяются им.
Из ограничений на результат проектирования особого внимания заслуживают физические — масса, габариты ЛА и др.
При этом габариты ЛА и схема его деления на составные части во многом определяются возможностями КСНО, а именно возможностями средств транспортировки. Основными задачами проведенных исследований являлись:
1. Определение основных принципов, которые могли бы быть основой решения проблемы доставки ЛА или их отдельных элементов.
2. Установление необходимых ограничений на габариты или массу ЛА при перевозке.
Остальные ограничения на результат проектирования определяются конкретными условиями производственной базы, где будет изготавливаться КСНО.
Создание любой сложной технической системы, а особенно взаимосвязанного комплекса систем, каким является КСНО, включает деятельность трех видов: творческую, технологическую и организационную. Все три вида протекают взаимосвязанно, а часто и одновременно.
На этапе проектирования выполняются следующие работы:
1. Обосновываются целевые функции и назначения КСНО исходя из целей более высокого порядка.
2. Определяются и взаимно согласовываются критерии эффективности.
3. Предлагаются и анализируются варианты построения КСНО.
4. Составляются описания систем для обеспечения их моделирования.
5. Проводится моделирование систем и ситуаций.
6. Оцениваются общая эффективность КСНО и перспектива его развития.
Рассмотрим в общих чертах некоторые из этих работ применительно к комплексу ЛА в целом, так как процесс проектирования КСНО является частью процесса проектирования всего комплекса.
Обоснование целевых функций.Как уже говорилось, обоснование целевых функций системы происходит на основании целей и функций систем более высокого порядка, что дает основание определить такие характеристики комплекса ЛА, как дальность полета, точность ориентации, надежность и др.
Эти характеристики комплекса дают возможность обосновать основные целевые функции КСНО.
Определение и взаимное согласование критериев эффективности.Под эффективностью любого технического комплекса, в том числе и комплекса ЛА, понимается степень его пригодности для использования по назначению.
Эффективность комплекса ЛА определяется, с одной стороны, качеством комплекса, а с другой — условиями его использования. Это значит, что один и тот же комплекс в различных условиях может иметь различные показатели эффективности.
Структурная схема обобщенной эффективности комплекса ЛА представлена на рис. 3.3.
Анализируя все факторы, влияющие на эффективность комплекса ЛА, следует отметить, что КСНО определяет характеристики всех составляющих эффективности комплекса ЛА, за исключением только двух: дальности полета и мощности ЛА. Это свидетельствует о том, что к выбору характеристик КСНО нужно подходить очень тщательно, тем более, что в общей стоимости комплекса стоимость КСНО составляет до 90 %.
Оценку эффективности любого комплекса ЛА необходимо осуществлять на основе оценки свойств комплекса и условий его применения. Однако из-за сложности задачи ее можно разделить на две самостоятельные части:
— определение параметров комплекса при неизменных условиях применения;
— оценка эффективности выбранного комплекса при различных условиях применения.
Одно из основных требований к любому критерию эффективности — отражение назначения системы.
Предложение и анализ вариантов построения комплекса.На этом этапе рассматриваются следующие вопросы:
1. Выбор для Л А типа двигателей, системы управления.
2. Определение массы, размера и тяговых характеристик ЛА.
3. Обоснование типа установок для запуска и предполетных сооружений, состава технологических и технических систем.
4. Обоснование уровней эксплуатационной надежности, готовности, живучести.
5. Экономическая оценка ЛА, КСНО и оценка эффективности всего комплекса в целом.
Применительно к КСНО обоснование типа установок для запуска и предполетных сооружений является главной задачей данного этапа, так как определяет и состав КСНО, и требования к оптимизации систем управления и связи.
Все время существования ЛА от начала его изготовления в производстве до начала его полета — отрыва от пускового устройства (т. е. все время его существования на земле) определяется тремя следующими документами:
1. Технологический процесс (техпроцесс) — от момента начала изготовления до момента отгрузки с завода-изготовителя.
2. Технологический план (техплан) — от момента погрузки на транспортные средства на заводе-изготовителе до установки на УЗ.
3. График подготовки — от момента установки ЛА на УЗ до отрыва ее от земли.
Технологический план и график подготовки являются проектными технологическими документами, определяющими состав и функции КСНО.
Оба эти документа (с точки зрения их оформления) бывают двух видов: таблицы или сетевые графики. Иногда используют сразу оба вида, дополняющих друг друга. Рассмотрим их несколько подробнее.
Технологический план составляется испытателями и определяет схему продвижения ЛА и его элементов от завода-изготовителя до УЗ. Он определяет:
— документацию, по которой схема реализуется;
— характер операции;
— последовательность и продолжительность выполнения каждой операции;
— исполнителя.
Практика показала, что помимо технологического плана необходимо разрабатывать технологическую схему.
Технологическая схема не предусмотрена требованиями ЕСКД, но необходимость ее создания подтверждается всей практикой работы. Технологическая схема разрабатывается головной организацией по разработке КСНО или специализированным подразделениям головной организации по комплексу в целом. Она наглядно иллюстрирует процесс выполнения каждой операции технологического плана:
1) исходное положение каждого элемента комплекса ЛА перед началом операции;
2) общий состав оборудования, необходимый для выполнения технологического плана (указывается на отдельных листах схемы);
3) состав оборудования, подлежащего разработке, и состав оборудования, заимствованного из двух комплексов (указывается в специальной графе спецификации).
Технологическая схема представляет собой серию рисунков (кинематических схем), на которых показана последовательность выполнения операций. Эта схема может быть также использована и в процессе эксплуатации для обучения обслуживающего персонала и контроля его работы.
Пример фрагмента технологической схемы показан на рис. 9.4.