Выполнение наукоемких технических проектов в АНТК «Антонов» невозможно представить без использования средств трехмерного проектирования и концепции поддержки жизненного цикла изделия (от воплощения которой напрямую зависит успех создания таких сложных изделий, как авиалайнер). Однако на пути решения этих задач стоят не только проблемы осмысления и выработки стратегии, но и необходимость пересмотра базиса, на котором будет реализована система поддержки жизненного цикла изделия.

В 1998 году АНТК «Антонов» ввел в эксплуатацию в качестве базовой САПР систему CADDS5 производства ComputerVision (впоследствии PTC). Основным аргументом в пользу данного решения стал положительный опыт применения CADDS5 при проектировании авиационной техники концерном Airbus, который впоследствии был перенят и адаптирован коллективом АНТК «Антонов». Из тех же соображений в качестве системы управления проектными данными было решено использовать программный продукт Optegra компании PTC.

Среди других решений, принятых на начальном этапе автоматизации проектирования, следует указать разработку методической базы и организацию учебно-методического центра. Как показал опыт, внедрение PDM — задача не только техническая, но и организационная. Многие пользователи САПР идут по пути ?автоматизации кульмана?, что зачастую оправдано их целями. Однако при создании столь сложного изделия, как самолет, необходимы новые процессы, реализовать которые без привлечения аппарата PDM не представляется возможным. Применение PDM-системы Optegra позволило: организовать параллельную работу над изделием большого числа конструкторов; создать хранилище разрабатываемых объектов (трехмерных моделей деталей и сборочных единиц); вести учет изменений объектов; создать архив разработанных объектов; организовать в электронном виде процедуру согласования объектов.

С 1998-го по 2005 год информационный комплекс проектирования прошел несколько этапов развития. Зародившись как единственный зал компьютерного проектирования с примитивной локальной сетью, сегодня этот комплекс представляет собой несколько вычислительных центров. Они оснащены сотнями рабочих станций и персональных компьютеров, которые объединены сетью сложной топологии.

Проектные данные создавались в системе CADDS5 и систематизировались в PDM, без которой нереальна разработка сложного изделия большим коллективом специалистов. Был осуществлен переход от фрагментов конструкции и систем в среде САПР к секциям и агрегатам, а от частных случаев, использующихся при моделировании в САПР, — к общим подходам к организации параллельного проектирования в среде CADDS5/Optegra. Предприятие самостоятельно разработало базы данных стандартных, унифицированных и покупных изделий, применяемых в продукции АНТК «Антонов». При этом объемы данных росли, и были предприняты несколько обновлений систем CADDS5/Optegra. Радикальных нововведений в системе Optegra не появилось, но на предприятии возникла потребность в использовании проектных данных на следующих этапах жизненного цикла изделия (изготовление, эксплуатация и т.д.) а также необходимость в дальнейшем развитии технологии электронного определения изделий.

Базис для сопровождения проекта изделия

Разработка проекта изделия осуществляется с привлечением инструментария САПР и PDM, результатом использования которых является электронный проект, используемый впоследствии на этапе изготовления и эксплуатации изделия. Применение САПР и PDM на всех этапах оказалось бы слишком трудоемким, потребовало бы соответствующей квалификации персонала и высокой стоимости рабочего места. Можно сказать, что организация доросла до новых горизонтов, а лететь к ним было не на чем. Возник вопрос о том, каким будет следующий виток развития информационной инфраструктуры предприятия. Один из ответов — разработка собственного приложения «с чистого листа», а другой — внедрение системы PTC Windchill для управления жизненным циклом изделия.

Модульная система Windchill реализует различные задачи, начиная от автоматизации документооборота (потоки заданий, жизненные циклы, подписания), управления внесением изменений, создания архивов до создания конфигураций изделий на основе сведений из разных САПР (Pro/Engineer, Unigraphics, CADDS5, CATIA4, CATIA5, AutoCAD) и заимствования данных из других источников. Windchill — развивающийся продукт, что позволяло надеяться на появление в его будущих версиях функций, отсутствующих в данный момент. Так, если сначала в продукте не предусматривалась возможность отдельного назначения прав на создание новой версии объекта на основании предыдущей, то затем это было реализовано. К тому же система имела свойства, использовать которые сразу в полном объеме не представлялось возможным.

На момент выбора PLM-системы (2001 год) большое значение для АНТК «Антонов» имела возможность организации Web-доступа к данным о проекте, поскольку будущее виделось — за расширенными (логически и географически) предприятиями и оперативным предоставлением информации заказчикам и эксплуатирующим организациям. Система Windchill не только позволяет использовать в качестве клиента стандартный браузер, но и целиком базируется на ядре, разработанном с использованием Internet-технологий.

Вновь внедряемая система давала возможность не разрушать накопленное, что было важно для предприятия по целому ряду причин. В Optegra уже были собраны огромные объемы данных, отлажены механизмы и методики работы. В этой связи очень актуальной представлялась технология заимствования данных на базе механизма InfoEngine, который в ранних версиях системы был реализован как отдельно устанавливаемый компонент, а впоследствии вошел в ядро системы.

Новые перспективы работы с электронными документами открывал модуль управления информационными объектами, позволяющий реализовать сложные схемы жизненных циклов и потоков заданий. Абсолютно необходимым для предприятия был модуль управления конфигурациями — отслеживание конфигурации каждого изделия позволяет быстро и точно определять, что (какие объекты?) и где (на каком борту?) используется, а это, в свою очередь, формирует базис для последующей эффективной эксплуатации. Технология визуализации данных электронного проекта давала возможность остальным участникам проекта работать с информацией, полученной от конструкторов, без применения САПР CADDS5. Основой визуализации является универсальный браузер проектных данных ProductView, работающий как на рабочих станциях, так и на персональных компьютерах.

Адаптация системы Windchill

Еще один очень важный аспект — наличие современных средств разработки. Система позиционируется как среда разработки, т.е. набор базовых функций, из которых можно конструировать необходимое заказчику решение. Опыт внедрения других систем показал, что 80-90% их функциональности могут полностью удовлетворять заказчика, но оставшиеся 10-20% способны свести к нулю все усилия по внедрению.

Проблема, с которой предприятию пришлось столкнуться — это интерфейс пользователя на английском языке. Были затрачены немалые усилия на исследования, разработку методики использования русскоязычного интерфейса в HTML-интерфейсе и в апплетах, на создание словаря терминов. Русскоязычный интерфейс позволил привлечь к работе с системой технологов, конструкторов и системщиков. Однако впоследствии перевод на русский язык стандартного интерфейса на предприятии признали временным решением, и были разработаны собственные графические пользовательские интерфейсы. При этом начальная русификация сослужила свою службу, дав возможность лучше вникнуть в интерфейсы системы и приблизить ее к потребителям.

Одновременно с инсталляцией системы проходили курсы обучения. В первую очередь предстояло освоить программирование на Java и моделирование приложений в нотациях UML с использованием системы Rational Rose, что заставило пересмотреть некоторые подходы к разработке собственных информационно-поисковых систем и приложений. Очень большими источниками данных, которые обязательно требовалось сохранить при переходе к Windchill, были массивы информации, накопленные в системе Optegra и представляющие собой основу цифрового макета изделия. Предприятие пошло по пути наименьшего сопротивления и воспользовалось стандартной функциональностью: был задействован модуль Optegra Gateway, разработанный для поддержки связи с Optegra. Основная его задача — отслеживать состояние объектов в Optegra, получать необходимую информацию и публиковать нужную ее часть в Windchill.

Соответствующие исследования на предприятии проводились на выделенном аппаратном комплексе без вмешательства в основной производственный процесс. Первый опыт оказался положительным, но не обошлось и без разочарований. При передаче атрибутивной информации об объектах Optegra выяснилось, что передача символов кириллицы не происходит. Нет букв — нет информации и нет управления. С проблемой удалось справиться силами специалистов предприятия, причем решение по перекодированию символов оказалось совсем не сложным с точки зрения разработчиков базовой системы.

Особенностью принятой на предприятии идеологии проектирования является то, что базы данных стандартных и оригинальных изделий размещены на разных серверах Optegra (причины — возможность разграничения доступа, разные жизненные циклы данных и др.). Когда дело дошло до сборки изделия в целом, выяснилось, что система Windchill не способна работать одновременно с двумя серверами Optegra, хранящими описания частей одного изделия. Видимо, разработчики системы не учли возможность существования у клиента нескольких серверов Optegra, работающих в рамках одного проекта. Но поскольку на этом этапе сотрудники предприятия уже немного знали систему изнутри, они смогли перевести эту проблему в разряд технических задач и найти ее решение.

Визуализация проектных данных

По мере освоения процедуры публикации данных из Optegra внедрялась технология визуализации проектных данных. В состав системы входит интересный клиентский программный продукт ProductView, обеспечивающий визуализацию данных на рабочем столе пользователя. Его основное назначение — показывать проектные данные, которые могут быть сохранены в системе: трехмерные модели и двумерные чертежи (AutoCAD, HPGL), документы (Word, Excel, PowerPoint, Adobe PDF), изображения (TIFF, GIF, JPG) и др. В АНТК «Антонов» трехмерные модели разрабатываются в CADDS5 и после публикации проходят процесс конвертации. Трехмерные данные приводятся к универсальному формату, который «понимает» ProductView.

Использование технологии визуализации Windchill позволило работать с данными САПР более простыми средствами. Лишь конструктор остался наедине с «тяжелой» САПР, а все потребители конструкторских данных получили возможность вооружиться «легким» средством ProductView. При этом вместо рабочих станций удалось воспользоваться более дешевыми ПК для работы с проектными данными. На предприятии был разработан учебный курс работы с проектными данными с помощью средств ProductView, который читается в учебно-методическом центре компьютерных информационных технологий АНТК «Антонов».

По мере внедрения и использования новых возможностей возникали и новые вопросы. Изначально сконфигурированный для работы на одной аппаратной системе серверный компонент системы управления конфигурацией уже не выдерживал критики по времени отклика, поэтому на следующем этапе база данных системы была перемещена на отдельный сервер. Поскольку Windchill имеет многоуровневую архитектуру, с этим проблем не возникло.

Не лучшим образом сказалось на производительности системы увеличение объема публикуемых и конвертируемых объектов. Так, число сборочных единиц секций выросло до 30 тыс. компонентов. Все обновления, публикации и конвертации на предприятии осуществляются в вечернее и ночное время. С ростом объемов данных время обработки увеличилось до восьми часов. Система справлялась, но приходилось учитывать планы дальнейшего увеличения объемов информации. Кроме того, группе внедрения потребовалось повысить быстродействие системы при работе с большими секциями изделия, причем ограничения бюджета не позволяли модернизировать аппаратную платформу. После всестороннего анализа поведения системы и некоторых настроек удалось повысить скорость обработки сборочных единиц в два с половиной — три раза (такие настройки обычно связаны с функционированием определенных приложений, предназначенных для конкретных заказчиков, и редко включаются в базовую функциональность системы).

Управление конфигурацией

Освоенные технологии публикации данных из Optegra и визуализации стали фрагментами задачи, нацеленной на создание системы управления конфигурацией изделия. Продвигаясь вперед, сотрудники предприятия должны были сделать выбор, каким будет дальнейшее развитие системы. Один из возможных путей подразумевал использование базовой функциональности Windchill вкупе с минимальными доработками, в основном настройкой параметров системы и обеспечением ее быстрого запуска. При этом необходима была адаптация задачи управления конфигурацией изделия под возможности и интерфейсы системы. Второй вариант состоял в разработке собственного приложения на основе базовой поставки системы. А для этого необходимы группа разработчиков (Java-программисты, архитекторы системы, аналитики), тщательное изучение системы, затраты времени на разработку и тестирование. Кроме того, ввод в эксплуатацию откладывался минимум до появления первой версии разработанной системы.

Результаты анализа свидетельствовали в пользу собственного приложения, так как система должна была полностью удовлетворять требованиям процессов предприятия. Правильность такого выбора подтверждается и опытом зарубежных коллег из Airbus, которые к тому моменту приступили к реализации проекта PRIMES на базе Windchill. Проект Airbus также был направлен на работу с проектными данными изделия (самолета), на взаимодействие с субподрядчиками и поддержку работы с данными разных САПР. Наконец, АНТК «Антонов» является головным предприятием авиационной отрасли Украины, и разработка решения без возможности его развития и адаптации к условиям смежных предприятий была недопустима: последние должны получить готовое решение и максимум рекомендаций для быстрого старта.

Рис. 1. Интерфейс пользователя системы управления конфигурацией

Задача управления конфигурацией изделия не нова. В эпоху «бумажных» технологий она решалась с использованием спецификаций изделия. Основные принципы известны, но перевести «бумажные» технологии непосредственно на электронные, как выяснилось, невозможно. Несмотря на то, что базовые идеи остаются неизменными, механизм их реализации меняется. Это подталкивало к выводу, что сразу реализовать задачу не удастся: она окажется сложной и итеративной, потребует более глубокого освоения технологий Windchill. Об этом свидетельствовал и опыт коллег из компании Siemens, которые по мере реализации проекта уточняли постановку задачи. Как бы то ни было, при разработке собственной модели приложения можно получить максимальную возможность его модификации и развития, то есть построить для предприятия открытую среду.

Первое, что понадобилось при создании приложения, — изучить свойства Windchill как среды разработки. Это оказалось совсем не простым делом, заставив изучить следующие направления:

  • разработка объекта, наделенного собственными атрибутами и возможностью хранения основного контента; унаследование объектами методов и свойств других объектов;
  • сохранение разработанных объектов в системе; поиск и извлечение объектов;
  • разработка пользовательского интерфейса;
  • разработка механизмов получения данных из других систем;
  • разработка механизмов получения внешними приложениями данных из Windchill.

Кроме того, потребовалось решить задачи доводки до промышленной эксплуатации процессов публикации данных из Optegra, общесистемные вопросы резервного копирования, восстановления системы, управления учетными записями пользователей.

Рис. 2. Получение отчета по агрегату

Сейчас процесс разработки системы управления конфигурацией изделия перешел на ту стадию, когда среда разработки работает на программистов, а не наоборот, как было на начальных этапах. Это стало возможным после организации среды разработки и создания архитектуры приложения.

Разработка Java-кода распределена между несколькими программистами, реализующими запросы конструкторов на более эффективную реализацию отдельных функций. Создаваемый интерфейс пользователя полностью ориентирован на решение конкретной задачи. С учетом некоторых тенденций развития технологий Java и Windchill при разработке этого интерфейса пришлось отказаться от стандартного инструмента HTML TemplateProcessor и Java-апплетов и перейти к применению технологии JSP-страниц и сервлетов. Остались только некоторые стандартные апплеты, необходимые для администрирования. Фрагмент интерфейса пользователя системы можно увидеть на рис. 1.

Рис. 3. Визуализация агрегата по результату выведенного отчета

При разработке системы максимально используются возможности и объекты, обеспечиваемые стандартной поставкой. Однако это не всегда удается в полной мере: создание системы с применением объектов и принципов, входящих в модуль управления конфигурацией, иногда невозможно из-за отсутствия документированного API. С точки зрения разработчика, это означает, что такими объектами и функциональностью воспользоваться нельзя. Одна из интересных функций, реализованных в системе, — возможность работы со структурой информационных объектов проекта как по функциональному, так и по агрегатному принципу (рис. 2-5)

Рис. 4. Получение отчета по системе

Использование комбинации встроенных механизмов Windchill и собственных разработок, выполненных в его среде, позволило формировать структуру изделия и описывающих его объектов для указанного лайнера (с определенным серийным номером) по запросу. Это позволяет отслеживать каждый борт независимо — на основании учета и хранения информации о привязке объектов к серийному номеру борта.

Рис. 5. Визуализация системы по результату выведенного отчета

Сергей Кеворков (kyevorkov@antonov.com) — главный специалист АНТК «Антонов» (Киев).