Кадровое обеспечение прикладных информационных технологий

тодические подходы к оценке затрат на качество образовательной организации // Качество. Инновации. Образование. 2007. № 2. С. 22-28.

4. См.: Геращенко Н.Н. Особенности разви-

тия бизнес-процессов производственно-образовательной деятельности предприятий авиакосмической отрасли // Право. Мировоззрение. Философия. 2006. № 1 (11). С. 78-80.

5. См.: Ищенко В., Сазонова З. Интеграция

образования, науки, производства. Опыт практического решения // Высшее образование в России. 2006. № 10. С. 23-31.

6. См.: Матвеенко А.М, Меденков А.А. Ак-

туальные проблемы и задачи инженерно-психологических и эргономических исследований в авиации // Авиационная ин-

женерная психология и эргономика: Материалы межд. конф. Москва, 17-18 окт., 2003. М.: Полет, 2003. С. 16-18.

7. См.: Меденков А.А. Актуальная программа

обеспечения безопасности полетов // Проблемы психологии и эргономики. 2002. № 5. С. 13-21.

8. См.: Матвеенко А.М, Царьков А.Н, Буга-

ков И.А., Геращенко А.Н, Рязанский В.В, Юров Н.Н, Гончаренко В.И. Интеграция гражданского и военного образования как эффективное направление повышения целостности национального научно-образовательного пространства // Вестник МАИ. 2006. Т. 13. № 1. С. 3-8.

9. См.: Меденков А.А. Человеческий фактор в

авиации // Проблемы психологии и эргономики. 2007. № 1/1. С. 5-10.

Кадровое обеспечение

М.Ю. КУПРИКОВ, профессор, прикладных проректор по учебной работе ^

информационных технологий

Автоматизация жизненного цикла изделия ставит проблему формирования соответствующего кадрового корпуса. Зная временной интервал жизненного цикла изделия и его структурную и процедурную декомпозицию, можно, решая обратную задачу, определить количество и уровень квалификации нужных специалистов.

Ключевые слова: автоматизация жизненного цикла изделия, СЛЬЗ-технол-огии, компьютерный инжениринг, объектно-ориентированное программирование

Современный аэрокосмический комплекс - это наукоемкая, высокотехнологичная отрасль промышленности, выполняющая в настоящее время роль своего рода лаборатории, полигона для апробации и испытания инновационных high tech - индустриальных, экономических, социальных. В ней работает персонал, способный не только эффективно решать сложные научно-технические задачи, но и проводить гуманитарную и экологическую экспертизу аэрокосмических проектов, учитывая отдаленные последствия влияния принимаемых инженерных решений на жизнедеятельность общества, окружающую среду и саму природу человека как биосоциального существа.

Жизненный цикл практически любого

изделия авиационном техники - от легкого самолета до ракетоплана - в реалиях современной производственной и экономической ситуации разделен на следующие этапы:

— разработка технического задания;

— планирование;

— концептуальное проектирование;

— разработка;

— численный анализ;

— проектирование производства;

— планирование производства;

— тестирование и оценка качества;

— продажа и дистрибьюция;

— обслуживание;

— утилизация.

Кадровое обеспечение всех этапов ЖЦИ является многогранной задачей, стоящей

перед многоуровневым аэрокосмическим образованием. Федеральный государственный образовательный стандарт (www.mon.gov.ru/ pro/ fgos/vpo/) ориентирует авиационные вузы на удовлетворение потребностей отрасли в компетентном инженере, умеющем комплексно сочетать исследовательскую, эксплуатационную, проектную и предпринимательскую деятельность, работать в условиях жесткой конкуренции на отечественном и мировом авиарынках, владеть знаниями и умениями в области экономики, менеджмента, дизайна [1].

Мир новых информационных технологий открывает широкие возможности в области автоматизации жизненного цикла изделий. Они реализуются на принципах CALS (Continious Acquisition and Life cycle Support - непрерывное развитие и поддержка жизненного цикла изделий). Смысл CALS-технологий заключается в повышении конкурентоспособности продукции за счет эффективного управления информационными ресурсами. Это высокоавтоматизированный процесс, интегрированный с точки зрения информационного взаимодействия всех его участников.

Технологии CALS дают уникальный шанс реализации принципа «мир баз границ», аккумулирования передовых достижений в наукоемких отраслях. Сегодня не всегда надо догонять лидеров. Благодаря компьютерному инжинирингу менее продвинутые фирмы могут участвовать в разделении рынка инженерныхуслуг. Использование стандартных прикладных пакетов программ позволяет отказаться от проведения работ не только в одном здании, ОКБ, городе, но даже в стране и на континенте. В этой спиралевидной гонке можно вылететь из обоймы на очередном диалектическом витке. Однако многие небольшие фирмы переходят скачкообразно с витка на виток, изменяя свое качество за счет при-растания информационными ресурсами. В Москве уже сегодня консолидированно трудятся инженерные центры Aierbas и Boeing и другие в едином информационном пространстве с головными офисами.

Появление мощных и доступных компьютеров, глобальной сети и т.д. обусловило возможность ведения единого процесса по проектированию, производству, эксплуатации, сертификации вплоть до утилизации в едином виртуальном пространстве. Этот процесс стер границы. Рынок аэрокосмических систем и облик летательных аппаратов (ЛА) стал формироваться с помощью новых технологий. По сути, мы наблюдаем решение обратной задачи проектирования ЛА, когда вектор параметров, характеризующих облик ЛА, однозначно определяется по совокупности ограничений(по-литических, экономических, технологических и т.д.). Все эти процессы естественно поставили вопросы о подготовке и переподготовке кадров. Аэрокосмическая отрасль является как бы лабораторной базой стратегии CALS.

На сегодняшний день развитие вычис-лительныхресурсов и средств коммуникации позволяет говорить об автоматизации процессов на протяжении всего жизненного цикла изделия. Процессы разработки, подготовки производства, изготовления,

маркетинга и продажи, эксплуатации и поддержки подчиняются одним законам, реализуются в среде однородных информационных технологий и могут быть формализованы. Таким образом, весь процесс от проектирования изделия до его утилизации представляет собой единый информационный комплекс, содержащий все необходимые как восходящие, так и нисходящие связи: изделие, процесс,завод и ресурсы существуют в едином информационном пространстве (рис. 1).

изделия. Помимо количественной оценки (выигрыш во временных и материальных ресурсах), у изделий и процессов их проектирования и создания появлялось новое качество: инженерные работы перешли от бумажных носителей к магнитным, и виртуальное проектирование стало реальностью.

Так, на стадиях проектирования и выполнения проектно-конструкторских работ необходимы «тяжелые» системытвер-дотельного параметрического моделирования. Для проведения численных анализов

Этапы жизненного цикла

планирование

разработка технического здания

разработка

концептуальное проектирова ние

проектирование производства

численныи анализ

тестирование и оценка качества

планирование производства

обслуживание

продажа и дистрибъюция

утилизация

Жизненный цикл изделия

<

CAD/ CAM/CAE

>

Системы геометрического ...моЛелиршаыия.

Моделирование производственных процессов

Виртуальная реальность

Эргономика

Рис. 1. Сопоставление этапов жизненного цикла и задач соответствующих

средств автоматизации

Стоит отметить, что автоматизация каждого этапа из этой цепочки является важной качественной и экономической характеристикой изделия, что в конечном счете определяет облик всей аэротранспортной системы. Применение информационных технологий в комплексе на этапах выполнения проектно-конструкторских работ рассмотренного жизненного цикла позволяет говорить о так называемой безбумажной технологии проектирования и производства

требуются специфические проблемно-ориентированные приложения с соответствующим математическим аппаратом. Для планирования производства нужны моде-лировщики производственных процессов, пакеты для имитационного моделирования станков с ЧПУ и т.д. Для задач маркетинга привлекаются системы фотореалистической компьютерной графики и моделирования виртуальной реальности. Интеграция рассмотренных процессов в рамках

проекта в целом координируется системами обмена и передачи информации с эффективным представлением информации через web.

Таким образом, для достижения по сути глобальной цели - тотальной автоматизации всего жизненного цикла - необходимо наличие полного спектра систем геометрического и имитационного моделирования над единым информационным пространством [2].

Системы автоматизации различных этапов жизненного цикла решают разные задачи. Это обусловливает различия в функциональном наполнении таких систем,в их технических и стоимостных характеристиках. Анализируя задачи различных этапов жизненного цикла, с каждым его структурным элементом можно ассоциировать класс систем, отвечающий его задачам.

Для автоматизации этапа проектно-кон-структорских работ используются CAD/ CAM-пакеты. Как правило, это системы твердотельного параметрического моделирования так называемого тяжелого класса. Численный - прочностной, аэродинамический и т.д. - анализ осуществляется на CAE-системах и приложениях. Проектирование производства включает в себя формализацию техпроцессов в соответствующих системах. На этой стадии рассчитываются управляющие программы для станков с ЧПУ. Их корректность и точность оцениваются в системах имитации. Планирование производства на современном этапе включает создание виртуальных моделей цехов, расчет эргономики сборочного процесса. Кроме того, планирование производства подразумевает моделирование материальных потоков на предприятии. Продажа и дистрибь-юция, помимо сбора и хранения информации о поставщиках и заказчиках, предполагают подготовку рекламных проспектов и презентаций, возможность моделирования виртуальной реальности и наглядную демонстрацию поведения в ней изделия. Автоматизация обслуживания охватывает моделирование процессов ремонта и эксплуатации,

их эргономические характеристики. Таким образом, можно выделить круг задач, решаемый системами геометрического моделирования на каждом этапе автоматизации жизненного цикла. Задачауправления ЖЦИ заключается в организации эффективного функционирования рассмотренных программных компонентов в рамках единого программного комплекса с единым информационным полем.

В основе такого подхода лежат геометрические модели проектируемого изделия и того окружения, в котором предполагается его создавать, эксплуатировать и обслуживать. Визуализация этих моделей на всех стадиях жизненного цикла изделия является важным аспектом всего процесса автоматизации.

Мировой рынок этих систем можно условно разделить на три сегмента:

• системы высшего уровня (CATIA, Unigraphics и т.д.);

• системы среднего уровня, (SolidWorks, Solid Edge и т.д.);

• системы нижнего уровня (КРЕДО, AutoCAD и т.д.).

Подобное деление обусловлено функциональностью, стоимостью и, как следствие, распространенностью этих систем (рис. 2).

Системы высшего уровня изначально создавались крупнейшими аэрокосмическими корпорациями Локхид (CAD AM), Дассо (CATIA), МакДоннел-Дуглас (Uni-graphics) и Матра (EUCLID), объектно-ориентированная направленность которых обусловила их успех на рынке CADов. Современный автомобильный, водный и железнодорожный транспорт по сложности технических решений геометрических форм хоть и уступает аэрокосмическим объектам, но отдельные образцы уже составляют им достойную конкуренцию. Однако, несмотря на то, что современные системы геометрического моделирования пришли и в область бытовой техники, рациональность их применения определяется большими и сложными системами, наиболее типичны-

Время

Рис. 2. Диалектика систем геометрического моделирования

Рис. 3. Твердотельный параметрический чертеж маневренного самолета

ми представителями которых являются самолеты (рис. 3).

Преимущество использования современных систем автоматизации проектно-конструкторскихработ в различных областях техники возрастает по мере усложнения объекта проектирования(например, самолета, танка, подводной лодки и т.д.) и форм его геометрических обводов. Покупатели предъявляют требование обеспечения технической документации на магнитных носителях. Предпродажная подготовка включает комплектацию изделия виртуальными учебниками, которые при рассказе о системах и агрегатах позволяют виртуально «прогуляться» по изделию (осмотреть салон пассажирского самолета, заменить обивку, посмотреть работу гидросистем в действии и т.д.). Такой подход к проектированию удобен еще и тем, что созданная трехмерная геометрия может быть передана в любую расчетную программу для анализа прочностных, аэродинамических или других свойств детали или изделия в целом (рис. 4).

В инженерной практике геометрические модели изделий традиционно изучаются с помощью чертежей, т.е. плоских изображений, по которым мы определяем их трехмерный образ. Этот процесс весьма затруднителен, трудоемок и для объектов, которые имеют сложные геометрические формы (например, самолетов, выполненных по аэродинамической балансировочной схеме «летающее крыло»), не всегда приводит к выявлению формы предмета, а тем более к точной ее передаче для изготовления [3].

Принципиальным является вопрос о первичности двухмерного и трехмерного образов. В этой связи возможна постановка и решение двух типов задач, возникающих в инженерной практике.

Прямая задача: модель выполняется по комплекту чертежей (рис. 5). Данный тип задач характерен при проведении проект-но-конструкторских работ. Подготовка чертежей сопряжена с работой высококвалифицированных инженеров-конструкто-

Рис. 4. Примеры компоновки самолета с использованием современных технологий

ров. Трехмерный образ детали должен быть синтезирован по набору видов, разрезов, сечений и т.д., что весьма трудоемко, требует хорошо развитого пространственного воображения и зачастую сопряжено с большим количеством ошибок, связанных со сложностью изделий. Например, при проектировании самолета параллельно с под-

Рис. 5. Прямая задача: модель выполняется по комплекту чертежей

готовкой технической документации всегда проводится натурное макетирование. Макет, выполненный из дерева, пластика, фанеры и т.д., служит нивелиром ошибок, обусловленных сложной пространственной геометрией. Он выполняется в натуральную величину вне зависимости от размерности воздушного судна. Так, макеты Ил-96-300 имели длину 55,35 м, высоту 17,57 м и размах крыла 57,66 м; Ту 144 -длину 65,7 м, высоту 12,57 м и размах крыла 28 м; Ан-225 «Мрия» - длину 84 м, высоту 18,1 м и размах крыла 88,4 м и т.д.

Натурное макетирование, которое широко используется в современной практике проектирования самолетов, позволяет избежать крупных ошибок и просчетов, но оно дорого, трудоемко и немобильно; из-за больших капиталовложений оно применяется в основном только при подготовке к производству. Сам объект проектирования (макет) получается оторванным от среды создания (чертежа), что заметно снижает производительность и точность работ из-за сбоев при передаче данных «объект -среда » и «среда - объект ».

Особые неприятности при проектировании сопряжены с элементами систем, которые имеют большие протяженности и трансформируемую геометрию. Так, от носа до хвоста самолета проходит трассировка электрожгутов, трубопроводов гид-

ро- и пневмосистем. Обеспечение проекционной связи привязки трасс к элементам конструкции - очень трудоемкий и многоитерационный процесс.

Зачастую еще большая квалификация требуется от рабочих и мастеров, которые по чертежам должны выполнить данные работы и изготовить детали. Нестыковки, ставшие результатом ошибок и недочетов при подготовке технической документации, обусловливают большое число доводочных работ.

Обратная задача: чертежи выполняются по готовой модели (детали, изделию).

Данный тип задач характерен при эксплуатации и проведении ремонтных работ по изделию (рис. 6). По совокупности чертежей, подготовленных высококвалифицированными инженерами-конструкторами, не менее квалифицированные инженеры-технологи и конструкторы должны диагностировать изделие и принять решение о ремонте. Эта процедура называется чтением чертежей. Для чтения чертежей требуется умение их создавать. Очень часто при проведении ремонтных работ отсутствуют условия для подготовки технической документации (это может быть связано с полевыми условиями ремонта). В этих ситуациях применяют временные чертежи, которые в инженерной графике называют эскизами. Выполненные от руки, без масштаба, пропорций и не в

Рис. 6. Твердотельный параметрический чертеж магистрального самолета

натуральную величину, они являются основным документом для проведения работ.

Каждый из нас, сталкиваясь в повседневной жизни с документацией на бытовую технику, автомобили и т.д., пытался - иногда успешно, иногда не совсем - прочитать схему, чертеж общего вида и т.д. По мере усложнения бытовой техники производители все реже комплектуют техническую документацию чертежами. Доля текстовой документации доминирует, несмотря на значительно большую информативность чертежей.

В последнее время с появлением современных систем твердотельного параметрического моделирования несколько изменился подход к проектированию как таковому. Если ранее инженер работал в двухмерном пространстве и вынужден был воплощать свои идеи в плоских чертежах, то теперь у него появилась возможность творить в виртуальном трехмерном объеме, не задумываясь над тем, как вычертить ту или иную проекцию детали. То есть проектирование идет не от чертежа к трехмерному

облику изделия, а в обратном направлении — от пространственной модели к автоматически генерируемым чертежам. Такой подход к проектированию удобен еще и тем, что созданная трехмерная геометрия может быть передана в любую расчетную программу для анализапрочностных, аэродинамических или других свойств детали или изделия в целом.

Твердотельное моделирование как новая технология проектирования принципиально изменяет не только представление о технической документации, но и технологию ее изготовления, обслуживания, эксплуатации и утилизации (рис. 7).

Итак, появление и бурное распространение новых информационных технологий в конце прошлого века явилось катализатором процессов глобализации, и лозунг «мир без границ» в компьютерном мире стал повседневной реальностью. Одновременно за счет взаимопроникновения современных информационных технологий идет формирование единого информационного пространства и трансформация всех проектно-конструктор-

ских, технологи-ческихи экономических и других процессов в единый цикл.

На сегодняшний день автоматизированная система проектирования изделия должна удовлетворять требованиям не только непосредственно работающего с ней инженерно-технического состава и руководства предприятия, но и заказчика этого изделия. Для создания современных систем требуются гибкие технические решения и стандарты, которые могли бы обеспечить взаимодействие отдельных автоматизированных рабочих мест и обмен результатами проектирования. Благодаря развитию web-технологий современный электронный проект перестал быть чисто «внутренним делом» его разработчика. У него существенно расширился круг пользователей: от партнера-поставщика комплектующих до эксплуатирующей организации и рядового потребителя. Для разных категорий пользователей предназначены различные типы документов с разным объемом информации об изделии, но функционирующие на основе единой информационной базы.

Процессы разработки, подготовки производства, изготовления, маркетинга и продажи, эксплуатации и поддержки подчиняются одним законам и реализуются в среде однородных информационных технологий. Ранее эта возможность технически сдерживалась мощностью компьютеров и средств коммуникаций. На организационном и научном уровне были достаточно хорошо описаны лишь некоторые из процессов, и язык

Рис. 7. Современный сборочный чертеж

описания зависел от самих компаний-производителей. Ведущие лаборатории в Северной Америке, Европе и Азии в сотрудничестве с более чем полусотней компаний провели научно-исследовательские и экспериментальные работы в этой области и уже сегодня установили новую планку стандарта в программном обеспечении промышленного бизнеса, воплотив его в технологиях автоматизации всего жизненного цикла изделия. На уровне бытовой техники (утюгов, чайников, сотовых телефонов и т.д.) эта технология уже отработана. Для применения в машиностроении внедрение сдерживается большой размерностью изделий, в которые входят миллионы деталей.

Современный промышленный бизнес, используя возможности новых информационных технологий, легко перешагивает через океаны и адаптируется к различным культурам, создавая виртуальные проект-но-конструкторские объединения, которые трудятся над созданием больших и сложных технических объектов с формализованным жизненным циклом изделий. Техническая документация этих изделий создана на основе твердотельного параметри-

ческого моделирования и хранится на маг- гого транспортного средства без знания, к нитных носителях. Благодаря своему вир- примеру, сопромата, конструкционных ма-туальному характеру она может использо- териалов и т.д. Рынок диктует требования к ваться как проектировщиками, инвестора- специалисту. Все больше рутинной матема-ми, так и заказчиками, эксплуатантами и тики по синтезу ианализу самолета берет на т.д., поскольку в основе лежит единая ин- себя компьютер. Поддержание жизненно-формационная база с различными приори- го цикла изделия требует широких знаний тетами доступа. по условиям проектирования, производства

Развитие прикладных информационных и эксплуатации техники. В учебном плане технологий является катализатором фор- нашли отражение основные направления мирования технической культуры совре- обучения студентов: компьютерная графи-менного общества. Новые технологии тре- ка, инженерно-технологическое обеспече-буют подготовки новых кадров и повыше- ние дизайна, макетирование и моделирования квалификации кадровых работников. ние, системы твердотельного, поверхност-С этой целью в Московском авиацион- ного и гибридного моделирования, програм-ном институте (ГТУ) организован пер- мируемое черчение, эргономика, инженер-вый в России авторизованный учебный ная психология и психология рекламы и т.д. центр фирмы Solid Works Russia (Сертифи- Основные принципы CALS являются, по кат № SWR-121005-002). существу, техническим заданиемнакадро-

Учебные планы по подготовке инжене- вое обеспечение внедрения этой техноло-ров сегодня перегружены традиционными гии. Перечислим их:

общетехническими дисциплинами. Неиз- • интегрированное информационное бежная компьютеризация оказала на жизнь обеспечение (компьютеризация); кафедры «Инженерная графика » большее • единая информационная среда; влияние, чем на другие общетехнические кафедры. Динамичное развитие кафедр параллельно с развитием прикладных информационных технологий обусловило резкое обновление научно-методического и кадрового обеспечения. Объективные и субъективные причины привели к открытию в рамках специальности №351400 «Прикладная информатика в области компьютерного дизайна» новой специализации «Системы компьютерной графики и геометрического моделирования» с квалификацией «информатик-дизайнер». Срок обучения-5 лет.

Стандарт специальности «Информатика» не предусматривает наличия в дипломе слова «инженер», однако нет дизайна самолета или любого дру-

• полное электронное определение изделия;

• реновационное обновление программных, аппаратных средств и оборудования;

• реализация системыавтоматизирован-ного проектирования, конструирования и т.д.;

• использование международных стандартов;

• финансовое и научно-техническое прогнозирование;

• информационная модель ресурсов;

• виртуальные предприятия и технопарки;

• система информационного обеспечения эксплуатации и технического обслуживания техники;

• обеспечение информационной безопасности;

• экономическая эффективность.

Зная временной интервал жизненного

цикла изделия и его структурную и проце-

дурную декомпозицию, можно, решая обратную задачу, определить количество специалистов и уровень их квалификации в рамках некоторого процесса - научно-технического и общественного развития.

Литература

1. См.: Развитие аэрокосмического образова-

ния. М.: МАИ-Принт, 2009; Чумадин А., Ершов В. Подготовка кадров для аэрокосмической промышленности: проблема стандарта // Высшее образование в России. 2006. № 7; Кольга В.В. Концепция построения системы непрерывного аэрокосмического образования. Красноярск, 2006.

2. См.: Куприков М.Ю., Гагасов Д.А, Аведь-

ян А.Б. Твердотельное моделирование в курсе инженерной графики: Учебное пособие для вузов. М.: мАи, 2000. 48с.

3. См.: Левицкий В.С. Машиностроительное

черчение и автоматизация выполнения чертежей. М.: Высшая школа, 1998. 442 с.

В.А. ШЕВЦОВ, профессор, проректор по научной работе

Целевая программа

«Научно-педагогическая

молодежь»

В статье описан опыт МАИ по реализации мер, направленных на оптимизацию возрастной кадровой структуры вуза и наращивание его кадрового резерва. Приводится описание программы «Научно-педагогическая молодежь », целью которой является насыщение профессорско-преподавательского состава молодыми высококвалифицированными научными кадрами.

Ключевые слова: научно-педагогические кадры, программа МАИ «Научно-педагогическая молодежь», целевая аспирантура.

Социологические исследования последних лет свидетельствуют о том, что радикальная смена вектора экономического развития страны привела к уходу из науки и высшей школы молодежи и работников среднего возраста [1]. Этот процесс резко изменил квалификационно-возрастную структуру научно-педагогических кадров и выдвинул решение проблемы восполнения кадрового потенциала в число задач первостепенной важности. Между тем в сфере воспроизводства научно-педагогических

кадров ситуация складывается сегодня не лучшим образом [2].

В публикациях журнала «Высшее образование в России », посвященных анализу кадровых проблем отечественной науки и высшей школы, отмечается ряд негативных тенденций в системе послевузовского профессионального образования [3]. Многие из них наблюдаются и в аэрокосмическом образовании.

За последние 14 лет резко снизился уровень государственного финансирования