Использование цифровых технологий в разработке вертолетной техники

Автор статьи окончил Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолковского. Работая в АО "Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля, прошел практически все ступени конструкторской и управленческой деятельности: инженер-конструктор, ведущий конструктор, руководитель программы - заместитель главного конструктора по вертолету Ми-28Н, начальник ОКБ, заместитель генерального директора, исполнительный директор. После образования АО "Национальный центр вертолетостроения Миль и Камов" (АО "НЦВ Миль и Камов") назначен его исполнительным директором. АО "НЦВ Миль и Камов" (НЦВ) - конструкторское бюро с опытным заводом, сумевшие в рамках холдинга "Вертолеты России" добиться перехода "на цифру". Более того, электронные 3D-модели изделий обрели В КБ статус подлинника конструкторской документации (КД). Руководство холдинга обязало серийные заводы принимать КД в виде 3D-моделей и решить весь комплекс вопросов, с этим связанных.

Автор статьи не возьмется сравнивать в целом вертолетостроение у нас и за рубежом, но готов дать оценку своему КБ, как разработчику вертолетной техники. На мой взгляд, как с технологической, так и технической точек зрения, сегодня мы уже вышли на современный уровень, которого достигли разработчики на Западе. Отечественные кадры уже подготовлены к работе в современных условиях. Это стало возможным во многом (или в первую очередь) благодаря тому, что было принято своевременное и правильное решение о ведении процесса разработки вертолетной техники в цифровом формате с помощью самых современных CAD и PDM-систем. Решение было согласовано и полностью поддержано руководством холдинга. Результаты, как говорится, налицо! Это не значит, что нам не над чем работать. Мы постоянно развиваем, углубляем и совершенствуем применение цифровых технологий, перманентно повышаем квалификацию наших конструкторов и технологов. В этом отношении нам даже немного повезло: мы миновали стадию эволюции цифровых технологий на производстве, которую прошли наши европейские и американские коллеги, и сразу внедрили новейшие цифровые системы. Процесс наращивания научно-технического потенциала НЦВ продолжается.

Подтолкнуло нас к интенсивному внедрению цифровых технологий понимание, что это единственная возможность сохранить конкурентоспособность предприятия, обеспечить приток молодых кадров, последний шанс вскочить на подножку уходящего поезда в будущее, где у нас сохраняется перспектива разработчика авиационной техники, а не просто компании, поддерживающей эксплуатацию парка выпущенных в советские годы вертолетов.

Принятые на вооружение решения позволили нам вести разработку в рамках концепции цифрового проекта, и сейчас управляющая компания холдинга "Вертолеты России" мотивирует серийные заводы идти тем же путем. Сегодня мы уже готовы делиться с нашими коллегами по холдингу теми организационно-техническими решениями и подходами к PLM, которые опробованы и отлажены в НЦВ, помогать им правильно выстраивать процессы.

Переход на PLM - процесс непростой и растянутый во времени. В нашей отрасли есть и своя специфика - очень долгий срок службы изделий. В мире эксплуатируется большое количество старой техники, спроектированной десятки лет назад, и эти проекты хранятся в виде чертежей. Поэтому даже на современных и продвинутых западных предприятиях составы старых изделий определены "на бумаге". Другое дело, что на современном глобальном вертолетном рынке послепродажное обслуживание такой техники налажено на других принципах, к внедрению которых мы в России приступили с момента создания холдинга "Вертолеты России". Если говорить о разработке новых изделий, то мы, разумеется, полностью освоили стадию проектирования изделия в CAD-системе, подготовку УП для станков с ЧПУ (то есть сферу CAM), симуляцию, анализ и расчеты (CAE). Сейчас мы находимся на стадии освоения функционала для технологической подготовки производства на базе 3D-моделей изделия. В этом аспекте наиболее существенных результатов в рамках холдинга нашему КБ удалось достичь во взаимодействии с серийными заводами ПАО "Роствертол" и АО "У-УАЗ". Этот процесс тесно взаимосвязан с техническим перевооружением этих предприятий. Плюсы от этого мы не просто видим - мы их ощущаем. В первую очередь, это касается высокого качества изделий. И хотя начальная стадия - выпуск КД в виде 3D-моделей - требует от нас больше времени и сил, на выходе получается более качественный продукт, поэтому общая продолжительность цикла подготовки производства уменьшается. Существенно сократился срок запуска в производство даже для опытных моделей. Подтверждением этого является вертолет Ми-171А3. От начала подготовки производства до демонстрации первого опытного образца на МАКС-2021 прошло всего полтора года. При этом изготовление агрегатов вертолета велось одновременно на трех разных заводах холдинга. Без использования цифровых технологий собрать готовое изделие за такой срок было бы невозможно. Тем самым, затраты, возросшие на начальной стадии проектирования, компенсируются на последующих стадиях создания изделия. Особый эффект от PLM мы ожидаем получить на еще более поздних этапах - таких, как модернизация наших новых изделий и их доработка в соответствии с пожеланиями заказчиков. Замечу, что в общем объеме работ в НЦВ большую долю составляют задачи по формированию облика изделия в соответствии с конкретными требованиями заказчика. Когда вертолет существует "в цифре", сделать это удается быстрее, дешевле и с меньшими трудозатратами.

Практически одновременно с внедрением новых технологий мы перешли на проектный метод управления. Конечно, нам пришлось пережить много организационных изменений. У нас появились проектные команды, которые формируют проектные графики. Одновременно мы столкнулись с проблемой распределения ресурсов, прежде всего - трудовых. Метод, практикуемый в Европе и США, когда под конкретный проект нанимаются менеджеры, формирующие команды, не прижился у нас на постоянной основе в чистом виде. Хотя, по некоторым проектам мы идем таким путем - то есть, отрываем людей от их подразделений для выполнения конкретной работы в рамках проекта. И такой подход давал нам позитивный результат. Но дело в том, что мы ведем одновременно огромное количество разных тем, и поэтому один сотрудник может параллельно участвовать в нескольких темах - вплоть до десяти. Поэтому вести один проект "от А до Я" одной командой в наших условиях затруднительно.

В целом же, вызванные переходом на "цифру" организационные изменения коснулись всех предприятий холдинга и, прежде всего, нашего КБ и опытного производства. Нам пришлось серьезно переосмыслить функции руководителей отделов, откорректировать структурную схему ОКБ. Сегодня в объединенном ОКБ работает порядка 800 конструкторов, каждый из которых использует компьютеры и различное специализированное программное обеспечение в своей повседневной деятельности. Каждый специалист работает в общей сети по установленным для него правилам. Если говорить о самой процедуре, можно отметить следующее. Не многие западные компании могут похвастаться тем, что у них есть изделия нашего уровня сложности, полностью определенные в виде 3D-моделей, которые прошли все этапы согласования и утверждения разными инстанциями и имеют статус подлинника документации. НЦВ стал первым предприятием холдинга "Вертолеты России", на котором такая технология внедрена в соответствии со всеми российскими стандартами. В тех случаях, когда нормативной документации, выпущенной на государственном уровне, недостаточно, мы разрабатываем свою. На сегодняшний день в НЦВ действуют 20 стандартов организации, регламентирующих работу в цифровой среде, в разработке находятся еще семь.

Освоение цифровых технологий проектирования началось в НЦВ достаточно давно, когда еще не существовало этого термина, а все занимались автоматизацией конструкторского труда. Первым нашим опытом была оцифровка конструкторской документации легкого многоцелевого вертолета Ми-34. Можно сказать, что на этом проекте наши конструкторы учились. Позже, выполняя уже работу по заказу, мы занимались модернизацией вертолета Ми-28Н "Ночной охотник" - круглосуточного и всепогодного, с принципиально новым интегрированным комплексом бортового оборудования. Модернизация вертолета Ми-171А2, который производится на заводе холдинга в Улан-Удэ, - еще один пример, когда в одном проекте имеет место и оцифровка наших старых разработок, и проектирование новых составных частей, которые ведутся только средствами современных САПР. Таким образом, эта модель вертолета получила не только полное цифровое определение конструкции, но и сертификат типа, выданный авиационными властями. По проекту транспортно-пассажирского вертолета Ми-38, также получившего сертификат типа, запущен процесс оцифровки с постепенным переходом серийного производства на изготовление по электронной КД. Это изделие было спроектировано на бумаге еще до массового появления САПР в нашем КБ. Серийные заводы также просят нас предоставлять им цифровые модели для ТПП, поскольку уровень их технической оснащенности существенно подрос за последние годы. Активное применение САПР в НЦВ было вызвано не только желанием идти в ногу со временем, но и пониманием того, что с помощью этих технологий мы сможем привлечь на предприятие талантливую молодежь. И нам это удалось. 30% сотрудников ОКБ - это молодые люди в возрасте до 30 лет. Мы продолжаем серьезно заниматься этим вопросом, так как помним о проблеме вымывания кадров среднего возраста в кризисных 1990-х.

Нам часто задают вопрос о том, насколько снижается трудоемкость разработки при внедрении цифровых технологий. Трудоемкость разработки рабочей конструкторской документации в 3D возросла. При таком подходе, естественно, требуется более детальная начальная проработка изделия. Есть и другие сопутствующие проблемы - например, отсутствие готовой базы моделей отечественных стандартных и покупных комплектующих изделий. Эта проблема в Европе и США уже решена. У нас же документация на комплектующие изделия зачастую приходит "на бумаге". Для того чтобы получить 3D-модель ПКИ, нам иногда приходится даже заключать договор с поставщиком, в рамках которого он выполняет эту работу за плату. Сортаменты нормалей и крепежа, из которых состоит вертолет, также выходят в бумажном виде. Поэтому мы были вынуждены самостоятельно заняться формированием электронной базы стандартных и покупных изделий. Все это, разумеется, накладывает свой отпечаток на трудоемкость процесса разработки и проектирования изделия. Кроме этого, работа над проектами совмещается с обучением сотрудников, с повышением их квалификации. У нас есть и много серьезных вопросов к разработчикам программного обеспечения. При всем этом, применение PLM снижает риски за счет существенного уменьшения количества конструкторских ошибок, недоработок, которые способны привести к задержкам на этапе производства. Снижается трудоемкость подготовки производства, повышается ее качество. На этапе запуска изделия в производство экономия, получаемая от PLM, компенсирует с лихвой время и силы, затраченные на ранней стадии разработки изделия.

Наш опытный завод находится в процессе оценки всех преимуществ, которые дает применение цифровых технологий. После объединения предприятий отрасли вертолетостроения в холдинг было принято решение отказываться от постройки планера на нашем опытном производстве. Повторять это потом на серийном заводе - нецелесообразно. Поэтому планер сразу изготавливается на площадке серийных заводов. Окончательная достройка изделия планируется и осуществляется здесь, в НЦВ. Первыми изделиями, собранными серийными заводами по цифровой технологии, стали вертолеты Ми-171А2, Ми-171А3 и Ка-226.

Пока наибольший эффект от "цифры" и PLM мы ощущаем при модернизации имеющейся техники под требования заказчика, где у конструкторов накоплен уже большой опыт. Благодаря новым технологиям, мы стали выполнять проекты модернизации в разы быстрее. И не случайно, если посмотреть официальные отчеты НЦВ, существенный рост объемов выполненных работ зафиксирован именно в этом направлении (выполнение работ в интересах серийных заводов для поставки вертолетов заказчикам в обозначенном техническом облике). Мы получили возможность выполнять больше таких проектов в течение года.

В части легализации подлинников КД в электронном виде у нас разработаны и действуют соответствующие внутренние стандарты и положения, дополняющие государственные нормативные документы. КБ выпускает согласованные, утвержденные в электронном виде и подписанные электронной цифровой подписью оригиналы документации в виде 3D-моделей. Именно эти 3D-модели поступают на серийный завод. Да, некоторые серийные заводы могут пока работать только с "бумагой". Но для этого у нас выработан свой подход. Так, на уровне руководства "Вертолетов России" было согласовано, что эта "бумага" имеет статус технологической документации, необходимой для производства. Подлинником является 3D-модель. В нее, при необходимости, серийные заводы могут вносить изменения, но держателем этого подлинника является разработчик, то есть НЦВ, и окончательные изменения делаем тоже мы.

Решена главная проблема - там, где используются цифровые технологии, определение подлинника документации принадлежит цифровой 3D-модели, которая прошла все стадии и процедуры электронного согласования во всех необходимых службах: технологической, нормоконтроля и прочих, включая представителя заказчика и/или военную приемку. Мы становились на этот путь долго и болезненно, но мы его прошли и абсолютно не жалеем. Поддерживать в актуальном виде и модель, и чертеж на бумаге невозможно - это была наша позиция, и мы ее отстояли. У себя в КБ мы добились ее реализации.

Помимо CAD нами широко используются CAE-средства, которые позволяют на этапе проектирования более точно оценивать напряженно-деформированное состояние любого элемента вертолета. Это повышает соответствие конструкции задаваемым нагрузкам. Использование CAE-инструментов позволяет нам избегать массы элементарных ошибок на этапе проектирования, выявляя их с помощью конечно-элементного анализа. Для этих целей мы применяем самые передовые и многофункциональные специализированные пакеты.

Однако, все это относится только к этапу проектирования. Когда изготавливается опытный образец составной части вертолета (особенно это касается втулки, автомата перекоса, лопастей несущего и рулевого винта), стендовые испытания необходимы для того, чтобы определить ресурс этих изделий. Без стендовых испытаний сделать это пока невозможно. Кроме того, проведения стендовых испытаний требуют специальные процедуры (установленные, в том числе, и в ЦАГИ), которые не позволяют полностью полагаться на расчетные данные, полученные с помощью CAE-систем. Поэтому мы продолжаем вести натурные испытания в необходимом объеме. При этом благодаря тому, что ошибки были исправлены на ранних стадиях проектирования, во время испытаний не происходят незапланированные поломки, которые вынуждали бы нас перепроектировать изделия и повторно устанавливать их на испытательный стенд. У нас внедрена четкая методика проведения испытаний. Все стенды оборудованы цифровыми системами управления. Это позволило перевести стенды на круглосуточную работу, сократить количество обслуживающего персонала. Все стенды работают в общей сети экспериментального комплекса, и в будущем мы планируем сделать так, чтобы за ходом испытаний конструктор мог наблюдать со своего рабочего места. Это позволит следить за поведением конструкции, вовремя притормаживать испытания или корректировать нагрузки.

Внедрение цифровых технологий - это не разовое действие, а длительный процесс. Мы продолжаем инвестировать в PLM. Когда мы начинали внедрять эти решения, то руководствовались необходимостью создания условий для эффективного развития предприятия. Было бы невозможно обеспечить КБ квалифицированными работниками, молодежью, если бы мы не были оснащены современными решениями для проектирования. Сегодня мировой рынок требует от "Вертолетов России" не только готовых вертолетов, но и новых подходов к обслуживанию техники, новых форм эксплуатационной документации. Мы осуществляем переход от ранее принятой системы капитального ремонта к обслуживанию "по техническому состоянию". Все больше и больше такой работы перекладывается сегодня на плечи изготовителя. Заказчики и эксплуатанты техники по всему миру хотят, чтобы она работала безотказно, и чтобы летная годность в случае поломки была восстановлена в кратчайшие сроки. Планировать планово-предупредительные ремонтные работы и техническое обслуживание без помощи средств PLM невозможно. Одной из ключевых составляющих дохода серийных авиационных предприятий является обеспечение технического и сервисного обслуживания, а также ремонта произведенной техники. Именно поэтому серийные заводы выводят сервисное обслуживание на мировой уровень, а в холдинге создана специализированная "Вертолетная сервисная компания". Именно здесь кроется возможность существенного возврата наших инвестиций.

Кроме того, послепродажное обслуживание по самым передовым стандартам - это то, что крайне важно сегодня, и современная система сервиса вертолетов российского производства обеспечит дальнейший рост продаж холдинга. Весь мир сегодня работает по схеме совместных проектов. Разработка вертолета - дело серьезное и, зачастую, в одиночку неподъемное. В России понимают, что вхождение в любой международный проект предполагает обладание такой технологией разработки изделия, которая соответствует мировым стандартам. Только если разработчики говорят на одном языке, у международных проектов появится будущее. Внедрение PLM - это еще и инвестиции в то, чтобы обеспечить себя работой в будущем.

Лет 5-7 назад мы очень серьезно подошли к вопросу подготовки кадров. Тесно сотрудничаем с кафедрой МАИ "Проектирование вертолетов" (102). Практически все выпуски этой кафедры МАИ по окончанию вуза приходят к нам на работу. Студенты этой кафедры, начиная с третьего-четвертого курса, работают у нас в профильных подразделениях. В целом, кадрового голода мы не ощущаем. У нас есть понимание того, что требуется повышать уровень квалификации имеющегося кадрового состава. К нам в КБ стремятся попасть, поскольку мы в состоянии обеспечивать конкурентоспособный уровень оплаты труда. Созданы хорошие условия труда, есть спортзал, тренажеры и даже вокально-инструментальный ансамбль. Внутренняя жизнь у нас очень насыщенная. Что ощущается, так это нехватка руководителей среднего уровня. Поэтому, если у молодого специалиста есть потенциал и знания, то для него открывается перспектива быстрого профессионального роста. Работает и "пропаганда" - ежегодно, за исключением последних лет, когда действовали коронавирусные ограничения, в НЦВ проводится "День открытых дверей".

Отдельное направление, в котором использование цифровых технологий позволяет существенно повысить качество изделий, сократить сроки и стоимость их изготовления - это композитное производство. Говорить, что до настоящего момента мы не использовали композиты - неверно. Такие ответственные агрегаты вертолета, как лопасти несущего и рулевого винта давно создаются в России из композиционных материалов. Да, для их проектирования мы раньше не применяли специализированный софт, но вот уже пять лет разработка конструкции и технологическая подготовка производства ведутся с использованием специализированного программного обеспечения, выдающего цифровые данные на производственный участок. Для их восприятия мы провели перевооружение композиционного производства, оснастили его режущими плоттерами, лазерным проекционным оборудованием. Дело в том, что с композитами не все так просто. В нашей сфере уже есть примеры проектирования и изготовления вертолетов из композитов. Так вот, собственные эксперты разработчика открыто говорят о том, что если бы такой вертолет проектировался сегодня, то его бы делали иначе. Есть такие понятия, как ремонтопригодность в условиях эксплуатации и прочее, и в случае применения композитов реализовать это сложно. Специфика эксплуатации вертолетной техники - и вооруженными силами разных стран, и в коммерческих целях - накладывает свой отпечаток на количество композиционного материала, используемого при создании вертолета. На наш взгляд, причины некоторого отставания российского авиастроения в этом аспекте кроются не в том, что наши конструкторы не хотят применять новые подходы и материалы, а в том, что химическая промышленность России сейчас не выпускает многие наполнители и связующие. Поэтому не все материалы нам сейчас доступны. Да и проблем с сертификацией и "узакониванием" иностранных материалов в России много. Тем не менее, эту тему мы развиваем и планируем развивать и дальше.

Позитивную оценку наша деятельность по внедрению цифровых технологий получает и со стороны руководства холдинга "Вертолеты России". Именно опыт НЦВ берется за основу при выработке корпоративных подходов к внедрению PLM-решений на других предприятиях. Для координации действий в этом направлении в соответствии с приказом генерального директора холдинга на предприятии создан центр компетенции по развитию PLM. То, что уже сделали мы, внимательно рассматривается, и общими усилиями продвигается дальше. В этом ключе мы ведем очень слаженную и хорошо скоординированную работу.

В заключение, обращаясь к коллегам, я хотел бы дать им несколько рекомендаций. Во-первых, не затягивать с внедрением PLM, поскольку это напрямую связано с эффективным развитием предприятия в современном мире. Во-вторых, встав однажды на этот путь, нельзя останавливаться: надо поддерживать процесс, четко двигаться по намеченному плану. В-третьих, если руководитель предприятия не занимается вопросами PLM или не вовлечен в процесс внедрения лично, то такая инициатива обречена на провал. Поэтому, уважаемые коллеги, не пытайтесь переложить ответственность на кого-то другого, пусть даже самого продвинутого вашего заместителя. Все остальное - работа, работа, работа… Желаю своим коллегам успехов на этом пути, который, видимо, бесконечен!

Михаил Короткевич,
исполнительный директор АО "НЦВ Миль и Камов"