Технологии трехмерного сканирования получили в последние годы стремительное развитие. Это связано прежде всего с коренным изменением подходов в представлении инженерно-конструкторской, эксплуатационной информации, характеризующимся переходом от двухмерных чертежей и документов к трехмерным моделям. Не отстают от технологий трехмерного сканирования, а иногда, кажется, и опережают их в своем развитии, технологии трехмерной печати. По оценкам некоторых экспертов, трехмерная печать способна в ближайшее время произвести революцию в производстве в промышленных отраслях.
Уже сегодня мы имеем реальный опыт печати различных изделий, сложных поверхностей, даже домов и одежды. Еще недавно говорили о высокой себестоимости “напечатанных” изделий, об их низкой надежности и прочих факторах, не позволяющих начать серийное производство методом печати, но сегодня эти проблемы в большей части успешно решаются. Статья не претендует на исчерпывающий обзор всех возможностей трехмерного сканирования и печати, в ней на основе опыта реализации проектов компании InterCAD идет речь об уже существующем практическом применении этих технологий при информационном обеспечении различных стадий жизненного цикла (ЖЦ) кораблей и судов.
Начнем со стадии, которой изначально нами уделялось мало внимания, поскольку она “менее техническая”, “более экономическая” и, как правило, степень автоматизации деятельности на этой стадии по сравнению с другими невысока. Речь пойдет о стадии предшествующей проектированию, о процессе обоснования инвестиций. Несомненно, кроме экономических расчетов инвестор хотел бы увидеть некий прототип объекта вложения обственных средств. Такая практика принята не только в судостроении, но и в машиностроении, промышленном и гражданском строительстве.
Современные технологии трехмерной печати позволяют создать прототип как некой части устройства, механизма корабля, судна, так и всего корабля (естественно, с разумной степенью детализации) для представления инвесторам. Компания InterCAD располагает соответствующим опытом печати демонстрационных образцов изделий, оборудования и объектов (рис. 1).
Несравнимо больший спектр использования технологий трехмерного сканирования и печати присутствует на стадиях ЖЦ проектирования и производства. Вкратце остановимся на некоторых примерах.
Современные средства трехмерного проектирования и мониторинга трехмерных моделей имеют важную возможность – позволяют работать не только с “математической” моделью, созданной в САПР в процессе проектирования, но и с облаком точек, полученным при сканировании. Очень важно, что большинство подобных программных продуктов позволяют загрузить одновременно облако точек и математическую модель и провести сравнение спроектированного изделия с реально произведенным. Заметим, что при этом с той или иной степенью автоматизации можно не только выявить отклонения, но и оценить их, получив автоматическое выделение цветом проблемных и других участков.
Такую работу сотрудники InterCAD проводили при автоматизации опытного производства в одном из известных проектных КБ. Проектирование сложной поверхности осуществлялось с помощью САПР Autodesk Inventor. Далее с использованием программного средства InventorCAM была разработана программа для станка с ЧПУ. После того как деталь была произведена, производилась проверка.
Проверка точности изготовления была осуществлена при помощи трехмерного сканирования поверхности готовой детали, закрепленной прямо на станке, что весьма удобно в случаях, когда анализ показывает необходимость дополнительной обработки. Сравнение результатов сканирования и теоретической модели, полученной в результате проектирования в САПР, представлено на рис. 2.
Оно было проведено при использовании программного продукта Geomagic, в среду которого загружена модель, полученная в Autodesk Inventor, и результат сканирования – облако точек. Совпадение реальных поверхностей и поверхностей 3D-модели было признано удовлетворительным.
С применением вышеописанного подхода вполне решаем также и вопрос контроля качества при строительстве объектов со сложными поверхностями, к каковым относится корпус корабля (судна). При этом отличие заключается лишь в используемом оборудовании для сканирования и программном обеспечении, которое специалисты InterCAD готовы оптимально подобрать, а также помочь разработать технологию, а при необходимости провести работы.
Отметим, что вышеописанный подход приемлем не только при строительстве (производстве), но и при осуществлении контроля в процессе плановых и внеплановых ремонтных работ. Технология позволяет выявить допустимость отклонений формы поверхностей, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации и при повреждениях.
Отличным инструментом проведения такого контроля является Autodesk Nevisworks Manage. Пакет позволяет загрузить облако точек, полученное при сканировании (например, элементов корпуса), и трехмерную модель, провести выявление отклонений и измерение их величины. Компания InterCAD также имеет опыт проведения таких работ.
Приведем пример применения технологии трехмерной печати на стадии производства.
В компании “Океанприбор” с использованием 3D-принтера ProJet x60 ZPrinter разработана технология производства литьевых форм. Материал, который применяется в ProJet x60 ZPrinter, не приспособлен для создания литьевых форм. Поэтому с его помощью создаются формы для форм: сначала на ZPrinter изготавливается каркас, который затем заливается силиконом.
После полимеризации из каркаса извлекается готовая силиконовая форма, пригодная для заливки любым другим материалом, и затем в нее заливается полиуретан. В результате получается не просто прототип, а готовый к использованию опытный образец (рис. 3).
Когда речь идет о модернизации, то в подавляющем большинстве случаев документация на корабль (судно) представлена в двухмерном виде, чаще на бумажных носителях. Современные средства проектирования, которые КБ используют при модернизации, это в 100 % случаев – электронные САПР, и в подавляющем большинстве случаев они предназначены для трехмерного проектирования. В связи с этим часто необходимо получение трехмерных моделей, например, модернизируемых помещений (в идеале) или облаков точек, позволяющих провести геометрические измерения, проверить наличие коллизий между существующим и вновь устанавливаемым оборудованием, оптимально расположить оборудование. Кроме того, при модернизации корабля довольно нетривиальной является задача определения правильной последовательности размещения нового оборудования с точки зрения обеспечения проходов, необходимости технологических вырезов. Лазерное сканирование модернизируемых помещений кораблей и судов в сочетании с использованием пакета Autodesk Navisworks Manage позволяет эффективно решать эти задачи.
Компания InterCAD располагает опытом решения еще одной проблемы, возникающей при модернизации: использование трехмерного сканирования с последующим получением 3D-модели из облака точек – трудоемкая и далеко не всегда выполнимая задача. Это обусловлено сложностью конфигурации внутренних помещений корабля, наличием большого количества оборудования и техники в них. Практика показывает, что сложно, а иногда невозможно получить облако точек помещения при наличии оборудования и техники, расположенных вдоль переборок и бортов, “затеняющих” при сканировании помещения его границы. В таких случаях приемлема другая технология. На первом этапе производится “восстановление” трехмерной модели в 3D-САПР. Исходными данными являются “плоские” чертежи, созданные в 2D-САПР или на бумажных носителях. На следующемэтапе производится 3D-сканирование помещений. Последним этапом является работа с загруженным в Autodesk Navisworks Manage облаком точек и 3D-моделью, позволяющая определить реальную форму, размеры помещения, провести необходимые измерения, определить технологическую последовательность демонтажа старого и размещения нового оборудования с учетом необходимых проходов, технологических вырезов и т.д.
Не секрет, что по ряду технологических и организационных причин (возможности конкретного судостроительного завода, длина стапеля, длина секций и т.д.), существуют отличия реально построенного корабля от документации судостроительного КБ. Документация на ряд кораблей, построенных в ССР и достигших периода модернизации, находится за пределами РФ, получить ее проблематично. Для таких случаев компания InterCAD также предлагает технологию сравнения облака точек – результатов 3D-сканирования с “поднятой” в САПР 3D-моделью, исходными данными для которой является документация КБ. Технология позволяет выявить реальную конфигурацию, размеры, возможные коллизии и решить прочие вопросы, возникающие при модернизации. Как и в предыдущих случаях, технология включает работу с моделью и результатами сканирования в Autodesk Navisworks Manage. Положительный опыт проведения работ по трехмерному сканированию кораблей, подлежащих модернизации, позволяет компания InterCAD предлагать заказчикам не только полный пакет программных и аппаратных средств, но и апробированные технологические решения и услуги в этой области.
Теги: | Autodesk Inventor, Autodesk Navisworks, InventorCAM, Судостроение, Трехмерное сканирование, Трехмерная печать, |