Осенью 2004 года верфь Odense Steel Shipyard Ltd., (OSS) и компания DNV Software (DNVS) начали совместный опытно-конструкторский проект с целью разработать эффективные решения для стадии начального проектирования, основанные на базовых технологиях системы трехмерного проектирования IntelliShip компании Intergraph и систем компании DNVS. Эта новая система названа “Nauticus Early Design” и представляет собой сдвиг парадигмы в выполнении задачи раннего проектирования. Nauticus Early Design обладает тесной и интеллектуальной интеграцией с системами анализа архитектуры корабля, системами проверки правил (регистра) и системами конечно-элементного анализа, с производством чертежей, управляемым правилами, и с передачей данных из модели в последующие системы рабочего проектирования. Эта новая система встроена в расширенный Менеджер технологического процесса, дополненный хранилищем данных и соединенный с системой DNV eApproval. Nauticus Early Design создаст значительное увеличение производительности и качества проектирования, начиная со стадии раннего проектирования.
Эта статья описывает деловое обоснование для разработки системы, востребованные функции системы, а также краткосрочные и долгосрочные перспективы развития системы. Партнеры совместно разработали некоторые компоненты системы, и тесно сотрудничали в течение проекта, заранее понимая, что результат основан на истинных потребностях бизнеса и знании этой отрасли промышленности. В то же самое время, пристальное внимание было уделено тому, чтобы избежать создания точечного решения для одного конкретного судостроителя. Начиная с формулировки проекта, в него была заложена коммерческая доступность итогового программного продукта на открытом рынке. Nauticus Early Design коммерчески доступен с июня 2005 года.
Сегодня доступно много прекрасных средств, использующихся для проектирования судов, и многие из этих основаны на информационных технологиях. Проектировщики судов часто имеют свои собственные излюбленные средства проектирования, и им бывает трудно объяснить, почему эти средства лучше других. Они просто лучше. Проектирование судов по-прежнему является скорее искусством, чем наукой, и по-прежнему талант проектировщика является важным и определяющим фактором, отделяющим приемлемое от хорошего. Но любому таланту нужны соответствующие инструменты.
Развитие новых инструментальных средств для стадии раннего проектирования судов началось пару лет назад, когда конкретные проблемы систем проектирования столкнулись с новыми появившимися возможностями. IntelliShip – это система проектирования, основанная на правилах, и эффективность системы является прямым следствием способности пользователя автоматизировать процесс проектирования с помощью встроенных правил. DNVS, который в течение нескольких десятилетий поставлял программы автоматизации инженерного труда, основанные на правилах, считает технологии IntelliShip логическим шагом в предоставлении систем, основанных на знаниях и интеллекте. Поэтому, как только OSS собралась начать эксплуатацию IntelliShip в качестве своей новой системы трехмерного автоматизированного проектирования для проектирования судов, и DNVS вместе с OSS включились в разработку IntelliShip, стало значительно быстрее совершить следующий логический шаг совместными усилиями. Так мы и сделали, объединив некоторых из наших наиболее критичных систем, чтобы улучшить эффективность наших совместных операций, получив в результате совершенно новый основанный на правилах программный продукт Nauticus Early Design.
В судостроении проектирование является очень важным этапом. Современное судно - очень сложное сооружение, и невозможно назвать что-либо «самым важным» при обилии достаточно важных факторов. Однако, следует признать, что в период проектирования отношение выполнения к стоимости может изменяться в большей степени, чем в любое другое время. Более того, часто возможно улучшить показатели и стоимости и выполнения на одной и той же стадии оптимизации проекта. Судостроителям это хорошо известно, и именно поэтому для проектирования отводится так много времени и привлекаются наиболее квалифицированные людские ресурсы. Внедряя более интеллектуальные средства и методы, мы стремимся к тому, чтобы достигнуть улучшенного выполнения проекта, сократить время оборачиваемости и повысить качество изделия.
То, что было реализовано в первой версии программы, оказалось далеким от того, что могло быть и должно было быть сделано. Разработка программы была основана на прагматизме, детальном обдумывании и пошаговом подходе, по-прежнему оставляя программу достаточно универсальной. Было важно убедиться в том, чтобы как можно больше приложений можно было надстроить на базе найденного решения. Внимание разработчиков было сфокусировано на том, что они считали идеальным процессом, в то же самое время допуская, что следование любой концепции требует таких простых вещей, как дисциплина. Это означает, что в систему, уже имеющую в своем ядре множество расширенных методов, вошли управление потоком заданий и списки заданий.
Мы помнили об общепринятых процедурах, имея своей целью удовлетворить судостроение в целом. Судно могло быть танкером, контейнеровозом, фрегатом или кораблем любого хорошо известного типа.
Фундаментальными функциями являются:
Фундаментальный критерий системы состоит в том, что трехмерная модель должна быть универсальной, используемой для всех задач проектирования. Ограничения различных программных средств, доступных на сегодняшний день, заставляют проектировщика судна создавать и поддерживать множество разных моделей для разных целей, одна модель - для анализа прочности, другая модель - для гидростатического анализа, третья - для проектной документации и генерации данных для станков с ЧПУ и т.д.
При подходе с единой моделью, трехмерная модель будет накапливать информацию от всех стадий проектирования и подготавливаться к заключительной модели стадии постройки. Если идеализированные модели производятся из единой модели, это должно производиться с применением эффективных по стоимости преобразований со столь низким уровнем ручного взаимодействия с пользователем, насколько это возможно при использовании управляемого метода контроля за документами. Информация, извлекаемая из ветвей модели должна насыщать эту единую модель, а изменения должны регистрироваться контролем ревизий. Процесс проектирования изменится таким образом, что единая модель будет обогащаться и усовершенствоваться в Nauticus Early Design на каждом шаге по пути к конечной модели для постройки судна.
Мы построили нашу систему так, что она использует или обеспечивает интеграцию с другими системами. Из наиболее важных систем можно упомянуть IntelliShip, Nauticus Hull, Napa, Tribon Initial Design и BRIX Workflow. Система выиграет от того, что будет объединена со всесторонним решением по управлению документами и хранилищем данных для отслеживания всей информации по взаимодействию (участников проекта) и истории создания проекта.
Одна общая концептуальная модель
Целью развития и фундаментальной концепцией в Nauticus Early Design является использование одной общей концептуальной модели судна для всех задач проектирования, относящихся к стадии раннего проектирования, начиная с создания геометрической модели, использования ее для проверки правил и оценки прочности, взаимодействия гидростатического анализа и анализа устойчивости, а также для других задач анализа архитектуры судна, упрощения предварительного выпуска чертежей для регистра на основании правил, получения отчетов по нагрузке судна и оценки стоимостных затрат.
Приводимый ниже рисунок изображает все средства интеграции Nauticus Early Design для судов. Nauticus Early Design использует некоторые ключевые компоненты из системы трехмерного автоматизированного проектирования компании Intergraph для проектирования судов “IntelliShip™” и интегрирован с системами для оценки прочности и системами проверки правил для судов и морских платформ, предлагаемыми компанией DNV Software.
Nauticus Early Design включает существенные и лицензированные компоненты из IntelliShip. Это означает, что концептуальную модель, построенную в Nauticus Early Design, можно полностью использовать в системе IntelliShip на более поздних стадиях детального и заводского проектирования без каких-либо потерь данных, выигрывая тем самым от использования в IntelliShip таких его особенностей, как реальная многопользовательская среда, распределенное проектирование в сетях WAN (Wide Area Network), автоматизация проектирования с помощью улучшенных механизмов проверки правил и т.д.. Этими лицензированными компонентами являются:
| Common | Средства общего назначения и просмотр приложений |
| Project Management | Средства создания и управления проектом |
| Ref Data Management | Средства управления справочниками |
| Reference Planes | Средства для создания и управления плоскостями привязки |
| Molded Forms | Моделирование теоретических поверхностей и системы конструкций |
| Compartmentation | Среда моделирования отсеков |
| Planning | Среда планирования постройки |
| Equipment Modelling | Среда моделирования оборудования и мебели |
| Reporting | Среда создания отчетов |
| Drawing Generation | Среда создания и управления генерацией чертежей. Эта функция расширена средой генерации чертежей для регистра |
IntelliShip является наиболее совершенным программном обеспечением для проектирования в судостроении из числа программ, предлагавшихся в течении последних двадцати лет. Это - решение следующего поколения от компании Intergraph, характеризуемое централизованным хранением данных и управляемое правилами, для планирования процессов проектирования в судостроении, решение, сохраняющее уже наработанные данные и повышающее их использование. IntelliShip – это укомплектованное, полномасштабное решение, которое обеспечивает всем необходимым для проектирования и постройки судна. Обладающий всем для того, чтобы стать краеугольным камнем для проектирования, постройки и управления в судостроительной отрасли следующего поколения, IntelliShip сделает традиционные технологии традиционного программного обеспечения для судостроения безнадежно отсталыми. Он обеспечит судостроителей теми возможностями, которые нужны для того, чтобы достичь и удержаться на передовых рубежах в этой очень конкурентоспособной отрасли промышленности.
Ключевые функции
IntelliShip предлагает судостроителям конкурентоспособное преимущество, обеспечивая следующие ключевые функции:
Важной особенностью раннего проектирования является деление на отсеки, которое обслуживает множество функций в проектировании судна таких как, задание комбинаций нагрузок, задание нагрузок для проверки прочности, исследования неповрежденной и аварийной остойчивости, протечек, определения опасных областей и зон безопасности и т.д. Среда Compartmentation содержит два метода деления на отсеки, а именно группу ручных методов, которые включают ряд функций для того, чтобы определить салоны, и полностью автоматический метод.
Системы проверки прочности и проверки правил компании DNVS встроены в IntelliShip как отдельные пользовательские среды. Это означает, что пользователь получает доступ к требуемым функциям непосредственно через панели инструментов в среде моделирования IntelliShip.
Проверку правильности целей проектирования можно выполнить непосредственно из самой системы проектирования, где информационный поток лучше спланирован, а часть автоматизации инженерного труда для проектирования судна упрощена.
Текущая версия Nauticus Early Design (V5) имеет интерфейс с приложениями Nauticus Hull в обоих направлениях, при этом подразумевается, что нужная идеализация и построение сетки, предшествующие анализу, выполняются в Nauticus Hull. Этот процесс изображен ниже.
Трехмерная проектная модель в IntelliShip
Трехмерная CAE model в Nauticus Hull
Полностью Объединенный
Следующие версии будут работать в более тесной увязке с моделью изделия, где CAE-модель будет истинным подмножеством CAD-модели. Подразумеваемые процессы идеализации, требующие преобразования трехмерной модели проекта для приведения ее в соответствие с CAE-моделью, вызванного значительным различием целей и поведения моделей, являются сложными, поскольку варианты конфигураций корпуса могут существенно варьироваться.
Привязка к специализированным средствам CAE/МКЭ анализа была слабой, часто требуя разных моделей для проектирования и для анализа. Для того, чтобы модель анализа была способна извлечь выгоду из работы, вложенной в CAD-модель, к CAD-модели следует применить несколько преобразований. Если при изготовлении деталей судна и при генерации чертежей особый упор делается на высокую степень детализации, то модель анализа наоборот должна иметь упрощенное представление данных, чтобы облегчить генерацию сетки для конечно-элементного анализа. Процесс идеализации (модели) является полуавтоматическим с адекватной поддержкой для того, чтобы разгрузить пользователя.
Процесс идеализации основан на 3 основных приемах, обеспечивающих преобразование трехмерной модели проекта в CAE-модель, а именно:
Возможность интеграции Nauticus Early Design с главными участниками раннего проектирования такими как, проектировщики судна, эксперты регистров и эксперты по конечно-элементному анализу, и другие проектировщики конструкций, разительно отличает его от того, как сейчас происходит работа верфей и конструкторских бюро.
Nauticus Early Design взаимодействует с системами сторонних разработчиков для импорта обводов корпуса, систем гидростатического анализа, и других. Даже если полная эффективность проектирования в IntelliShip будет достигнута на стадии детального проектирования, по мере необходимости будут сформированы интерфейсы к другим системам трехмерного автоматизированного проектирования. Поэтому, одной из важных особенностей Nauticus Early Design является однородная структурная модель (Uniform Structural Model - USM), которая используется для отображения несоизмеримых определений системы проектирования стальных конструкций, формирующего эффективные средства импорта – экспорта на основе XML. Интерфейс из системы NAPA для определений отсеков основан на этой модели и отображается в собственную модель NAPA и использует стандарт ISO STEP AP216 в качестве главного источника для данных об атрибутах отсеков.
В настоящее время система проверки правил Nauticus Early Design основана на правилах DNV, но система продолжает развиваться для того, чтобы допустить встраивание и наборов правила других регистрационных обществ. Это будет сделано путем расчленения части правил системы Nauticus Early Design и создания специализированных механизмов правил и редакторов правил.
Система правил включает средства для создания библиотек правил независимых от знания программирования. Редактор правил высокого уровня позволяет человеку, ответственному за написание правил, сосредоточиться на деловой логике, содержащейся в этих правилах, вместо того, чтобы тратить время на выражение правил в специализированном языке программирования подобном Visual Basic.
Правила хранятся в одной или нескольких базах правил и используются непосредственно механизмом правил для исполнения этих правил. Базы правил можно преобразовать в специализированный язык программирования с помощью (кодо-) генератора правил. Сгенерированный код можно скомпилировать в библиотеки правил, к которым будет обращаться Nauticus Early Design во время выполнения. Среда правил также включает редактор интерфейса для установления интерфейса к модели IntelliShip. Эти интерфейсы необходимы тем правилам, которые запрашивают исходные данные из модели IntelliShip.
Помимо участия в проверке правил регистрационного общества, механизм правил будет необходим для преобразований трехмерной концептуальной/детализированной CAD-модели в CAE-модель. Преобразования, которые превышают допуски толерантной топологии или требуют более конкретных изменений модели таких, как смещение конструкций или удаление подробностей, можно реализовать путем определения явных правил. Правила могут создать дополнительную (теневую) конструкцию, которая является смещением или, наоборот, преобразована из исходной геометрии, ребер жесткост, или удалить отверстия, сокращая толщину листа. Переобозначения обычно используются на предопределенных в Nauticus Early Design плоских деталях (например, выступах), когда соответствие между детальной заводской моделью и грубой проектной моделью можно определить в Nauticus Early Design. Приведенный ниже рисунок иллюстрирует, как
Когда внутренние конструкции такие, как палубы, переборки и ребра жесткости, помещаются в трехмерную модель на этапе раннего проектирования, тогда хорошие и детальные чертежи для регистра и планирования можно получить в начале процесса проектирования. Любые проектные изменения, полученные от регистрационного общества или из других контролирующих организаций, можно тогда ввести заблаговременно, уменьшая тем самым воздействие на стоимость и график постройки.
При автоматизации создания чертежей из интеллектуальной трехмерной модели имеется также возможность применения автоматизированного создания на основе правил символических деталей таких, как например подрезка конца профиля, соединения концов профилей с бракетами, вырезы в листах, пересекающих профили, и добавление книц или ушков. Это значительно уменьшит людские ресурсы, необходимые для создания чертежей и снова позволит выполнить генерацию чертежей для регистра значительно раньше, чем при использовании традиционных средств. Система основана на программе SmartSketch и технологии RAD 2D компании Intergraph, но также сможет сгенерировать файлы форматов AutoCAD и Microstation.
Приведенные ниже примеры показывают чертежи для одной и той же переборки, когда после единственного сделанного изменения типа переборки из “не требующей герметизации” в “водонепроницаемую”, и выводимый чертеж изменяется автоматически.
Горы чертежей и документов медленно проходят все согласования, это – знакомая ситуация, с которой сталкиваются верфи, судовладельцы и операторы в течение планирования, проектирования и постройки судов, и которая затягивает сроки проектных графиков. Следовательно, для эффективного обеспечения службы регистрации нужны интеллектуальные, передовые информационные решения, поэтому DNV, как первое регистрационное общество в мире, представляет eApproval.
Через защищенную службу сети DNV, DNV Exchange, строители, верфи и проектировщики могут пересылать и получать документацию по сети Интернет. С помощью eApproval чертежи, результаты расчетов и сопроводительные письма выгружаются на сервер DNV Exchange. В этом процессе обработки, DNV утвердит документацию электронным образом, сделает корректуру , поставит печати на чертежи и выгрузит утвержденную документацию обратно на DNV Exchange вместе с письмом утверждения.
Передача конфиденциальной документации по незащищенным сетям создает угрозы. Поэтому, служба eApproval разработана в соответствии со стандартом высокой степени защиты. Доступ по имени пользователя и паролю, сетевые экраны, защищающие серверы, расположенные в защищенных областях, зашифрованная передача файлов и антивирусная защита – это лишь некоторые из средств, которые обеспечат конфиденциальную информацию.
Предполагается, что использование eApproval принесет следующие выгоды:
Эти выгоды могут внести вклад в уменьшение времени постройки и доставки комплектующих. Пользователи будут иметь непрерывный доступ к состоянию документов и смогут выгружать утвержденную документацию. Это облегчит связь между различными участниками проекта и улучшит процесс планирования.
Различные компоненты системы раннего проектирования сконфигурированы в среде BRIX Workflow компании DNVS. Хранилище данных, в котором будет происходить обмен всеми данными, будет содержать историю развития реального проекта. В интересах верфи OSS этим хранилищем будет SmartPlant Foundation компании Intergraph.
Связь с регистрационными обществами будет осуществляться службами e@approval, используя в первую очередь решения компании DNV. Служба eApproval рассматривается как первый шаг в разработке полностью электронного обмена информацией с регистрационным обществом ; следующим очевидным шагом должна бы стать эксплуатация возможностей обмена трехмерными моделями.
Как было замечено во время разработки системы, это решение для раннего проектирования изменит деловые процессы на верфи, которые в свою очередь должны быть задокументированы, проверены и быть хорошо управляемыми в реальных проектах. BRIX Workflow облегчает эти "программные" процессы, продолжая контролировать взаимодействия между пользователями и приложениями и регистрируя полную хронологию событий проектирования и соответствующих данных.
Ниже показан эскиз конфигурации системы.
Совместная работа по разработке программного обеспечения между OSS и DNVS приближается к завершению первой стадии, и эти решения будут использоваться в одном из ближайших коммерческих проектов. Версия 5 системы Nauticus Early Design был выпущена в июне 2005 года и доступна для первых пользователей. Приложения системы используют единую модель. Опираясь на базу данных единой модели в IntelliShip, DNVS начал объединение нескольких приложений, взаимодействующих с этой моделью. Главное внимание сфокусировано на интерфейсах для проверки прочности, создания чертежей регистра и программе eApproval, которые применяются на этапах раннего проектирования.
OSS стоит на пороге использования этих новых функций и, исходя из результатов тестирования, понимает, что та интеграция, которую представляет Nauticus Early Design, изменит методы выполнения проектных работ и принесет выигрыш в производительности и качестве.
Эл. версия "Судостроение" 1, 2007 г.
вернуться к
списку