В этой статье обсуждается экспериментальный проект 2002 года и реальное промышленное внедрение, проводившееся в SHI (Samsung Heavy Industries) с октября 2003 с помощью IntelliShip, новейшей технологии системы автоматизации проектирования, использующей трехмерную модель изделия.
В приводимом ниже списке мы упоминаем те технологии проектирования Intelliship, которые оказались очень полезны при осуществлении реального промышленного проекта. Они включают:
SHI использовал с 1982 года Autokon для проектирования корпуса и с 1987 года CADAM для расположения оборудования. Хотя мы сделали много обновлений и разработали собственные программы, мы не смогли осуществить кардинального повышения производительности - сокращения периода проектирования и уменьшения людских ошибок. Поэтому SHI решила совместно с корпорацией Intergraph (компанией по разработке CAD-систем) и с другими судостроителями мирового класса разработать новую систему автоматизированного проектирования.
Начиная с 2001 года, ведется проектирование заказа 20380 "Корвет" с использованием элементов трехмерного моделирования в системе Autodesk AutoCAD. Параллельно происходит создание базы элементов оборудования с применением гибридной технологии каркасно-твердотельного моделирования. На основе 3D-моделей помещений главной энергетической установки выпускается рабочая конструкторская документация. Одновременно проектирование малотоннажных судов и кораблей по другим заказам проводится с использование навыков и наработок плоскостного проектирования.
С этой новой системой SHI в 2004 году успешно спроектировал 5 судов и намеревается использовать Intelliship на всех новых судах, запланированных к проектированию с 2005 года.
Внедрение новой системы автоматизированного проектирования требует серьезного подхода, особенно в первом проекте, где она будет использована. Применение новой CAD-системы с совершенно новой архитектурой может столкнуться с серьезными трудностями, особенно в случае, если не все функции полностью разработаны и проверены.
Следует сразу же отметить, что для этого первого проекта не проводилось никакого эталонного тестирования. В больших компаниях подобных SHI, одновременно строятся суда различных типов. Если процесс проектирования и постройки судна полностью не осуществлять одновременно на двух различных системах автоматизированного проектирования, это может привести к конфликту между этими системами.
Эта статья демонстрирует процесс подготовки недавно разработанной САПР и анализ реализации рабочего проекта, генерацию чертежей и интерфейс по материалам между старой системой и IntelliShip.
На рисунке 1 показан процесс внедрения новой системы автоматизированного проектирования IntelliShip в SHI.
Подписи на рисунке:
Planning – Планирование
Evaluation – Сравнение
1st Pilot Project – 1-ый экспериментальный проект
2nd Pilot Project – 2-ой экспериментальный проект
Designer Training – обучение конструкторов
FunctionTest – проверка функций
Pilot Team Training – обучение команды экспериментального проекта
Customization & Pilot Project Set-Up – настройка и установка экспериментального проекта
Customization & Production Project Set-Up– настройка и установка промышленного проекта
Full Production Implementation – полное промышленное внедрение
1st Partial Production Implementation – 1-е частичное промышленное внедрение
2nd Partial Production Implementation – 2-е частичное промышленное внедрение
Этот экспериментальный проект был выполнен дважды перед промышленным внедрением IntelliShip. Основные цели 1-ого экспериментального проекта состояли в следующем – проверить стандартную библиотеку и убедиться в том, что ключевые функции работают именно так, как было запланировано.
Небольшая зона судна моделировалось каждым приложением (двигатели, трубопроводы, структура оборудования, электрическая часть и размещение), исходя из предыдущих проектов SHI. (См. рисунок 2)
После попытки 1-ого экспериментального проекта мы столкнулись с такими проблемами, как недостаточность функциональных возможностей приложений IntelliShip, неподготовленность пользователей, неустойчивость работы Intelliship и отсутствие библиотеки стандартов компании SHI.
Все эти проблемы были рассмотрены и оценены. Обучение пользователей и формирование библиотеки стандартов были возложены на компанию SHI, а проблемы IntelliShip обсуждались с поставщиком программного обеспечения для того, чтобы обновить его до следующей версии.
Для 2-ого экспериментального проекта был подготовлен план того, как обойти некоторые проблемы, которые было невозможно разрешить за короткий период времени.
Спустя семь месяцев после того, как был закончен 1-ый экспериментальный проект, было выполнено моделирование нескольких зон во 2-ом экспериментальном проекте для того, чтобы эффективно создать данные для постройки судна. Особенно тщательно проверялась методология моделирования структуры оборудования, так как стандартизировать трехмерное моделирование особенно трудно. (См. рисунок 3).
Основными целями 2-ого экспериментального проекта были:
Основной проблемой, выявленной во 2-ом экспериментальном проекте, была узость диапазона функциональных возможностей расположения структуры оборудования, опор труб и кабелей. Следовало также улучшить скорость выполнения и стабильность работы системы. Кроме этого, был изменен наш процесс “что будет”, потому что моделирование 2-ого экспериментального проекта, ставшее результатом внедрения этого процесса, не было согласовано с процессом “что будет” для корпуса и оборудования.
Одновременно с завершением 2-ого экспериментального проекта, было начато 1-ое частичное промышленное внедрение, затронувшее моделирование двух блоков машинного отделения. (См. рисунок 4).
После выполнения 2-ого экспериментального проекта было признано невозможным придерживаться процесса “что будет”, интегрированного с корпусными конструкциями, постройкой корпуса и базой данных оборудования. Поэтому при 1-ом частичном промышленном внедрении процесс “что будет”, работающий с интегрированной корпусной структурой и базой данных оборудования, был изменен.
Основная проблема 1-ого частичного промышленного внедрения состояла в том, что генерация чертежей не обладала достаточной функциональностью и была неустойчивой, например, некоторые чертежи модифицировались вручную. По-прежнему сказывалась недостаточная подготовленность пользователей.
Для 2-ого частичного промышленного внедрения из модели были извлечены списки материалов, а затем проверены с помощью самостоятельно разработанной программы, осуществляющей интерфейс старой информационной системы.
2-ое частичное промышленное внедрение было выполнено для нового судна с применением Intelliship, использованного для рабочего проектирования, для генерации чертежей утверждения, для проверки на взаимопересечения, для определения иерархии сборки, для создания рабочих чертежей по пяти специализациям (корпусные конструкции, машинное отделение, трубопроводы, оборудование и электрика) для всех зон машинного отделения. Также с помощью интерфейсной программы собственной разработки все рабочие данные были переданы в старую информационную систему. (См. рисунок 5).
Встретившиеся проблемы были запротоколированы с целью их исправления, и разработчик программного обеспечения добавил эти замечания в перечень разработки. Компания SHI особенно требовала, чтобы первыми были устранены проблемы, возникшие при генерации чертежей.
После того, как были закончены два экспериментальных проекта и два частичных промышленных внедрения, полное промышленное внедрение было выполнено на проекте 145 КБ LNGC со старой информационной системой с применением IntelliShip, который стал новой системой автоматизированного проектирования компании SHI в октябре 2004. (См. рисунок 6).
Было выполнено моделирование по всем специализациям (корпус, двигатели, трубопроводы, оборудование, электрика, размещение), сгенерированы рабочие чертежи и списки материалов, которые были переданы в старую информационную систему компании SHI.
Наконец, были созданы основы для использования новой системы автоматизированного проектирования.
Вот ключевые факторы, ведущие к успешному полному промышленному внедрению:
Компания SHI проанализировала, какую пользу процессу судостроения принесла технология новой системы автоматизированного проектирования, как наши пользователи используют ее, и в чем кроются проблемы.
Обычно в судостроении процессы проектирования, заказа материалов, приобретения комплектующих и планирования должны происходить одновременно. Поэтому именно в проектировании судов очень важна параллельная разработка. Поскольку корпус, двигатели, трубопровод, структура оборудования, электрика и чертежи расположения разрабатываются одновременно, им необходимо соотноситься друг с другом.
Применение интегрированной базы данных и параллельной разработки может сэкономить много времени, так как многочисленные проектировщики разных специализаций могут легко узнать, какие данные изменились в их окружении. В предшествующей информационной системе сделать это было намного труднее, и оповещение об изменении модели всех связанных с ним проектировщиков занимало намного больше времени.
Рисунок 7 иллюстрирует различия между последовательным разделением информации, использующим старую информационную систему, и совместным разделением данных при использовании IntelliShip.
В прежней информационной системе, мы доставляли информацию через модель или чертежи группам по каждой специализации. Это придавало огромное значение времени завершения работы. Однако, для увеличения эффективности параллельной разработки, нам может потребоваться управлять временем начала работ.
В то время как параллельная разработка является одним из самых важных способов сокращения этапа проектирования, ее следует внедрять только после подробного анализа процессов компании. Мы не смогли полностью внедрить функциональные возможности параллельного проектирования полностью до 2005 года, поскольку процесс “что будет” компании SHI не был продублирован функциональными возможностями, существующими в IntelliShip.
Интегрированная общая база данных означает, что все подсистемы работают с одной и той же базой данных, устраняя, таким образом, какое-либо дублирование данных. Некоторые объекты в этой базе данных можно считать принадлежащими конкретной системе, и некоторые объекты могут быть общими. Общие объекты могут состоять из общих наборов атрибутов, которые известны всем приложениям. Специализированные наборы атрибута могут обрабатываться только приложением-владельцем.
Интегрированная общая база данных объединяет все приложения, использующие данные для проектирования судна, такие как, корпусные конструкции, двигатели, прокладка трубопроводов, теплоснабжения, вентиляции и электрических кабелей. Наиболее современные решения для судостроения являются сочетанием изолированных программ, которые могут совместно использовать данные на уровне просмотра, но не слишком хорошо поддерживают параллельные процессы работ. В большинстве случаев один пользователь управляет данными, и для того, чтобы позволить ему оставаться совместимым с другими частями проекта, приходится использовать сложный процесс. Существующие решения не используют базы данных, а основываются на наборе файлов. (См. рисунок 8).
Технология Intelliship использует интегрированную общую базу данных. В Intelliship корпус и двигатели, трубы и опоры труб, опоры труб и корпус, все данные хранятся в одной и той же базе данных. Это означает, что данные, смоделированные любым приложением, будут храниться в одной и той же базе данных, и их можно будет показать во многих видах для разных систем, сборок, помещений или конструкторских форматов. Можно запросить все данные для любого типа информации, которая необходима конструктору и руководителю. С файловой системой было бы невозможно удовлетворить столько типов пользовательских запросов, сколько их было сделано во время внедрения Intelliship.
Модель изделия состоит из набора объектов, которые имеют атрибуты, состоящие как из геометрических, так и негеометрических данных. Стандартные запросы к базе данных могут относиться к любому атрибуту любого объекта. Отношения между объектами в модели изделия моделируются явно. Кроме того, данные моделируются, извлекаются, обрабатываются и хранятся непротиворечивым способом для всех приложений.
Отношения объектов ясно определены в модели изделия, и можно моделировать, извлекать, обрабатывать и сохранять данные в модели изделия почти из всех приложений без конфликтов. В то время как данные модели изделия могут быть физически разделены, база данных модели изделия оказывается единым монолитным хранилищем информации для всех пользователей этих данных, включая конструкторов, руководителей и системных интеграторов.
Когда мы внедрили промышленный проект с применением IntelliShip и обнаружили, что можем извлечь рабочие данные любого, необходимого нам типа, пришло понимание, что благодаря этой возможности можно сэкономить много человеко-часов.
В IntelliShip перейти из приложения, конструирующего корпус, в приложение для прокладки трубопроводов можно простым нажатием кнопки "Piping" в меню задач. Например, для выбора ключевых точек пользователь просто должен следовать инструкциям интеллектуальных графических экранов. В сложной команде можно легко следовать инструкциям интеллектуальных мастеров.
Предыдущее поколение системного программного обеспечения компании SHI было трудно использовать, поскольку это программное обеспечение было разработано прежде, чем появились стандартные пользовательские интерфейсы Windows. В то далекое время приоритет отдавался разработке функций, вместо того, чтобы облегчить использование программного обеспечения.
Intelliship, работающий в среде MS Windows, очень прост в использовании по сравнению с другими программными средствами судостроения. Поэтому, потратив не более одной двух недель на обучение, наши конструкторы могут проектировать судно, используя IntelliShip. Все конструкторы, получившие опыт работы в системе IntelliShip, предпочитают ее предшествующей CAD-системе.
Автоматизация проектирования может сократить не только время проектирования, но и проектные ошибки.
IntelliShip использует универсальную службу для просмотра проекта и оповещения пользователей о проектных ошибках. Это поддерживается с помощью клиентского компонента, который немедленно уведомляет пользователя (подобно тому, как это делает проверка правописания в MS Word), и компонента, расположенного на сервере, который делает формальную проверку и отсылает записи в базу данных выпусков, к которым нужно обратиться. Этим способом, например, осуществляется непрерывная проверка на взаимопересечения, и необходимость в специальном процессе для синхронизации проектирования, запуске проверки на взаимопересечения и последующей обработке результатов отпадает. Вместо этого, взаимопересечения выявляются в фоновом режиме, и поэтому конфликтные ситуации разрешаются в процессе проектирования значительно раньше.
Рисунок 9 иллюстрирует различия между тем, как в компании SHI использовалась старая информационная система, и как используются правила и каталоги системы Intelliship. Видно, как легко конструкторам A и B пользоваться стандартными правилами и каталогами IntelliShip.
Существующее программное обеспечение для судостроения было разработано до появления объектных и компонентных технологий программирования. Это обычно ограничивает программное обеспечение в части сложности и отношений между элементами, что в свою очередь мешает и/или удорожает сопровождение конкретных функциональных возможностей. Обычное решение каждой такой проблемы выливается в увеличение времени работы.
Если подобная связанность и отношения не заложены в архитектуру ядра системы автоматизированного проектирования, то бывает очень трудно найти конструкторские ошибки и встроить автоматическое проектирование в систему.
Если мы определяем процесс, который сможет хорошо использовать отношения, то многие конструкторские ошибки будут выявлены автоматически, и мы сможем сократить переделки, поскольку изменения модели отражаются на чертежах, благодаря отношениям модели и чертежа.
IntelliShip использует коммерческую базу данных (SQL MS, Oracle), поэтому с помощью MS Visual Basic можно легко разработать собственную программу. Мы можем легко извлечь любую информацию, находящуюся в базе данных изделия. Поэтому мы смогли разработать свои внутренние программы для автоматической генерации рабочих чертежей, а также интерфейсную программу со старой информационной системой.
При моделировании очень важна визуальная проверка, особенно в очень насыщенных отсеках таких, как машинное отделение, где часто происходят взаимопересечения. Поэтому большинство систем автоматизированного проектирования обеспечивает в той или иной степени проверку на взаимопересечения.
Даже при наличии проверки на взаимопересечения, если система автоматизированного проектирования не поддерживает связывающие отношения, единую базу данных и параллельную разработку, становится чрезвычайно трудно проверить все смоделированные объекты в реальном времени и получить необходимую информацию о взаимопересечениях. Усовершенствованный твердотельный моделировщик системы IntelliShip позволяет конструкторам легко моделировать без создания взаимопересечений. Возможно организовать обсуждение в процессе проектирования между владельцем судна, регистрационным обществом и заводом без привлечения других средств визуализации.
IntelliShip содержит новые функции для глобального сотрудничества или возможностей на основе интернета, которые было бы трудно или невозможно реализовать для старых систем автоматизированного проектирования. Теперь возможно сделать разработку глобальной, путем распределения работ и изменения базы данных модели в реальном времени из любой точки мира. SHI сумел распределить для одновременного использования базу данных модели с подрядчиком из другого города.
При использовании прежней системы автоматизированного проектирования существовали пределы того, насколько SHI сможет сократить у себя период проектирования и улучшить производительность. Однако, архитектурные технологии IntelliShip такие, как параллельная разработка, интегрированная база данных, модель изделия, управление с помощью правил и каталогов, отношения, открытая архитектура, усовершенствованный твердотельный моделировщик и глобальное распределение работ, являются ключевыми факторами обновления процессов проектирования в судостроении. Как только будут улучшены возможности пользователей, производительность системы, надлежащая настройка и внутреннее программирование, SHI станет компанией, использующей самую мощную в мире систему автоматизированное проектирование для судостроения.
"Судостроение" 5, 2006 г.
вернуться к
списку