Потрясающими темпами развивалось проектирования судов в последние десять лет, Новые технологии внедряются сейчас быстрее, чем когда бы то ни было в мировой судостроительной индустрии. И главная технологическая особенность создания корабля (судна) – это широкое внедрение цифровых методов создания проекта, хранения и передачи структурированной цифровой информации на всех этапах жизненного цикла корабля.
Тенденция ясна, новые продукты завоевывают рынок и симпатии проектировщиков и конструкторов, в ближайшее время могут быть разработаны абсолютно новые типы судов, основанные на новых приёмах, системах и способах проектирования.
При формировании точной стратегии необходимо искать баланс между очевидной выгодой от внедрения новых технологий и затратами, которые неизбежны на протяжении всего жизненного цикла. В этом может помочь технико-экономический подход к проектированию. Попытка описать сущность IT инновационных приёмов в проектировании судов, доступных на сегодняшний день и означающих качественный скачок в проектировании судов и управлении проектом в начале 21 века, и является задачей данной статьи (данного выступления).
В настоящее время при проектировании судна выпускается большое количество различных типов документов, но в основном без какого-либо моделирования основных функций судна, например, перевозки груза, распределения пассажиропотока, процесса технического обслуживания, моделирования безопасности условий плавания и т.п.
С каждым новым этапом строительства судна в процесс внедряются новые группы людей, поэтому возникает проблема координации их работы. Даже на стадии проектирования задействовано несколько групп, которые работают с одним и тем же судном. Требуется эффективная координация и распределение задач по проектированию и строительству.
На этапе строительства после разработки РКД начинается планирование работ и подготовка производства, включающая не только работу собственно верфи, но также деятельность многочисленных подрядчиков, субподрядчиков и поставщиков.
Не существует общих для всех инструментов и методов, которые могли бы быть использованы в течение различных стадий проектирования и конструкторско-технологической подготовки производства. Даже внутри одного этапа множество различных систем разрабатываются без какой-либо связи и координации между собой. Возникает множество проблем, требующих времени на их устранение, материально-технических вложений, что приводит к необоснованным экономическим потерям.
Существует ограниченное количество основных компьютерных систем, применяемых на верфях и внутри проектных КБ судостроительной отрасли. Как бы то ни было, обычно каждая низ предназначена для конкретной цели, и интеграцию между ними весьма слабая. Различные программные продукты используются при проектировании отдельных систем и в разных компаниях. Отсутствует единая модель продукта. Координация разрозненных усилий занимает много времени и часто бывает малоэффективной, а в большинстве случаев, реальное продуктивное взаимодействие рождается только на этапе строительства. Ошибки, заложенные на ранних стадиях проектирования, исправляются ценой весьма затратных решений.
Существует ли выход из создавшегося положения? Попытка ответа дается в следующем подразделе.
Первый и, наверное, главный инструмент для этого – это 3D моделирование судна (создание «электронной модели изделия» (в нашем случае «изделие» - это корабль или гражданское судно) – см. раздел 3, ГОСТ 2.052-2006).
Трехмерные компьютерные модели выполняются в основном все еще для выпуска рабочих чертежей. Большая часть моделей, а также техника моделирования являются специфическими для проектирования конструкций корпуса и проектирования систем (3D прокладка труб, вентиляционных воздуховодов и магистральных кабелей).
Модели судов с полным насыщением еще достаточно редки. К большому сожалению техника компьютерного 3-D моделирования практически не используется на стадии этапа проектирования корабля. Хотя совершенно очевидно, что компьютерное 3-D моделирование должно использоваться в соответствии с реальной технологией проектирования, начиная еще с фазы аванпроекта (эскизного проекта), а лучше еще до подписания контракта на проектирование и постройку. Та же самая модель затем должна быть расширена до масштаба реального корабля при выпуске техпроекта (класспроекта), использоваться в процессе выпуска рабочей конструкторской документации, а затем на заводе-строителе на всех этапах от конструкторско-технологической проработки производства до непосредственно строительства.
Возможности повышения эффективности процессов строительства новых судов изыскиваются не только верфями, но также судоходными компаниями и поставщиками, желающими приспособить для своей работы более современные технологии, процессы и инструменты.
Все участники судостроительной отрасли сосредоточены на поиске внутренних резервов и снижении издержек.
Широкое использование консультантов, субподрядчиков и поставщиков – обычное дело в судостроении (чаще пока конечно в зарубежном судостроении), но это не простой путь. Для заказчика (строителя, судовладельца) определение облика судна на ранней стадии становится очень важной фактором. Типовых документов контракта может быть достаточно для верфи, но когда основные системы и помещения судна отданы «на откуп» подрядчикам, полное и адекватное формирования облика судна на самой ранней стадии становится жизненно необходимым, почти критическим. На более поздней стадии координация между группами должна быть мягкой и затрагивать в основном вопросы соблюдения графика строительства.
Чтобы использовать единую модель судна в процессе разработки от первоначальной идеи до ввода в эксплуатацию, эта модель должна содержать всю необходимцю информацию. Фактор времени в общем процессе также играет свою роль, и оно должно быть учтено и включено одним из элементов в создаваемую модель. Таким образом, получаем концепцию 4D – модели продукта (концепцию автор статьи позаимствовал у финской компании DeltaMarin.
Идею введения 4D – модели надо реализовывать на как можно более ранней стадии, чтобы управление всеми задачами на этапах проектирования, строительства, эксплуатации, ремонта и утилизации сводилось к предсказуемым и понятным для всех участников действиям.
Сегодня мы должны говорить о виртуальных моделях судов (кораблей) в четырехмерном пространстве, где четвертым измерением является время жизненного цикла сложнейшего изделия – боевого корабля или гражданского судна.
Первые 3D модели элементов судов на нашем предприятии были подготовлены отделом главного конструктора в 1995 году, при конструкторско-технологической подготовке производства проекта 50010 - морозильный траулер (проект ЦКБ «Шхуна») – см. рис. 1, рис.2.
Цифровое производство для предприятия началось с применения машин тепловой резки (МТР) «Кристалл» с ЧПУ (в 1978 году), которая требовала от инженеров предприятия преобразовать бумажные чертежи, получаемые от КБ (на то время предприятие получало чертежи только в бумажном виде) в электронные образы деталей – в форме плоских замкнутых полилиний, формата .dxf . Кроме того, от инженеров требовались данные по изготовлению каркасов и шаблонов для контроля за гибкой судовых листов. Вот тут то и понадобилась трёхмерная модель.
Долгое время (с 1994 по 2002 год) на предприятии основным средством проектирования и при конструкторско-технологической подготовке производства были программные средства AutoCAD и AMD (Autodesk, Inc), и только с 2003 года «в бой вступила» САПР CATIA (разработчки Dassault Systemes, S.A.). Примеры моделирования судов в САПР CATIA приведены на рис. 3,4.
В силу объективных причин задачи проектирования и изготовления изделий судостроения не могут быть решены средствами какой-либо отдельно взятой САПР. Поэтому вопрос взаимодействия специализированных систем разного уровня, на наш взгляд, актуален (см. перечень).
Несмотря на огромные возможности САПР CATIA, в 2004 году, готовясь запустить в производство стометровое судно (проект 20180 ЦКБ «Алмаз»), наше предприятие приобрело и освоило Программный Комплекс ShipModel (ПК SM) (разработчик CSoft – Бюро ESG). Основное назначение ПК SM моделировать и обрабатывать конструкции судов. Под обработкой в данном случае понимается формирование данных (чертежей, технологических документов и т.п.), необходимых для изготовления изделия. ПК SM дает возможность пользователю оперативно формировать теоретическую 3D-модель методами, традиционно применяемыми в судостроении (с использованием судостроительных терминов и понятий). Особенно эффективно проектирование моделей: выступающих частей, обтекателей, якорных клюзов, литых кронштейнов и других корпусных конструкций и изделий машиностроительной части. Интерфейсные возможности ПК SM обеспечивают возможность передачи моделей, разработанных средствами других систем (например, CATIA), и их преобразование в нужный для последующего конструирования вид. Разработка конструкторской документации в этом случае производится уже на основе структурированных теоретических 3D-моделей, что положительно влияет на качество конструкторской проработки.
На сегодняшний день ПК SM, без какой-либо адаптации, в проектно-конструкторских подразделениях, занимающихся проектированием/изготовлением корпуса, решает следующие задачи:
Решение перечисленных задач значительно упрощает процедуру передачи 3D-моделей и проектно-конструкторской документации заказчику. Решение этих задач базовыми средствами САПР CATIA затрудненно из-за:
Таким образом, применение программных средств ПК SM совместно с CATIA в данном случае вполне оправдано.
К слову сказать, продукты Autodesk исправно служат предприятию в виде AutoCAD и Autodesk Inventor 2009 и по сей день, пример моделей см. на рис.5,6.
На предприятии (как и в большинстве верфей и КБ России) трехмерные модели используются пока только для выпуска рабочих чертежей. Большая часть моделей строится на этапе проектирования конструкций корпуса и частично при проектировании систем (3D прокладка труб, вентиляционных воздуховодов). Хотя специалисты предприятия и понимают, что основной задачей (по крайней мене на начальном этапе) модели, является визуализация дизайна интерьера судна и общественных помещений. Это позволит любому участнику совещаний по проекту понять особые специфические элементы, например, расположение оборудования в машинном отделении, каналы вентиляции и т.п. Отличный опыт получили мы, наблюдая, как легко и быстро могут быть подготовлены и использованы для сравнения в ходе презентации альтернативные варианты, что чрезвычайно важно при общении с заказчиком (или с будущим судовладельцем). Пример первой попытки использования САПР для моделирования динамических процессов на предприятии – это динамическое моделирование подъёма якоря на морском транспортном судне - см. рис. 7.
Некоторые выводы можно сделать уже сегодня, исходя из вышеназванных проектов. Количество требуемых человеко-часов для подготовки виртуальной модели не больше, чем для подготовки типовых чертежей общего расположения. При необходимости чертежи могут быть получены прямо с 3D модели.
Визуальное представление любой новой конструкции корабля, помещения или расположения оборудования проще и эффективнее, чем при использовании чертежей, рендеринга или даже мультипликационных моделей.
Судно может быть спроецировано на экран в большом масштабе, что упрощает презентации и совещания с заказчиком, руководством верфи, строителями, консультантами, субподрядчиками и пр. Возможен облет и обход виртуального судна (Например: с использованием стандартных модулей CATIA) с предопределенными маршрутом и помещениями или как требует ход обсуждения на совещании. Различные варианты могут быть отображены в одно и то же время, и облет и обход могут быть произведены для обоих вариантов.
Изменения могут производиться прямо во время совещания, например, изменения цветов, освещения, мебели, так же как расположения конструкций, оборудования и пр. Сложные варианты могут быть переделаны «за ночь», но не более чем за рабочий день. Решение становится более простым и надежным, если имеется возможность немедленной визуализация изменений и вариантов реализации предлагаемых идей.
Функциональность помещений также может быть проверена при помощи моделирования в виртуальной модели с использованием эффективных решений моделирования. Это может быть проверка работы накатной палубы, исследование пассажиропотока, или любой вид грузовых операций, моделирование спасательных операций, управление погрузкой-разгрузкой багажа, управление процессами на камбузе, операции по обслуживанию пассажиров и пр.
Модель также может быть связана с программой для виртуального моделирования навигации, с моделью любой необходимой гавани вместе с математическим описанием характеристик маневрирования судна.
Все это может быть и должно быть, на мой взгляд, сделано ещё до подписания контракта на постройку. Это позволит избежать большого количества непониманий и ошибок на возможно ранней стадии. Поскольку чем выше стадия проектирования (постройки), тем дороже цена ошибки.
Та же самая модель корабля может использоваться для вычисления необходимых параметров проекта, например, площадей, объемов, масс, центра тяжести, материалов и, конечно, цены. Модели легко могут быть переданы по запросам подрядчиков и поставщиков, что также положительно скажется на их работе и минимизирует издержки, связанных с подготовкой к подписанию контракта, также как и на этапе строительства судна.
Подробная, хорошо определенная модель корабля в виртуальной реальности в качестве контрактного документа для постройки, позволяет немедленно, после подписания контракта на постройку, начать:
Та же самая модель может быть использована для проектирования и в качестве основы для архитектурного дизайна, спецификации по запросу (или ее части), а также в качестве модели технологии постройки на верфи. Это уменьшает риск корректировок документации и снижает трудоемкость, экономит материальных ресурсы и время реализации проекта.
Класспроект (техпроект) корабля может быть завершен в той же модели с установлением прямой связи с требованиями классификационного общества по конструкции корпуса корабля. Схемы систем будут подготовлены в модели, включая и характеристики системы, и необходимое резервирование места для воздуховодов, трубопроводов и кабельных трасс. Когда модель насыщена трубами систем корабля, воздуховодами системы вентиляции, кабельными трассами, основным оборудованием, она является основой для строительства корабля, планирования производства составных (сборочных) судовых изделий и выпуска рабочей конструкторской документации.
Созданные виртуальные модели судов могут быть использованы в качестве основы для моделирования различных технологических процессов, таких как процессы погрузки-разгрузки, спасательные операции, и многие другие типы моделирования, необходимые при проектировании и строительстве различных типов судов и кораблей.
Первоначально желательно смоделировать верфь и технологию блочной сборки, далее, стадию постройки судна в сухом доке и этап достройки и.д. При этом можно проверить критические этапы, площади, материалопотоки и пр., см. например рис. 9 (выполненный средствами Delmiа DS).
Очень важно моделирование спасательных операций, требуемых IMO как минимум для процесса эвакуации пассажиров. В настоящее время стандартных инструментов для этого не существует. Однако созданная виртуальная модель судна делает возможным моделирование вероятностного процесса эвакуации пассажиров и связанные с этим процессом возможные проблемы.
Программа моделирования может виртуально расположить каждого отдельного пассажира случайным образом в выбранной области судна, например, моделирование дневного и ночного времени. Когда все пассажиры распределены по местам, и звучит сигнал тревоги, пассажиры начинают движение к пункту сбора. Пассажиры могут обгонять друг друга, если обладают различными скоростями, в заполненных толпой узких путях эвакуации скорость будет снижаться. Моделирование может быть повторено для различного распределения скоростей, например, для поиска самых критических случаев.
Динамическое моделирование позволяет определить время, необходимое пассажирам для прибытия в пункты сбора. Удаленные пункты сбора могут быть назначены для каждого пассажира при моделировании смешанного потока, могут быть проанализированы ситуации паники, также можно заставить некоторых виртуальных пассажиров остановиться или идти против основного потока.
При анализе модели требуемое для эвакуации время вычисляется, а возможные «узкие места» показываются. Таким образом, разрабатывается эффективный инструмент для проверки проекта на ранней стадии, а также на заключительных стадиях инженерной разработки.
Полная виртуальная 4D модель продукта, включающая конструкции, трубопроводы, воздуховоды, кабельные трассы и основные компоненты, внутри стадии основного проектирования разделяется на секции, блоки и перекрытия корпуса. Доступна виртуальная модель верфи со всеми производственными линиями, кранами, достроечными зонами и пр. Процесс постройки легко моделируется. Вариации могут быть показаны в прозрачном режиме. Все задействованные в общем проекте группы могут быстро понять процесс в целом и их собственный вклад в него. Достройки блоков, необходимое пространство для достройки, использование модульных конструкций и поставка «под ключ» (имеется ввиду передача субподрядчику часть судна под 100% изготовление) может легко быть продемонстрирована.
Выигрыш для поставщика «под ключ» явен, он получает адекватные технические данные и наглядное описание процесса сборки даже до подписания контракта, что обеспечивает правильное планирование и детальное проектирование.
Нормальное планирование, расписание и инструменты исполнения связаны с виртуальной 4D моделью корабля, и обновление расписания идет вместе с моделью.
Систематическое приближение к проекту постройки нового судна возможно для техники виртуального моделирования при первом использовании.
Современный качественный скачок в информационном потоке сравним с тем, что произошло в отрасли при переходе от черчения вручную к выполнению чертежей в CAD-приложения, а затем в 3D CAD-приложениях примерно 15-20 лет назад.
На примере западной практики, известно, что сегодня день процесс проектирования пассажирского круизного судна занимает порядка 100.000 человеко-часов. В денежном эквиваленте это составляет порядка 5-10 миллионов долларов. Эффект использования виртуальной модели продукта, начиная с первой стадии проектирования, приносит большую выгоду. Он обладает значительным потенциалом, учитывая, что процесс проектирования составляет порядка 10% полной стоимости постройки, и эффект сокращения расходов проходит через весь процесс постройки, а не только через стадию проектирования.
При использовании технологии 4D моделирования корабля, общая экономия времени при постройки судна может составлять от двух до шести месяцев в зависимости от типа судна, верфи, заказчика и технологии постройки.
Для успешного завершения проекта необходимо правильное управление, учитывающее затраты и график постройки на основе соглашений и технических спецификаций.
Управление проектом играть чрезвычайно важную роль. Недостаточно просто знать, где и почему были совершены ошибки, необходимо прогнозировать риски и проблемы, чтобы зарезервировать ресурсы для их устранения.
Управление проектом в части типовой инженерной разработки и проектов рассматривается в этом подразделе.
На Рис.10 представлен пример организации проекта с ключевыми лицами и основными обязанностями. Такая организация называется «организация на основе проекта», а не «линейная».
Начальной точкой для любой задачи управления проектом является определение необходимого количества времени для управления, зарезервированного на успешную работу с полным проектом.
Управление включает в себя работу управляющего проектом, его помощников, секретаря, а также, конечно, проведение совещаний, необходимых для каждой дисциплины или задачи.
Это большая часть полной работы по управлению, и не следует о ней забывать, если хотите сократить расходы в дальнейшем. В зависимости от объема работ, а также типа и размера судна, количество времени на управление достаточно сильно различается.
В Таблице 1 представлены некоторые типичные примеры количества времени (чел*час) на управление в процентах от полного времени, необходимого на инженерную разработку.
Приведенные значения являются средними и типичными показателями, они могут различаться в зависимости от сложности проекта и изменений, вносимых в процессе проектирования.
Основой для хорошего управления проектом, также как и для всей компании, является система обеспечения качества, построенная на основе непрерывного процесса развития. Она образует прочное основание, на котором легко можно создавать процедуры и положения для управления проектом. Управление проектом на базе управления качеством начинается с высшего руководства компании, которое принимает на себя конкретные обязательства и тем самым демонстрирует, что забота о качестве является реальным инструментом управления.
Обзор проекта и определение стоимости проекта – первоначальная задача для группы проектирования. Основные характеристики проекта определены, включая основную информацию о судне, объем работ и основные пункты контракта. Все связанные документы перечислены и с них сделаны копии, по необходимости.
Управляющий проектом отвечает за контролирующее лицо проекта или за группу управления компании. Управляющий проектом с его проектной группой заботятся о выполнении проекта. Следующими ключевыми лицами являются управляющие производствами и секретарь проекта.
На схеме организации также должны быть показаны лица, контактирующие с заказчиком, а также другие важные партнеры, наряду с уровнями контакта.
Генеральный график выполнения проекта представляется обычно в виде диаграммы с информацией о полном времени проекта, начальной и конечной датах, времени для каждой дисциплины (производства) и каждого документа или группы документов, а так же ответственный исполнитель для каждого документа, даты основных событий (вехи), даты поставок, ответов и запланированных собраний.
Разработка проекта включает тысячи производимых документов, требующих огромное количество данных для поиска и другой информации по управлению. Для управления таким объемом информации необходима соответствующая система хранения данных. Некоторые документы существуют только в электронном виде, другие – в виде бумажных копий. Корреспонденция, служебные записки и прочие документ также нуждаются в хранении.
Всё это вынуждает предприятие внедрять систему электронного технического документооборота.
Рекомендуется ранней стадии определять возможные риски и потенциальные проблемы, которые могут возникнуть при разработке нового проекта, такие, как новые правила и их интерпретация, пропущенные или задержанные данные, длительное время обратной связи, нехватка необходимой вместимости, новые технические решения и конфигурации, оборудование – прототипы и пр.
Возможные действия по устранению проблем должны быть продуманы заранее.
Регулярный учет лучше организовывать на базе недельной или квартальной отчетности для отслеживания прогресса работы (в %), использованного времени на проектирование, прохождения «вех», отдельных открытых вопросов, а также возможных проблем и изменений.
По результатам формируется отчет, обычно раз в месяц или раз в квартал, но не реже.
Обновления следует проводить по мере необходимости. Не стоит корректировать немедленно все небольшие ошибки, которые не являются значащими для выполнения работы, особенно если не был получен ответ контролирующих органов (Инспекции Регистра). 1-3 обновления лучше, чем 7-8.
Каждое изменение сообщается заказку, включая как минимум: причину изменения, воздействие на генеральный график строительства, стоимость, массу, остойчивость и другие специфические требования.
Изменения должны управляться централизовано управляющим проекта, а не распределяться между отдельными конструкторами и инспекторами.
Изменения в проект не должны вноситься без предварительного согласования.
Объём проверки для управляющего проектом, включая необходимые задачи управления, представлен на Рис. 12.
Управляющий проектом должен знать теорию и инструменты управления, а также должен уметь их использовать. И даже этого недостаточно, хороший управляющий проектом должен быть лидером для своей команды. Он должен работать на два направления – с заказчиком и со своей командой. Легко заставить людей работать по 8 часов в день, но сделать так, чтобы они выполнили все требования заказчика в полном объеме с наивысшим качеством – сложная задача для высшего руководства.
Спрашивается, а где же цифровое материальное производство?
Ответ на данный вопрос приведём ниже, перечислив неполный перечень работ верфи с использованием данных электронной модели изделия (разумеется, на верфи должны быть станки с ЧПУ, в которые можно передавать цифровые данные):
Таким образом, виртуальная цифровая модель, управление временными факторами (технология управлением проектом) и материальное цифровое производство процесса создания корабля – это будущее судостроительной отрасли.
Автор выражает благодарность специалистам компаний-поставщиков программных продуктов Autodesk Inventor (CSoft – Бюро ESG), ShipModel (CSoft – Бюро ESG), CATIA (ГЕТНЕТ Консалтинг) за квалифицированную техническую поддержку и сопровождение.
| Теги: | Autodesk, Autodesk Inventor, Судостроение, AutoCAD, |
вернуться к
списку