11 - 2009

Применение информационных технологий в технической подготовке производства судов

Илья Лапшин, Евгений Ковшов

Корпус судна представляет собой удлиненное тело, ограниченное днищем, бортами и палубой. Обычно эти поверхности имеют сложную кривизну и их невозможно совместить с плоскостью. Для получения общего представления о характере обводов корпуса его изображают на чертеже при помощи трех секущих основных взаимно перпендикулярных плоскостей и ряда плоскостей, параллельных основным и находящихся на определенном расстоянии друг от друга.  В соответствии с ГОСТ 2.419­68 основными координатными плоскостями являются: диаметральная плоскость, плоскость мидель­шпангоута и основная плоскость.

В настоящее время проектирование теоретического чертежа корпуса судна в проектных организациях выполняется вручную, по заданным параметрам. Параметры обычно задаются в техническом задании на проектирование, а именно:

  • тип судна — пассажирское;
  • класс судна по Российскому речному регистру —  «О», «Р», «Л», «М»;
  • длина судна расчетная — L, м;
  • ширина судна расчетная — B, м;
  • высота борта — H, м;
  • осадка — T, м;
  • скорость хода — v, км/ч.

Еще для проектирования теоретического чертежа понадобятся коэффициенты полноты, а именно:

  • коэффициент полноты водоизмещения — d;
  • коэффициент полноты мидель­шпангоута — b;
  • коэффициент полноты ватерлинии — a.

Далее делается чертеж корпуса судна с точностью 5% на кульманах или на компьютере. После выпуска готового проекта нового судна или проекта изменения корпуса судна и согласования его в Российском речном регистре проект попадает на судостроительный завод, где работники будут переносить теоретический чертеж на плаз для изготовления шаблонов для постройки корпуса судна. Обычно это делается при помощи таблицы ординат, которая тоже заполняется вручную.

Программное обеспечение сократит время разработки теоретического чертежа корпуса судна, избавит от постоянных погрешностей (человеческий фактор) как при начертании чертежа, так и при заполнении таблицы ординат, поскольку данные для нее снимаются с теоретического чертежа. Также в настоящее время становится все более популярным и удобным 3D­проектирование, то есть создание 3D­модели с плоского чертежа. Разрабатываемая программа, помимо начертания теоретического чертежа корпуса судна и выполнения предварительных расчетов для оценки полученного корпуса судна, будет строить 3D­модель корпуса и заполнять таблицу ординат с чертежа. Результатами применения системы проектирования станут:

  • сокращение сроков проектирования судна;
  • повышение конкурентоспособности и экономической эффективности и увеличение прибыли проектных организаций (в частности, занимающихся проектами «новостроя») на основе разработки и внедрения программного обеспечения как на уровне проектирования, так и строительства судов;
  • трехмерная модель судовых конструкций.

В системе используются современные методы синтеза геометрических моделей в трехмерном представлении с возможностью перехода на двумерное, геометрическое изображение ориентируется на трехмерное представление кривых и поверхностей с заданными требованиями по плавности и гладкости, что позволяет спроектировать модель с заданными дифференциальными и интегральными характеристиками. В настоящее время для представления сложных поверхностей произвольной формы, к классу которых относится модель поверхности корпуса судна, и твердотельного моделирования на основе широкого набора объемных примитивов используется общая теория построения геометрических моделей на основе применения неоднородных изопараметрических рациональных В­сплайнов (NURBS­технология представления комплексных геометрических моделей). Математический аппарат синтеза геометрических моделей содержит теоретико­множественные операции над множествами и геометрические преобразования типа перенос, поворот, изменение масштаба, преобразования симметрии и преобразования сдвига, позволяющие получить агрегатированные геометрические модели (корпусных конструкций, совмещенных моделей оборудования и трубопроводов в корпусе судна, моделей оборудования судовых помещений и др.).

При трехмерном моделировании судовых конструкций решается комплекс задач по заданию судовых поверхностей и формированию конструктивно­технологической базы данных корпусных конструкций. К числу основных выполняемых на этом этапе задач относятся:

  • проектирование теоретической модели корпуса по основным размерам судна;
  • расчет и выпуск всей необходимой документации по теоретическому чертежу;
  • расчет практических шпангоутов, ватерлиний и батоксов;
  • формирование конструктивной трехмерной модели судовых конструкций;
  • формирование отверстий и вырезов всех видов.

Теоретические обводы корпуса также могут быть сформированы в системе с помощью аппарата В­сплайнов или импортированы из системы генерации обводов корпуса, разработанной другой организацией.

Модель корпуса содержит общие данные по проекту, таблицы шпаций, структурированные геометрические двух­ и трехмерные элементы корпуса, которые образуют разделы и подразделы модели. Логическое деление модели на разделы и подразделы выполняется по конструктивному, технологическому, топологическому и другим признакам.

При создании трехмерной модели судовых конструкций выполняется одновременное выделение листовых и профильных корпусных деталей и формируется база данных деталей. При этом определяются все технологические параметры детали. Выделение деталей из модели происходит интерактивно, полуавтоматически либо автоматически по процедурам, создаваемым на специальном проблемно­ориентированном языке. Формируемая трехмерная модель судна является основой для разработки и выпуска рабочих чертежей. С этой целью результаты работы программы передаются в систему T­FLEX CAD в форме точной геометрической модели.

По этой модели уже средствами T­FLEX строятся проекции, производится расстановка размеров и прочих графических обозначений. Кроме того, средствами T­FLEX Анализ может быть произведен расчет на прочность как всего корпуса, так и его произвольного фрагмента. Для решения этой задачи используются пластинчатые и объемные конечные элементы, а также их комбинации.

В случае неплоских поверхностей выполняется развертка деталей. В процессе развертки рассчитываются необходимые данные для изготовления гибочной оснастки и выполнения гибки. В ходе расчета контролируются величины продольных и поперечных гибочных деформаций. Если деформации превышают допустимые величины, то системой предлагаются приемлемые технологические решения (назначить припуск на гибку, расстыковать деталь и т.п.). При формировании развертки автоматически выполняется контроль на соответствие габаритов получаемого контура детали габаритам заказного материала.

Внедрение САПР позволяет разделить весь процесс проектирования судна, от замысла до постройки, на два этапа вместо традиционных четырех­пяти: системное и конструкторское проектирование (системное проектирование охватывает предэскизное, эскизное и часть технического проектирования; конструкторское — основную часть технического, рабочее проектирование, эксплуатационную, приемосдаточную и серийную документацию).

Практика использования САПР свидетельствует о целесообразности разделения этих двух крупных этапов проектирования путем создания, с одной стороны, пакета прикладных программ «Проектирование судна», а с другой — интегрированной автоматизированной системы конструкторского проектирования и технологической подготовки производства.

По окончании системного проектирования проект проходит всестороннее согласование и утверждение, после чего приступают ко второму этапу — конструкторскому проектированию и постройке судна. Такая организация проектирования позволяет почти вчетверо сократить его продолжительность.

Целью внедрения САПР является повышение качества и снижение сроков подготовки производства за счет организации единой системы сбора, хранения и обработки конструкторской и технологической информации, автоматизированного решения задач технологической подготовки производства, расчета потребностей в ТМЦ, планирования производства и снабжения.

Но стоит помнить, что никакая информационная система не будет панацеей от всех проблем предприятия. К сожалению, чаще всего в силу различных объективных и субъективных причин новые идеи по внедрению ИТ могут быть сведены на нет типичными ошибками, например:

  • решением отдельных, локальных задач подразделений и даже отдельных исполнителей
    (так называемой лоскутной автоматизацией);
  • попытками внедрить новые технологии в старые бизнес­процессы без коренной реорганизации последних;
  • самоустранением первых лиц предприятия от участия в процессе внедрения и, как следствие, размыванием целей и задач, преобладанием в конечном счете интересов одного или нескольких подразделений;
  • так называемым точечным финансированием в целях сиюминутной экономии.

В основном, за исключением флагманов отечественного судостроения, судостроительные предприятия не используют никаких корпоративных систем, считая полноценную автоматизацию делом очень дорогим и недостаточно оправданным, и ограничиваются в лучшем случае автоматизацией бухгалтерии, проектирования и коммерческой части документооборота. Затраты на внедрение «тяжелых» систем сопоставимы с затратами на промышленное оборудование, но если применение оборудования дает прямой экономический эффект, который проявляется сразу и обеспечивает собственно существование предприятия, то отдача от ERP/PLM­системы начинает проявляться не раньше чем через год и к тому же косвенным образом, между тем как временные затраты на ее внедрение сопоставимы со сроками развертывания нового производства. Однако в среде средних и мелких судостроителей созревает осознание настоятельной необходимости движения по пути комплексной автоматизации. И здесь у российских производителей ПО есть отличная возможность «подвинуть» мировых китов ERP/PLM­систем и завоевать ощутимую долю этого рынка.

Согласно оценкам экспертов проекта IPAD, внедрение САПР должно сократить: время проектирования по отдельным задачам — в 20 раз; процесс проектирования, охватывающий стадии технического предложения, эскизного и технического проекта, — в 3 раза; весь процесс проектирования, включая разработку рабочей документации, — в 2 раза.

САПР и графика 11`2009