Управление инженерными данными в судостроении с использованием платформы IPS

Александр Тучков
К.т.н., технический директор Бюро ESG
Игорь Фертман
Председатель Совета директоров компании InterCAD
Алексей Рындин
Заместитель директора InterCAD

Немного о терминологии

В области управления информацией об изделии «привычные» термины понимаются людьми и целыми организациями по­разному. Причины этого тоже разные: отсутствие стандартизации, отсутствие единых подходов, наличие «ноу­хау» и маркетинговой политики производителей и поставщиков решений.

Наиболее ярким примером является термин «PLM­система». На первый взгляд, понятно, что должна существовать некая информационная среда, обеспечивающая информационную поддержку ЖЦ изделия. Существует множество таких сред, реализованных, как правило, разработчиками CAD­систем…

Наш опыт показывает, что:

• основной функционал таких систем предназначен лишь для управления документами, моделями, инженерными данными в процессе конструкторской подготовки и ориентирован на «классическое» машиностроение и приборостроение;
• небольшая часть таких систем имеет модули технологической подготовки «классического» машиностроительного производства;
• отсутствует «специфический» для судостроения функционал, связанный с проектированием и подготовкой производства корпуса корабля/судна;
• с точки зрения информационной поддержки жизненного цикла изделия для машиностроения основной упор обычно делается на управлении изменениями и конфигурацией. То же самое и для судостроения. Управление изменениями — основной бизнес­процесс при строительстве судов, который является даже более сложным, чем в машиностроении, если учесть более высокую степень неопределенности конструкции на стадии проектирования (особенно актуально для кораблестроения);
• в судостроении (как, впрочем, и в обслуживании технологических установок) основной упор в информационной поддержке ЖЦ делается на сокращении времени ремонтов и технического обслуживания. Ни одно из существующих средств, заявленное как «PLM­система», например, не востребовано на стадии эксплуатации корабля/судна. В связи с этим более корректно говорить об управлении инженерными данными судостроительных КБ и заводов.

Уважая аудиторию, у которой термин «PLM­cистема» уже устоялся, в дальнейшем под фразой «программное средство — PLM­система» мы будем подразумевать систему управления инженерными данными для судостроениия.

Применимость современных программных средств — PLM­систем в судостроении

Современные программные средства — PLM­системы активно используются в судостроении. Особенности судостроительной отрасли:

• машиностроительная составляющая инженерной информации о корабле — далеко не вся информация, востребованная в процессе его жизненного цикла;
• большая часть конструкторской и технологической документации, электронных документов и моделей, а также инженерных данных связана непосредственно с корпусом, помещениями, системами и прочими составляющими корабля, описанными 36­м классификатором ЕСКД;
• машиностроительная и судостроительная информационные составляющие неразрывно связаны. PLM­система для судостроения должна отражать эти связи.

На рис. 1 приведена общая структура дата­центричного представления информации в PLM­системе на различных стадиях ЖЦ корабля. При этом:

• на разных стадиях интересны различные узлы иерархии­представления информации. На стадии ЖЦ строительства — строительные районы: секции и помещения в целом, а на стадии эксплуатации необходимо предоставление структуры корабля по отсекам, палубам, надстройкам и ярусам;
• существуют «общие» для информационных срезов на различных стадиях ЖЦ элементы, например системы, оборудование, помещения;
• PLM­система должна предоставлять тому или иному пользователю релевантный для него срез информации (выбираемой части из одной или нескольких иерархий).

К сожалению, в настоящее время ни одна PLM­система «как есть» полностью не соответствует потребностям судостроения. Машиностроительная PLM­система может служить лишь инструментом, на базе которого разрабатывается решение для судостроения.

Рис. 1. Различные структуры представления корабля на разных стадиях ЖЦ

Опыт и разработки судостроительной PLM­системы Бюро ESG

Мы неоднократно освещали опыт создания системы поддержки ЖЦ корабля на стадиях проектирования и строительства (http://icad.spb.ru/articles/tag/IPS/). Несколько лет назад специалистами нашей компании был реализован проект по созданию макета электронной информационной модели корабля (ЭИМК) ВМС Индии совместно с Рособоронэкспортом и Балтийским заводом. Макет был представлен в Штабе ВМС Индии и был одобрен.

При выполнении работ использовалось ПО TDMS разработки компании Csoft Development. Были успешно решены задачи построения концептуального макета ЭИМК. Однако речь не шла о создании реальной PLM­системы и тем более о наполнении всего востребованного «контента» — реальной ЭИМК.

С появлением IPS — новой среды управления инженерными данными, конструкторской и технологической подготовки производства от компании «Интермех» — Бюро ESG, используя предыдущий опыт, приступило к адаптации ПО IPS для нужд судостроения.

Внесение в среду IPS классификатора 36 ЕСКД для построения структуры корабля*

Специалисты Бюро ESG провели необходимую доработку системы IPS — был введен 36­й классификатор ЕСКД, используемый в судостроении. Документация, трехмерные модели и данные теперь могут быть классифицированы и по нему. Это иллюстрирует рис. 2, на котором изображена структура корабля по классификатору 36 ЕСКД. Так, пост № 33 из структуры корабля по помещениям (рис. 3) имеет документацию и модели, которые описывают корпусные конструкции, «образующие» помещение (см. рис. 2).

Рис. 2. Чертежи на корпусные конструкции (продольный, поперечный, днищевой набор, 36-й классификатор ЕСКД),
«образующие» помещение — пост № 33 (из структуры корабля по помещениям, см. рис. 3)

Введение прочихиерархических представлений в среду IPS для стадии проектирования

В процессе работ специалистами Бюро ESG, кроме представления корабля по 36­му классификатору ЕСКД, были разработаны различные иерархические представления в PLM­системе в соответствии с концепцией, представленной на рис. 1.

Рис. 3. Связанные иерархии структуры корабля по помещениям и системам. Структуры по помещениям и системам связаны со структурой по 36-му классификатору ЕСКД (см. рис. 2). PLM-система позволяет перейти от поста № 33 (см. рис. 3) к чертежам корпусных конструкций, «образующих» пост № 33 (см. рис. 2)

На рис. 3 приведен пользовательский интерфейс, разработанный Бюро ESG в среде IPS, детализированный для стадии проектирования. Рисунок иллюстрирует связанные иерархии структуры корабля по помещениям и системам на примере системы вентиляции. Часть системы вентиляции находится в вентиляционной выгородке поста № 33 (в иерархии корабля по помещениям) и является частью системы вентиляции (в иерархии корабля по системам).

Конструкторская подготовка на стадии проектирования и строительства

Кроме описанных «судостроительных» подходов, реализованных в среде IPS, система имеет такие мощные механизмы обеспечения конструкторской подготовки, как:

• календарное ресурсное планирование (связанное с реальными задачами по разработке КД и ТД, реальными ресурсами — пользователями системы и реальным отслеживанием выполнения);
• групповая работа со следующими CAD­системами по разработке КД:

- Autodesk AutoCAD,

- Autodesk Inventor,

- BricsCAD,

- Catia,

- Pro/ENGINEER/PTC Creo Parametric,

- Solid Edge,

- SolidWorks,

- КОМПАС­3D;

- КОМПАС­График,

- nanoCAD,

- с ПО для проектирования печатных плат электронных изделий (ECAD): MentorGraphics и AltiumDesigner;

• конструкторский документооборот;
• организационный документооборот;
• территориально­распределенная работа.

Функционал IPS для стадии строительства

Введение в среду IPS иерархических представлений для строительства

Для стадии строительства в соответствии с концептуальным подходом, представленным на рис. 1, в среду IPS специалистами Бюро ESG были внесены структуры, позволяющие получать срезы информации по строительным районам:

• для заготовительного периода строительства (секции и блоки);
• для стапельного периода (помещения). Для заготовительного — секции и блоки, для стапельного — помещения. На рис. 4 приведен пользовательский интерфейс, представляющий структуру корабля на различных стадиях ЖЦ — проектирования и строительства.

Рис. 4. Иерархическое представление корабля в среде IPS на различных стадиях ЖЦ

Автоматизация импорта данных транспортных массивов и нормоконтроля

Важным процессом, традиционным для российского судостроения, является выгрузка транспортного массива проектировщиком для передачи и работ с ним на судостроительном заводе.

Теоретически, если конструкторская и технологическая подготовка производства ведется в рамках единой информационной среды, то, скорее всего, ничего выгружать и загружать не придется, либо оба этих процесса будут не очень сложными. В реальной жизни этого пока достигнуть не удается.

Бюро ESG предлагает в среде IPS механизмы построения структур данных с использованием транспортных массивов и проведением автоматизированного нормоконтроля.

Рис. 5. Схема построения структур в IPS с использованием транспортного массива и автоматизированного нормоконтроля

На рис. 5 приведена схема работы функционала, включающая следующие основные стадии:

• получение транспортного массива из КБ (пример содержит данные на креновую систему);
• верификация (проверка на актуальность нормативных документов);
• получение отчета о неактуальных документах;
• внесение исправлений (с учетом принятых процессов либо полностью автоматизированное, либо с участием человека);
• автоматизированный экспорт данных транспортного массива в IPS (в узел структуры корабля по системам — «Система дифферентная креновая»).

В качестве механизма автоматизированного нормоконтроля используется БД нормативно­справочной информации NormaCS, которая включает сотни тысяч нормативных документов (ГОСТ, ОСТ, РД и т.д.), в том числе документы по судостроительной отрасли (держатель — НИИ «ЛОТ»). NormaCS имеет программные интерфейсы, позволяющие производить нормоконтроль данных в среде IPS.

Отметим, что разработка велась на основе реального транспортного массива одного из КБ, который передавался на завод.

Организация территориально­распределенной работы. Построение территориально­распределенной ЭИМК

На наш взгляд, существующие механизмы организации территориально­распределенной работы IPS в совокупности с разработанным Бюро ESG новым функционалом позволяют не только использовать IPS в качестве специализированной PLM­системы, но и организовать пополнение единой среды в рамках электронной информационной модели корабля (ЭИМК).

Схема организации территориально­распределенной работы с ЭИМК в среде IPS показана на рис. 6.

Рис. 6. Схема территориально-распределенной работы с ЭИМК в среде IPS

Интеграционные возможности среды IPS. Некоторые примеры

В процессе работы по построению PLM­системы на современной технологической платформе возникают проблемы миграции данных в среду IPS, которые обусловлены следующими факторами:

• желанием автоматизировать процесс обмена данными, создав единое информационное пространство;
• желанием перейти к использованию новой среды IPS при наличии данных, накопленных в ранее используемых средах.

Приведем несколько примеров решений, обусловленных обоими факторами.

Мы сталкиваемся с тем, что на предприятиях ранее уже была внедрена система электронного архива, конструкторского документооборота, PDM, которая успешно используется, но требует замены (ввиду отсутствия интерфейсов с САПР, механизмов распределенной работы и т.д.). При этом заказчик выражает желание использовать новую систему, сохранив предыдущие наработки. На первый взгляд, проблема решается просто, например «залповой» миграцией. Не составляет труда написать программу­плагин, позволяющую перевести в IPS данные из конкретной системы. Но это, к сожалению, не решает весь комплекс проблем перехода на новую платформу.

Серьезное внедрение и реальное использование ранее внедренной системы затрагивает массу бизнес­процессов предприятия, которые для работы в новой системе, возможно, придется как­то корректировать. Даже существенно не изменяя бизнес­процессы, перевести на работу в новой среде сотни человек «за один день» без обучения, отработки приемов и т.д. невозможно.

Специалистами Бюро ESG были разработаны методики «плавного перехода», включающие как программные, так и методические разработки.

Для одного из судостроительных КБ разработана специальная программа­плагин, «забирающая» данные по ранее разработанным изделиям из системы TDMS в систему IPS. Дальнейшая разработка изделий ведется в системе IPS. Методика «плавного перехода» подразумевает переход в рамках отдельных групп, подразделений, проектов. Такой переход не исключает «залповой миграции», но этот процесс будет запущен лишь после освоения новой системы необходимым количеством пользователей.

В другом КБ невозможно было быстро перейти на новую систему, поскольку используемая система, несмотря на то, что устарела, затрагивала практически все производственные процессы. В связи с этим был разработан следующий организационно­технический механизм. Данные и документы регистрируются в «старой» системе и передаются в IPS. В новой системе они проходят обработку, согласование, утверждение, собираются ЭЦП. После этого данные и документы передаются в «старую» систему с протоколом о прохождении, согласовании, утверждении, отклонениях от утверждения, причинах задержки и прочими параметрами, которые не использовались в «старой» системе.

В этом же КБ возникла проблема, связанная со снижением трудоемкости администрирования (распределения прав) в системе из­за постоянной ротации сотрудников (командировки, отпуска, больничные). При этом кадровый состав КБ насчитывает несколько сотен сотрудников. Данные о наличии сотрудника на рабочем месте (а также перевод на другую должность, в том числе и временный, отпуск, болезнь, командировка, увольнение и т.д.) содержатся в кадровой системе. Специалистами Бюро ESG был разработан механизм синхронизации данных кадровой системы КБ с системой IPS, позволяющий автоматизированно менять права доступа к данным, маршруты прохождения данных и документов с учетом ротации сотрудников.

Таким образом, современные PLM­системы не обладают полным функционалом для судостроения, но могут служить инструментом, на базе которого разрабатывается отраслевое решение. Система IPS является наиболее перспективным средством для информационной поддержки ЖЦ корабля на стадиях проектирования, строительства и модернизации. Опыт Бюро ESG доказывает, что IPS обладает всеми инструментами и механизмами, позволяющими решить задачи реализации современных PLM­подходов с учетом специфики отечественного судостроения. 

Авторы выражают благодарность В. Кукушкину (АО «ПО Севмаш») и А. Бегерскому (ЦКБ МТ «Рубин») за ценные советы, полученные от них при подготовке материала.

Список литературы

1. Фертман И., Тучков А., Рындин А. Система IPS — современное средство создания электронных архивов, систем документооборота, PDM и PLM // САПР и графика. 2016. №  3.
2. Казанцева И., Рындин А., Резник Б. Информационно­нормативное обеспечение полного жизненного цикла корабля. Опыт Бюро ESG // Корабел. 2013. № 3 (21).
3. Санев В., Суслов Д., Смирнов С. Использование информационных технологий в ЗАО «ЦНИИ судового машиностроения» // CADmaster. 2010. № 3 (53).
4. Давидович А. Использование виртуального и материального цифрового производства — будущее судостроительной отрасли // CADmaster. 2010. № 2 (52).
5. Галкина О., Рындин А., Рябенький Л., Тучков А., Фертман И. Электронная информационная модель изделий судостроения на различных стадиях жизненного цикла // CADmaster. 2007. № 32а.
6. Рындин А., Рябенький Л., Тучков А., Фертман И.Ступени внедрения ИПИ­технологий // Судостроение. 2005. № 4.
7. Михайлов С., Резник Б., Казанцева И., Гимейн Л. NormaCS: опыт внедрения на ОАО «Адмиралтейские верфи» // «САПР и Графика». 2012. Декабрь.
8. Румянцев Ю., Фофанова В., Фертман И., Попов К. Информационная система нормативных документов для предприятий судостроительной промышленности // CADmaster. 2008 № 3.
9. Рындин А.А., Рябенький Л.М., Тучков А.А., Фертман И.Б.. Ступени внедрения ИПИ­технологий // «Судостроение». 2005 г. № 4.
10. ОК 012­93 Суда, судовое оборудование.