Разработка и строительство международного инновационного исследовательского центра при помощи платформы 3DEXPERIENCE

Перед командой, работающей над проектом European Spallation Source (ESS, Европейский источник расщепления), была поставлена задача объединить усилия по разработке всех участвующих в проекте партнерских учреждений и поставщиков в Европе, чтобы своевременно и в рамках бюджета завершить строительство такого крупного и амбициозного проекта, как научно-исследовательский центр нейтронных исследований.
Команда инженеров ESS использовала платформу 3DEXPERIENCE для комплексного проектирования и управления данными, а также для оптимизации совместной работы, которая позволила проектировщикам ESS получить целостное цифровое представление своих объектов и ультрасовременного оборудования благодаря интеграции всей проектной документации, поступающей от каждого партнера-участника, в единую 3D мастер-модель. Всё это обеспечило четкую координацию разработки проекта и слаженную работу в ходе строительства.

Раскрывая секреты природы

Научные исследования с использованием нейтронов способны пролить свет на некоторые из величайших загадок, позволяя осуществлять анализ структуры и динамики материалов принципиально иным способом, недоступным для других методов исследований. Ученые, специализирующиеся в таких областях, как энергетика, здравоохранение, материаловедение или защита окружающей среды, смогут воспользоваться возможностями междисциплинарного исследовательского центра European Spallation Source (ESS), в котором применяется самый мощный в мире источник нейтронов, чтобы увидеть и понять атомную структуру различных материалов и сил. Центр ESS разрабатывается учеными для ученых и ожидается, что в нем смогут работать до 3 тыс. исследователей в год.

Что делает нейтроны столь интересными? «Нейтроны не имеют электрического заряда, они являются фантастическим мощным зондирующим инструментом, позволяющим исследовать атомы и молекулы, не повреждая их, — объясняет Роланд Гароби (Roland Garoby), технический директор ESS. — Например, мы можем увидеть, что происходит, когда лекарственное средство взаимодействует с молекулами, и таким образом получить более полное представление о его действии, что, мы надеемся, приведет к созданию более качественных и действенных лекарственных препаратов».

Рабочие ESS сверяют порядок установки с виртуальной моделью

«Ученые могут использовать нейтроны для изучения материалов на молекулярном уровне или даже на уровне атомов и наблюдать то, что невозможно увидеть с помощью других методов, таких как рентген или магнитно­резонансная визуализация, — поясняет г­н Гароби. — Несмотря на то что в мире существуют и другие научно­исследовательские организации, которые занимаются расщеплением нейтронов, в ESS будет размещен самый мощный из когда­либо созданных ускорителей протонов, позволяющий генерировать еще больше нейтронов для научных исследований с помощью более эффективных замедлителей (moderators). Благодаря этому нейтронные лучи на приборах будут в сто раз ярче, чем в любых других проектах. Эти достижения позволят ученым быстрее и с большей точностью исследовать структуру материалов на уровне, недостижимом при использовании других источников нейтронов».

Проект ESS состоит из 23 зданий, которые в настоящее время находятся на различных этапах строительства. В ESS будет применяться оборудование, поставляемое в качестве взносов от стран — участниц проекта в рамках технического и научного сотрудничества между европейскими лабораториями, университетами и научными институтами с целью проектирования, разработки и создания крупных частей ускорителя, мишени (диска из нержавеющей стали с размещенными на нем блоками нейтронно­обогащенного вольфрама — neutron­rich heavy metal Tungsten), инструментов, исследовательских лабораторий, программного обеспечения, систем управления и прочих систем. Из­за сложности проекта команда ESS должна координировать свою работу и встраивать свои разработки в общую схему объекта, прежде чем передавать документацию для строительства. Для этого ESS управляет информацией с помощью информационно­справочной моделью предприятия (plant information referential), что помогает обеспечить безопасную совместную работу и эффективное управление структурными элементами предприятия (plant breakdown structures). Что касается проектирования, то ESS параллельно работает с различными видами проектирования, в частности с проектированием зданий и сооружений объектов, а также проектированием основного оборудования.

«Развитие проекта ESS начиналось полностью с нуля, — отмечает Петер Родаль (Peter Rådahl), руководитель отдела инжиниринга и интеграционной поддержки в ESS. — Изначально мы стали проектировать объекты с помощью решения CATIA от Dassault Systèmes, поскольку это решение чаще всего использовалось всеми участниками проекта. Когда разработка проекта ESS находилась еще на ранней стадии, компания Dassault Systèmes представила платформу 3DEXPERIENCE®, которая предложила существенное преимущество: она позволила нам полностью координировать проектирование и строительство этих объектов, которые состоят из миллионов составных частей, за счет возможности интеграции 3D­проектов каждого из участников в единую трехмерную мастер­модель. Эта модель включает буквально все — от проектов зданий и оборудования до мельчайших компонентов. Мы получили уникальную возможность объединить все наши данные в единой платформе. Независимо от применяемого программного обеспечения для проектирования, будь то CATIA или решение от стороннего производителя, платформа 3DEXPERIENCE позволяет объединить все данные».

«Когда встает задача контроля конфигурации и управления консолидацией, крайне важно иметь единую платформу, которая бы обеспечивала целостное представление обо всех имеющихся объектах, — продолжает г­н Родаль. — Все участвующие в проекте партнеры консолидируют информацию внутри платформы, что помогает поддерживать актуальность данных. Например, 3D­модели загружаются в платформу еженедельно, что позволяет нам при помощи CATIA обнаруживать все конфликты и несоответствия в дизайне. Благодаря такому уровню контроля мы можем скорректировать дизайн, прежде чем двигаться дальше».

Компания TECHNIA сыграла важную роль в своевременном и успешном внедрении платформы 3DEXPERIENCE. «Когда мы внедряли решения Dassault Systèmes, TECHNIA отвечала за координацию нашего трехстороннего партнерства, — заявляет Петер Родаль. — Мы ежегодно проводим встречи и рассказываем им о нашем опыте работы с платформой, а Dassault Systèmes информирует нас о планируемых разработках. Например, если мы делаем на платформе что­то принципиально новое, для чего еще нет готового решения, мы стараемся действовать с учетом планов развития. И если мы разработали что­то, чего еще нет на платформе, то всегда готовы предложить Dassault Systèmes воспользоваться нашими наработками. Наше сотрудничество является взаимовыгодным для всех партнеров».

3D-модель в платформе 3DEXPERIENCE

«TECHNIA оказывает поддержку при обновлении программного обеспечения и помогает нам убедиться в правильности его установки, — говорит г­н Родаль. — В общей сложности обучение CATIA прошли 80 человек, и их самая главная проблема заключалась в том, чтобы привыкнуть к новым методологиям и в полной мере пользоваться преимуществами совместной работы, которые открываются благодаря этому платформенному подходу. Требуется некоторое усилие, чтобы избавиться от привычки изолированной работы на индивидуальных компьютерах и перейти к единому согласованному подходу, когда над одной моделью трудятся сразу несколько человек».

Надежное строительство и эксплуатация

Петер Родаль и его команда общаются со строительными бригадами на площадке с помощью платформы 3DEXPERIENCE. «Строители подключаются к платформе для доступа ко всем моделям. И если появляются какие­либо изменения в конструкции, рабочие о них всегда в курсе, так как все изменения консолидируются в платформе до того, как обновленная модель будет доступна строителям, — отмечает он. — Все согласны с тем, что преимущества работы с единым источником точной информации перевешивают любые опасения, которые были у некоторых инженеров по поводу изменений формата работы. Теперь все используют этот единый источник, так как признают правильность нашего решения о переходе на платформу 3DEXPERIENCE».

Внедрив платформу 3DEXPERIENCE, проект ESS получил ощутимые преимущества. «Способность принимать решения на ранних этапах процесса разработки, а также взаимосвязь требований и геометрии дизайна, означает, что нам фактически не нужно думать о том, где что размещать — это уже заложено в платформе с самого начала, — заявляет г­н Родаль. — Это поможет нам сэкономить время при создании документации».

Работа с мастер­моделью также обеспечивает дополнительную безопасность процессов строительства и обслуживания, поскольку проекты и задачи могут быть фактически смоделированы еще до того, как рабочие попытаются построить или отремонтировать часть объекта. «Последовательность установки фактически планируется на платформе 3DEXPERIENCE, прежде чем эта процедура будет осуществлена в реальном мире. Кроме того, проекты были изучены местными заинтересованными группами с помощью цифровой мастер­модели, что позволило им получить представление о готовом объекте и о том, как он впишется в окружающую среду», — рассказывает Петер Родаль.

«С учетом того, что мы одновременно взаимодействуем с многочисленными институтами­партнерами в различных странах — участницах проекта по всей Европе, использование единой платформы, такой как 3DEXPERIENCE, полностью отвечает нашим требованиям к одновременной работе над проектом», — заявляет г­н Родаль.

Более того, поставщики, многие из которых также используют CATIA, являются неотъемлемой частью проекта ESS. «У нас есть две разных формата работы, — отмечает Петер Родаль. — Большинство наших партнеров работают через платформу, но если поставщик использует последнюю версию CATIA, то он может подключиться к платформе 3DEXPERIENCE и работать с нами одновременно. В противном случае поставщик загружает свои проекты в нашу систему, и мы сами размещаем их в мастер­модели».

«Поскольку ESS проектируется и создается в сотрудничестве со многими различными заинтересованными сторонами по всей Европе, мы должны убедиться, что все они работают с правильными данными и с правильными версиями и что в процессе проектирования нет никаких расхождений, — говорит Хенрик Линдблад (Henrik Lindblad), руководитель группы PLM и технологического обеспечения в ESS. — Мы включаем все эти данные в нашу трехмерную мастер­модель и можем ссылаться на нее во время наших регулярных координационных совещаний внутри компании и с нашими партнерами, чтобы быть уверенными, что всё согласовано. Это позволяет нам принимать быстрые и правильные решения по различным аспектам интеграции или при изменении требований. Один из аспектов, который для нас особенно важен, заключается в возможности выявлять на самых ранних этапах любые конфликты при установке и исправлять их еще задолго до того, как мы начнем устанавливать компоненты на месте».

Всё проще с динамическим моделированием

Большинство оборудования в проекте ESS является весьма сложным и требует экспертизы сразу в нескольких различных дисциплинах, в том числе в электрике, механике и программном обеспечении. Чтобы убедиться в правильном функционировании оборудования, Петер Родаль и его команда применяют CATIA Systems with Dymola для виртуального моделирования операций перед физической сборкой.

Все наши команды используют рабочие процессы и функции управления документацией, представленные в приложении ENOVIA, чтобы оптимизировать совместную работу и обеспечить своевременное выполнение проекта. «Мы пользуемся автоматическими уведомлениями и инструментами подписки для обеспечения слаженной работы и управления документами с контролем версий и изменений, — заявляет г­н Родаль. — Кроме того, сертификационные органы могут получить доступ ко всей нашей документации на платформе с целью проверки соблюдения нормативных требований».

Проект ESS также использует приложение 3DEXPERIENCE ENOVIA для отслеживания спецификаций и требований на протяжении всего процесса проектирования. «Разработка здания и окружающих систем, пожалуй, является самой сложной задачей по интеграции, с которой мы сталкиваемся, — отмечает г­н Линдблад. — Мы используем систему управления требованиями ENOVIA, чтобы, например, удостовериться в соответствии проектной документации. В настоящее время мы изучаем возможности применения DELMIA для выполнения моделирования и проработки последовательности установки, чтобы предоставить рабочим на местах необходимые инструкции, которые были бы предварительно испытаны в цифровой среде. Наши испытания проходят успешно, и я очень надеюсь, что всё это будет реализовано уже в ближайшем будущем».

«После завершения проекта он будет постоянно модернизироваться, и нам предстоит постоянно следить за состоянием объектов, — добавляет Петер Родаль. — Объединив все данные в единой платформе, мы получаем возможность отслеживать и контролировать развитие проекта в будущем».

Проект ESS ждет большое будущее, ему предстоит совершить немало удивительных научных открытий. Отслеживание его истории — от проработки концепции до строительства при помощи платформы 3DEXPERIENCE — поможет обеспечить его надежность для будущих поколений. «ESS является отличным примером того, каких совместных успехов могут достичь европейские государства. Объединив свои знания и навыки, они смогли создать современный проект, который будет оставаться лидером в мире исследований в течение достаточно долгого времени», — подытожил Роланд Гароби.