CATIA 5 — решения для судостроения

Андрей Бубнов

Разработка и внедрение судостроительных приложений становится стратегически приоритетным направлением развития универсальной системы автоматизированного проектирования CATIA начиная с 1995-1996 годов. Как пишет журнал The Naval Architect в своем выпуске за июль-август 2001 года, компания Dassault Systemes (разработчик CATIA) приняла во внимание тот факт, что если она справится со специальными задачами и требованиями судостроения, то ее ждет успех. Это высказывание отражает многодисциплинарную интеграцию при создании больших кораблей, включающую подготовку производства корпусных металлоконструкций и специальных сборочных изделий, машиностроительное проектирование судовых машин и механизмов, разработку судового оснащения (трубные, вентиляционные, электрические коммуникации и оборудование) плюс наличие огромного количества компонентов судостроительного производства, общим числом на порядок превышающего номенклатуру комплектующих, используемых при производстве самолетов.

С предпосылками создания и состоянием UNIX-версии Dassault Systemes/IBM Shipbuilding Solutions читатели журнала могли ознакомиться в статье «САПР в судостроении» («САПР и графика» № 5’2000) — этот материал доступен и в разделе публикаций специализированного сайта компании ГЕТНЕТ http://www.catia.ru/).

Сегодня же речь пойдет о решениях, которые предлагают специалистам судостроения разработчики этой всемирно известной системы в своей новой версии, оптимизированной под Windows NT/2000 с полной переработкой как ядра геометрического моделирования, так и всех приложений. На сегодняшний день CATIA версии 5 является самой молодой и динамично развивающейся системой среди пакетов САПР верхнего уровня.

CATIA 5 уверенно заявляет о себе в судостроительном мире.

В октябре 2001 года Constructions Mecaniques de Normandie (CMN), известная французская судоверфь, объявила о том, что ее новая серия яхт класса «люкс» (рис. 1), отличающихся отменными ходовыми качествами и изысканным дизайном, проектируется уже сегодня с использованием как стандартных 3D-модулей CATIA V5, так и ее продуктов, специализированных для судостроения.

В августе 2001 года крупнейшая кораблестроительная компания Германии Howaldtswerke-Deutsche Werft (HDW AG) заявила о своих планах по созданию новой серии современных субмарин, для обеспечения технической подготовки производства которых планируется установить 200 рабочих мест CATIA V5.

В этом же месяце в Нью-Йорке проходит 4-я Всемирная конференция по IBM Shipbuilding Solutions, где докладывается об успешных пилотных проектах CATIA V5 во Франции (IBM France — Chantiers de l’Atlantique, крупнейшая французская судоверфь — проект судового вентиляционного отделения; см. рис. 2), в Корее (Dassault Systemes Korea), в Норвегии (судостроительный бизнес-партнер IBM), о начале проектов с версией 5 в Нидерландах (Nevesbu — Moray project), в Индии (HOPE Technologies, Larsen & Toubro), в Австралии (Tenix) и в других регионах.

На конференции в Нью-Йорке специалисты компании ГЕТНЕТ обсудили с коллегами состояние внедрения CATIA V5 в российской судостроительной отрасли, сообщив о подготовке нескольких пилотных проектов. В настоящее время компания ГЕТНЕТ реализует совместно с северодвинским предприятием «Звездочка», которое переживает период конверсии, переходя с ремонта военных кораблей к участию в европейских проектах (конструкции для буровых платформ, рыболовецкие суда, буксиры), договор на поставку первых рабочих мест CATIA V5 и выполнение консультационных услуг по базовой подготовке внедрения системы. Мы надеемся, что более подробно о ходе этого проекта читатели смогут узнать из следующих номеров журнала.

Важное значение для развития судостроительных приложений CATIA V5 оказал выбор этой системы в качестве основного CAD/CAM-инструментария для новой программы боевых кораблей ВМС США. В январе 2001 года было подписано соглашение об альянсе по программе DD21 (ударный эсминец класса Zumwalt), куда включено две верфи, каждая из которых будет строить и обслуживать корабли — Bath Iron Works (входит в General Dynamics Group) и Ingalls Shipbuilding (сейчас — в составе Grumman Northrop как часть Litton Industries). Речь идет о полной PLM-поддержке разработки новых эсминцев от Dassаult Systemes, включая PDM-решения (информация из журнала The Naval Architect, июль-август 2001 года).

Особенно важно то, что участники проекта DD21, как инвесторы и соразработчики, теперь контролируют и принимают готовность новых продуктов Dassаult Systemes на каждой стадии разработки.

Решения CATIA V5 для судостроения на уровне релиза 7, вышедшего летом 2001 года, включают следующие продукты:

• Plant Layout — проектирование трехмерного размещения компонентов общего расположения (судна, завода) на основе чертежных схем;
• Systems Routing — трассировка и деталировка систем коммуникаций;
• Systems Space Reservation — резервирование площадей и объемов для размещения оборудования и коммуникаций;
• Systems Diagrams — базовый модуль построения функциональных диаграмм систем коммуникаций;
• Piping & Instrumentation Diagrams — построение функциональных диаграмм трубопроводных и контрольно-измерительных систем;
• HVAC Diagrams — построение функциональных диаграмм систем вентиляции и кондиционирования;
• Piping Design — проектирование трубопроводов;
• Equipment Arrangement — проектирование и размещение оборудования;
• Equipment Support Structures — проектирование фундаментов из металлоконструкций;
• Electrical Cable Definition — выпуск принципиальных схем и спецификаций для систем судового электрооборудования;
• набор модулей электротехнического проектирования.

В дни сдачи в печать настоящей публикации (февраль 2002 года) выходит следующий релиз системы CATIA V5R8, дополнительно включающий следующие специальные продукты:

• HVAC Design — проектирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;
• Outfitting Drawings — выпуск чертежей судового насыщения;
• Hangers Design — проектирование специальных судовых конструкций;
• Structure conceptual Design (Shipbuilding Design) — концептуальное проектирование судовых корпусных конструкций;
• Structure functional Design (Shipbuilding Design) — функциональное проектирование судовых корпусных конструкций.

Рассмотрим подробнее некоторые возможности, которые предоставляют перечисленные программные продукты пользователям CATIA V5.

Модули Plant Layout и Systems Space Reservation для трехмерного размещения компонентов общего расположения объектов на основе чертежных схем представляют широкий набор инструментов для поэтапного проектирования сложных комплексов промышленных коммуникаций и оборудования, входящих в состав таких объектов, как нефтеперерабатывающие заводы или морские инженерные сооружения (различные типы судов и кораблей, буровые платформы).

На ранней стадии процесса разработки проекта выполняется резервирование компонентов общего расположения рабочего пространства — на судне это водо- и пожаронепроницаемые отсеки, твиндеки, трюмы, шахты грузовых лифтов, коридоры, блоки жилых и служебных помещений (рис. 3). При этом могут резервироваться площади и объемы для размещения основных систем коммуникаций (трубопроводы, вентиляция, лотки электрических кабелей, транспортные и конвейерные потоки), а также и для отдельных рабочих мест. Определяется иерархия построения и структура взаиморасположения основных систем промышленного объекта, выполняется анализ соблюдения необходимых зазоров и дистанций между компонентами объекта.

Когда в процессе дальнейшей разработки проекта требуется перемещение либо перегруппировка тех или иных систем, а также их принципиальных составляющих, то модификация элементов зарезервированного системного пространства выполняется намного быстрее и легче, чем изменение сопряжения точного геометрического представления оборудования. Одновременно ведется детальная проработка узлов и агрегатов, реальная геометрия которых по мере необходимости замещает элементы зарезервированного пространства.

Модуль Systems Routing для проектирования систем коммуникаций позволяет разрабатывать с помощью единого интерфейса трубопроводные, вентиляционные, электрические и конвейерные линии — путем предварительного определения коммуникационной трассы заданного сечения (круглого или прямоугольного) с последующей деталировкой компонентов трассы на основе пользовательских каталогов стандартных изделий.

Данный модуль помогает разработчикам систем коммуникаций оптимизировать их прокладку в сложной конструктивной обстановке и представляет собой комплексное недорогое решение, которое, в отличие от специализированных модулей трубопроводного, вентиляционного или электротехнического проектирования, не содержит ни автоматической связи с функциональными диаграммами систем, ни обширной атрибутивной информации о технологических процессах в системах коммуникаций.

Модуль Piping & Instrumentation Diagrams для построения функциональных диаграмм трубопроводных и контрольно-измерительных систем позволяет создавать «интеллектуальные» схемы технологических процессов в трубопроводных коммуникациях на основе промышленных стандартов. Модуль включает исчерпывающий набор средств для создания и размещения в составе логических линий пользовательских диаграммных компонентов с их насыщением атрибутивной технологической информацией и структурной каталогизацией.

Функциональная диаграмма P & ID позволяет управлять построением и контролировать эксплуатацию трубопроводной системы с помощью встроенной автоматической проверки соответствия 2D- и 3D-представления данных, построенных на единой базе стандартных каталогизированных элементов. В диаграммах отрабатываются запросы по анализу состояния коммуникационной системы с возможностями генерации соответствующих отчетов и добавления ассоциативных («интеллектуальных») аннотаций.

Работа модуля Piping Design для проектирования трубопроводов ориентирована на использование «интеллектуальных» функциональных схем P & ID. Создание логических трубопроводных линий и управление ими построены на обращении к единой базе данных, включающей 2D- и 3D-представления компонентов, насыщенных атрибутивной технологической информацией и каталогизированных на основе промышленных стандартов. При построении логических взаимосвязей элементов трубопроводного комплекса важная роль принадлежит формированию связанного набора спецификационных таблиц, занимающих определенные места в структуре данных проекта (Piping Standards Tables, Piping Specification Tables, Initial Setup Files).

Модуль Piping Design включает в себя широкий набор средств для создания «интеллектуальных» трубопроводных компонентов, таких как коленчатые и прямые патрубки, тройники, переходники, отводы, фланцы, разного рода вентили и т.п. (рис. 4), в которых кроме технологических атрибутов и параметров типа «открыт/закрыт» для вентиля определяются соединительные элементы (коннекторы), поддерживающие автоматическое позиционирование компонентов относительно друг друга, а также управляющие направлением потока внутри трубопровода. Наряду с построением линии из стандартных деталей, взятых из промышленных унифицированных или пользовательских каталогов, модуль позволяет моделировать уникальные гнутые трубы типа шлангов или агрегатных обвязок сложной пространственной конфигурации.

Модуль Equipment Arrangement для проектирования и размещения оборудования позволяет создавать объекты оборудования, каталогизировать их и размещать в трубопроводных, вентиляционных, электротехнических и конвейерных (производственных) линиях.

Моделирование «интеллектуальных» объектов оборудования выполняется аналогично формированию свойств трубопроводных компонентов, включая управление набором графических представлений объекта, в число которых входят эскиз, упрощенное размещение, резервируемый максимальный объем (пространство, конверт), точное геометрическое представление и другие формы визуализации объекта, задаваемые пользователем (рис. 5).

Как и в других модулях, здесь поддерживается интеграция с ядром создания базы знаний CATIA Knowledge. Создаваемые правила и контрольные процедуры автоматизируют процесс проектирования, гарантируют соблюдение корпоративных норм и стандартов использования оборудования, обеспечивают необходимую гибкость в управлении системами коммуникаций.

Модуль Equipment Support Structures для проектирования фундаментов под оборудование предназначен для моделирования конструкций из элементов постоянного сечения. Возможно различное позиционирование сечения относительно оси элемента, проходящей через узлы сетки, которая формирует структуру металлоконструкции. Профили могут быть не только прямыми, но и криволинейными. Кроме профилей постоянного сечения модуль оперирует пластинами. Таким образом, используются элементы металлоконструкций трех типов: стержень (балка), пластина и колонна.

Профили сгруппированы в каталоги. Сборка металлоконструкции помимо каталогизированных профильных элементов может содержать в себе детали, созданные средствами твердотельного моделирования. В каталоге профилей кроме геометрии сечения можно задать материал и его физические характеристики, что позволяет генерировать отчеты, содержащие не только сортамент и длины профилей, но и материалоемкость, массы.

Модули концептуального и функционального проектирования судовых корпусных конструкций (Shipbuilding Design), доступные в выпуске CATIA V5R8, который вышел в дни сдачи этого материала в журнал, могут быть представлены здесь только на основе предварительных материалов, которые мы получили на нью-йоркской конференции IBM Shipbuilding Solutions, то есть пока без учета собственного опыта освоения данных модулей.

Модуль Structure conceptual Design для концептуального проектирования корпусных конструкций является центральным, интегрирующим модулем судостроительных приложений CATIA V5. Общая концепция проектирования связывает формообразующие поверхности корпуса судна, построенные на их основе фукциональные корпусные металлоконструкции и опирающиеся на конструктивные опорные элементы системы коммуникаций и оборудования.

Structure conceptual Design реализует многие функции модуля Plant Layout в контексте судостроительного проектирования и автоматизации разработки модели общего расположения судовых помещений. Определяется система координат, плоскости теоретических шпангоутов, ватерлиний и батоксов, затем к теоретической сетке привязываются основные переборки, палубы, продольные стенки, далее формируются помещения и функциональные зоны. В качестве выходных данных проектировщики получают чертежи общего расположения и спецификации (см. рис. 3).

Модуль Structure functional Design для функционального проектирования корпусных конструкций представляет инструменты для дальнейшего развития и детализации концептуального проекта. Большое значение здесь имеет определение стандартов проекта, структуры каталогов и таблиц спецификации стандартных деталей. Модуль позволяет структурно определить, классифицировать и привязать к контексту текущего проекта все группы деталей судового корпуса. Формируются наборы функциональных палубных настилов и ребер жесткости, функциональных шпангоутов, пиллерсов, флоров, основных отверстий и др.

Приведем пример определения функционального палубного настила, когда вся палуба разбивается на отдельные участки в соответствии с рядом конструктивных и технологических факторов, таких как толщина листов, стандартная или обратная ориентация материала, принадлежность к строительным секциям и блокам, к тем или иным рабочим зонам с различной нагрузкой и агрессивностью контактной среды и т.п. (рис. 6). В пределах каждого такого участка и определяется элемент функционального палубного настила, который на этапе детального проектирования будет разделяться на отдельные физические листы.

Функциональность CATIA V5 развивается мощно и достаточно быстро. Детальное проектирование судовых корпусных конструкций, которое пока отрабатывается в лабораториях Dassault Systemes (рис. 7), а также ряд других специальных модулей будут доступны пользователям к лету текущего года.

«САПР и графика» 3'2002