Rebis AutoPLANT помогает американским судостроителям строить корабли

Ж. Риба

Традиционный метод проектирования Bender Shipbuilding

Преимущества использования метода пространственного проектирования и конструирования в судостроении

О пользе автоматизации в процессе проектирования и работы с чертежами

Рутинная работа, и как с ней бороться

Улучшение процесса изготовления

Итоги и перспективы

Уже более 75 лет фирма Bender Shipbuilding является ведущей американской фирмой, занимающейся строительством и ремонтом судов в районе Мексиканского залива. Фирма имеет стапели для строительства судов длиной более 7000 футов с глубоким водоемом. Совсем недавно она построила новые верфи и открытые портовые доки-бассейны, расширив при этом свои сухие доки с несущей способностью свыше 24 тыс. тонн. Bender Shipbuilding строит различные типы судов, включая морские транспортные суда, рыбообрабатывающие траулеры, суда-казино, экскурсионные суда, сейнеры для ловли тунца, буксиры и др. В настоящее время фирма заключила три контракта на постройку семи подобных 220-футовых морских судов, проект которых был разработан при помощи Rebis AutoPLANT.

Традиционный метод проектирования Bender Shipbuilding

Ранее фирма Bender Shipbuilding для разработки проектов судов применяла метод 2D-проектирования без использования компьютеров. В последние годы, используя традиционные чертежные столы и кульманы, эксперты фирмы стали задумываться о применении CAD-систем, но при этом им хотелось, чтобы методы вычерчивания не претерпевали заметных изменений. Традиционно конструкторы и проектировщики вычерчивали 2D-планы, сечения и рабочие чертежи конструкций вручную, затем проверяли правильность и согласованность графических данных в каждом чертеже проекта. После изготовления таких чертежей другие проектировщики вычерчивали линии и обвязывали оборудование трубопроводами, затем делали изометрии удобных размеров, чтобы можно было в последующем изготавливать и выполнять монтаж отдельных секций и узлов. Поскольку каждый чертеж изготавливался отдельно, некоторые участки судна вычерчивались по многу раз и эти чертежи не всегда согласовывались друг с другом. Такие погрешности при разработке чертежей приводили к ошибкам при создании изометрий и монтаже конструкции в целом. В результате затрачивалось много времени для расчета параметров пересечений трубопроводов и элементов конструкций, поскольку трубопроводы и элементы конструкции проектировались отдельно, без интеграции с проектом всего судна. Традиционный подход к работе над проектом судов серьезно ограничивал возможности судостроителей, так как они пользовались теми же самыми методами при строительстве судов, что применялись 50 лет назад. В первую очередь строился силовой отсек корпуса судна. Поскольку заранее не определялись направления прокладки трубопроводов и места для вырезов в элементах конструкции для их прокладки, то эти работы приходилось выполнять уже после постройки всего судна, что могло привести к различным неудобствам, так как в зону монтажа привлекалось множество людей. Проблемы были также связаны с тем, что даже самым высококвалифицированным рабочим, ориентируясь на двухмерные чертежи, было очень трудно визуально представить себе, как должны выглядеть сложные компоновки конструкций. В результате проектировщикам часто приходилось посещать зону монтажа и на месте объяснять, что показано в чертежах. Частое отсутствие взаимопонимания между специалистами, выполнявшими различные работы внутри проекта, и рабочими приводило к возникновению ошибок, для исправления которых требовались переделки уже смонтированных конструкций судна, на что затрачивались дополнительное время и средства.

Преимущества использования метода пространственного проектирования и конструирования в судостроении

В США фирма Bender Shipbuilding стала одним из пионеров в использовании метода трехмерного проектирования, впервые разработанного и примененного в Исследовательском центре судостроения США в ходе программы, совместно финансируемой государством и частными фирмами. Эта программа проводилась для оказания помощи судостроительной и судоремонтным отраслям промышленности США в достижении глобальной конкурентоспособности по таким показателям, как качество, сроки, стоимость и удовлетворение требований заказчиков. Основная идея программы заключается в использовании САПР трехмерного моделирования для создания трехмерной модели, включающей все узлы судна, его силовой установки, элементы конструкции, системы трубопроводов, фундаменты для оборудования и т.д. Каждый модуль и узел судна должен был размещаться в модели отдельно. Это позволяет определять отдельные сборочные узлы, состоящие из подобных модулей, извлекать их из модели, встраивать их в предварительно собираемые узлы и сборки. Такой метод сборки и проверки целостности конструкции на стадии компьютерной модели позволил исключить необходимость проведения измерений параметров и точной установки каждого узла и сборки непосредственно по месту в процессе монтажа реального судна. В связи с этим должны были значительно повыситься производительность процесса выполнения работ и снизиться величина затрат на доработку конструкции в процессе монтажа.

Новый подход к процессу проектирования судов позволил создавать 3D-модели отдельных модулей и сборок весом до 200 тонн, которые можно было реализовывать в металле и непосредственно использовать в дальнейшем при строительстве всего судна, установленного на стапелях, с учетом имеющихся ограничений несущей способности стапелей и производственных площадей. Используя приложение для AutoCAD CADLink для проектирования силового каркаса и корпуса судна, а также Rebis AutoPLANT совместно с программой ISOGEN для проектирования трубопроводов, проектировщики фирмы Bender Shipbuilding построили модель морского судна длиной 220 футов, разделив ее на пять корпусных модулей и на четыре модуля элементов силового каркаса, что позволило им выбрать приемлемую стратегию строительства судна. Разделение модели всего судна на отдельные модули также дало возможность ускорить процесс проектирования, поскольку при таком подходе можно было одновременно проектировать различные зоны конструкции. Кроме того, при разработке проекта проектировщикам не требовалось все время переключать свое внимание с одной зоны на другую. Фирма Bender Shipbuilding выполнила оценку пригодности большого количества пакетов программ для моделирования трубопроводов и оборудования для проектирования судов, прежде чем остановила свой выбор на программе AutoPLANT фирмы Rebis.

О пользе автоматизации в процессе проектирования и работы с чертежами

В процессе работы над проектом судна проектировщики затратили некоторое время на создание 3D-модели с силовым каркасом корпуса судна, трубопроводами и основаниями для оборудования. После ее создания проектировщики смогли приступить к автоматическому генерированию изометрических чертежей с помощью модуля ISOGEN и к генерированию планов, сечений, монтажных чертежей и комплектов рабочей документации. Когда в процессе работы над проектом требовалось внести изменения, они вносились в модель, после чего происходила автоматическая корректировка всех соответствующих плоских видов и чертежей. За счет этого был исключен наиболее трудоемкий и занимающий много времени процесс переработки множества компоновочных чертежей и сечений, связанный с внесенными изменениями.

Для генерации изометрических чертежей использовались линии трубопроводов, проложенных в 3D-модели с помощью Rebis АutoPLANT. В процессе генерации изометрических чертежей автоматически идентифицировались точки разрыва линий трубопроводов, маркировались границы каждого изометрического чертежа и выделялись ярлыками наиболее важные размеры. Изометрические чертежи, получаемые таким образом, требуют минимальных проверок, поскольку программа гарантирует, что они на 100% согласуются с 3D-моделью конструкции. Кроме того, программа генерирует и вставляет в чертеж ведомость материалов. В результате очень существенно уменьшается время изготовления изометрий по сравнению с изготовлением их ручным способом или при помощи простейших программных средств типа AutoCAD LT. Если выполнять эту работу вручную или используя простейшее программное обеспечение, для создания изометрических чертежей опытному проектировщику потребуется около 3-4 часов, включая создание ведомости материалов, проверку, подготовку к изготовлению и сам процесс изготовления рабочей документации. При использовании 3D-модели и соответствующего подхода в среднем каждые 30 секунд можно получать 10 и больше изометрических чертежей.

Рутинная работа, и как с ней бороться

Поскольку элементы конструкции в процессе создания трехмерной модели выбираются из файлов соответствующих баз данных, информация об их свойствах и параметрах автоматически сохраняется в базе данных AutoPLANT и связывается с моделью судна. Эта информация может использоваться для автоматической генерации рабочей документации типа ведомостей материалов, перечня клапанов и ведомости приборов. Обычно создание подобных документов для проектов подобных размеров — очень большая и трудоемкая работа. В данном проекте эти документы были созданы за несколько часов, для чего потребовалось задать опции форматирования документа и его распечатку.

Для создания модели корпуса и силового оборудования судна было использовано приложение CADLink фирмы Аlbacore Research Ltd. Эта программа отлично работает с Rebis АutoPLANT, что позволило импортировать элементы конструкции корпуса и силового оборудования судна в 3D-модель. При работе в 3D-среде проектировщики видят на экране монитора, как выглядит все судно; после завершения разработки модели заказчик может сразу просмотреть и проанализировать полную 3D-модель. Поскольку модель позволяет представить, как будет выглядеть реальное судно, и воспроизвести отдельные его фрагменты, то значительно повышается качество проектных работ и сокращается количество ошибок. Вместо того чтобы пытаться «дешифровать» двухмерные чертежи, заказчик может в любой момент ознакомиться с трехмерным проектом и внести изменения в модель судна на любом этапе проектирования, задолго до реализации проекта в металле.

Улучшение процесса изготовления

Реальную проверку метод 3D-моделирования прошел на этапах изготовления и монтажа оборудования. Использование для создания чертежей 3D-модели позволяет изготавливать отдельные конструктивные узлы, осуществлять монтаж трубопроводной обвязки и затем компоновать их вместе в виде отдельных модулей. Поскольку в моделируемом силовом отсеке и корпусе уже определены места, в которых будут располагаться элементы конструкций, прокладываться трубопроводы и размещаться другие элементы, то соответствующие вырезы и проемы могут быть выполнены заранее. При этом нет необходимости производить резку в монтажной зоне в процессе монтажа. Это значительно уменьшает число рабочих в зоне монтажа, зоны становятся более чистыми, и возникает меньше помех для работы. Для одновременного строительства четырех судов фирма Вender разработала непрерывный технологический процесс, значительно более производительный по сравнению с традиционными методами, в которых используется большой объем ручного труда. 3D-модель также была использована для создания 3D-видов и изображений отдельных модулей и секций с пространственным разделением узлов и деталей, которые гораздо легче воспринимаются, по сравнению с обычными 3D-чертежами, и помогают ускорить процесс монтажа.

Новый подход, использованный при монтаже, значительно улучшил управление рабочей силой. Обычно потребности в рабочей силе значительно изменялись в ходе реализации проекта, поскольку большой объем работ, непосредственно связанный с изготовлением узлов и деталей, выполнялся в процессе монтажа. Возможность создания рабочих чертежей всех модулей и узлов судна с помощью программы Rebis AutoPLANT и CADLink позволила при необходимости изготавливать нужные элементы конструкций. Это дало возможность фирме Bender использовать постоянное число рабочих в ходе выполнения всего проекта. Кроме того, возможность создания 3D-видов и разрезов значительно упростила многие задачи монтажа и позволила использовать при монтаже менее опытных рабочих, одновременно уменьшив число ошибок и переделок.

Как и следовало ожидать, столь значительное изменение методов строительства и изготовления узлов потребовало некоторого времени на переподготовку персонала компании. Кроме того, время проектирования первого судна с использованием метода пространственного моделирования уменьшилось по сравнению с прежним традиционным методом, значительно улучшилось качество проектной документации и существенно сократились сроки ее изготовления. Время изготовления и монтажа конструкций судна было приблизительно на четверть меньше по сравнению с традиционным методом. Фирма Bender Shipbuilding в настоящее время разрабатывает проект нового судна и ожидает, что время проектирования будет значительно меньше по сравнению с ранее использовавшимся 2D-подходом в проектировании. Менеджеры фирмы предполагают, что при разработке будущих проектов будет достигнута значительно большая экономия, поскольку проектировщики и судостроители фирмы полнее овладеют новыми методами пространственного проектирования и соответствующим программным обеспечением.

Итоги и перспективы

Применение нового метода трехмерного моделирования, базирующегося на использовании современных программных продуктов, помогло фирме Bender Shipbuilding существенно уменьшить время и стоимость проектов строительства судов. Новый 3D-подход позволяет конструкторам и проектировщикам определить места в корпусе и в силовом наборе судна, где проходят трубопроводы, задать места для размещения оборудования и пр. Используя этот метод, все трубопроводы, узлы оснований оборудования и конструкции можно предварительно собрать в виде отдельных секций или узлов, которые в дальнейшем могут быть включены в отдельные модули конструкции. Все элементы силового набора корпуса, трубопроводы и оборудование могут быть размещены более эффективным образом с использованием трехмерной компьютерной модели судна; визуально это делается практически так же, как при монтаже реальных узлов на заводе. Полученная 3D-модель конструкции может в дальнейшем использоваться для генерации пространственных видов расположения узлов и деталей, с которыми легче работать, так как они более понятны по сравнению с обычными 2D-чертежами. Фирма Bender Shipbuilding совсем недавно завершила строительство нового 220-футового грузового морского судна, которое было спроектировано и построено с использованием этого нового подхода. При этом в процессе проектирования и строительства судна была получена значительная экономия времени и средств.

Исследуя самые современные методы компьютерного моделирования, фирма Bender Shipbuilding стремится к обеспечению полной информационной связи для обмена данными между проектировщиками в проектно-конструкторских подразделениях компании, рабочими и инженерами-планировщиками непосредственно в зоне монтажа. Фирма предполагает, что очень скоро, сразу после окончания процесса переподготовки персонала, сможет обеспечить планировщикам, контролерам и мастерам доступ к множеству защищенных файлов с 3D-моделью судов и к проектной документации. При таком подходе каждый персональный компьютер на рабочей площадке сможет стать автоматизированным рабочим местом, связанным с системой проектирования объекта, и с его помощью пользователи смогут свободно выбирать нужные виды модели, элементов и другую доступную и полезную информацию. Предполагается, что это позволит более гибко решать проблемы технической поддержки при выполнении монтажных работ на рабочей площадке.

«САПР и графика» 11'2001