Современные ИТ-системы, используемые в судостроительной отрасли, разделяются в зависимости от сферы применения:
CRM-, SCM- и ERP-системы часто объединяются в одну. Примеры таких систем, широко применяемых в судостроении, — SAP, Microsoft Dynamic 365 и 1С. Все они могут работать и в облаке, и в виде локальных решений. По каждой из этих систем можно написать отдельную статью, даже не одну — настолько многообразны и интересны эти темы. Сегодня мы предлагаем ознакомиться с системами управления жизненным циклом изделий (PLM).
Нет жизни без PLM
Ни одно современное производство не может обойтись без PLM-систем, которые управляют жизненным циклом изделий. PLM-системы можно разделить на следующие компоненты:
На рынке программного обеспечения представлены интегрированные комплексы, которые дают все необходимые функции PLM и других ИТ-систем для судостроения. Иногда даже трудно понять, к какому компоненту относится то или иное решение, — так много функций из этих компонентов уже включено в решение.
CAD и CAE — может ли конструктор работать в облаке?
Важная составная часть системы PLM — САПР (CAD/CAM/CAE). Одним из мировых лидеров в области CAD/CAM является компания SSI (ShipConstructor Software Inc). Ключевое решение компании — система ShipConstructor — взаимодействует с Autodesk AutoCad. ShipConstructor использует единую базу данных для всех этапов моделирования и технологической проработки проектов. Одни и те же данные используются для проектирования, производства и управления жизненным циклом изделия, включая ремонт, обслуживание и модернизацию. В среде ShipConstructor чертежи генерируются автоматически в DWG-формате. При необходимости для доработки чертежа можно использовать и стандартные инструменты AutoCad. Документация связана с моделью посредством ассоциативной связи, которая означает, что при изменении 3D-модели рабочая документация автоматически обновляется. Пользователь также получает информацию о том, какие документы требуют обновления из-за изменения модели. И наоборот: изменения, внесенные в документацию вручную, не пропадают при изменении детали продукции. Автоматическая генерация чертежей в DWG-формате позволяет просто и эффективно обмениваться данными со сторонними организациями, не затрачивая время на конвертацию файлов. ShipConstructor также предоставляет функции CAM-системы. Модуль NC-Pyros позволяет подготавливать данные для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), которые могут резать из стали детали обшивки. Возможность создания управляющих программ для станков с ЧПУ не покидая среды проектирования помогает сократить процесс проектирования и подготовку производства. CAM-компоненты в составе системы разработки технических процессов уже существуют в виде SaaS-решений. CAD-системы редко покидают персональные компьютеры и переходят в облака, хотя такие технологии уже есть. Можно арендовать мощную виртуальную рабочую станцию и даже лицензию Autodesk Autocad. Такая модель будет интересна проектным организациям, привлекающим временных сотрудников. 3D-модели и чертежи, подготовленные в ShipConstuctor, можно показать инженерам и заказчикам при помощи облачной службы Autodesk 360 Drive или облачной PLD-системы Autodesk Fusion Lifecycle. Этой облачной PLM пользуются различные компании, разрабатывающие судовое оборудование.
PDM — комплексное управление информацией
Одно из ведущих предприятий, занимающихся производством нефтяных платформ, — Lampell — использует в своей работе комплексную систему производства SSI EnterprisePlatform. Вся информация о продукции собирается в модели данных о продукции, ShipConstructor Marine Information Model (MIM). Использование этой системы позволяет предприятию экономить значительные средства, автоматизируя и анализируя процессы управления. На основе информации, полученной из MIM, ведется управление строительством, работа сварочных роботов и станков с ЧПУ. Данные из MIM доступны не только инженерным и производственным отделам, но и службам коммерции, качества, безопасности, финансовым службам. Такой подход к обработке информации становится экономически эффективным, масштабируемым, настраиваемым и прозрачным. SSI EnterprisePlatform состоит из компонентов в виде виртуальных машин, которые могут быть размещены как в собственном дата-центре, так и на виртуальных серверах в рамках услуги IaaS.
А знаете ли вы, что впервые воспользовались трехмерным проектированием судостроители времен Петра I? Основным документом с петровских времен являлась адмиралтейская модель. Прежде чем приступить к постройке нового корабля, создавали его уменьшенную копию, причем без части обшивки — чтобы получше разглядеть детали шпангоута.
Концепция теоретического чертежа — моделирование сложной формы в виде плоских сечений на кульманах — долгое время оставалась единственно возможным способом проектирования судов. Только переход на компьютерное проектирование вернуло судостроителей к трехмерной модели. Таким образом, переход на современные технологии информационной модели изделия, в основе которой лежит CAD-модель, — это возвращение к истокам. Ранее для определения оптимального расположения оборудования систем и устройств требовалось строить натуральную масштабную модель, теперь можно использовать программно-аппаратные комплексы виртуального проектирования на базе IC.IDO, разработанные ESI Group. Такой комплекс был приобретен Зеленодольским проектно-конструкторским бюро для контроля проектирования и приемки модели проекта. Комплекс позволяет «собрать» всех в одном помещении, начиная от разработчиков и заканчивая главным конструктором, и обеспечить имитацию присутствия в реальном помещении.
В основе работы комплекса лежит принцип анализа модели в трехмерном пространстве, сама модель берется из интегрированной системы разработки чертежей и расчетов и 3D-проектирования AVEVA Marine.
AVEVA Marine — набор интегрированных между собой приложений, разработанных специально для создания судов и платформ. Комплекс работает в локальной сети предприятия.
Использование системы AVEVA Marine позволило Крыловскому государственному научному центру, расположенному в Санкт-Петербурге, спроектировать такое уникальное судно, как ассиметричный ледокол. Его конструкция решает проблему расширения судоходных каналов на мелководье. Ледокол был построен в Финляндии, на стапелях компании Arctech Helsinki Shipyard, при участии калининградского завода «Янтарь». Сейчас эта компания активно предлагает потенциальным заказчикам несимметричные мощные 25-мегаваттные ледоколы уже для работы в Арктике.
CAPP — управление производством уже в облаках
Последние десятилетия увеличивается спрос на многоцелевые суда, оснащенные новыми видами оборудования, что повышает неопределенность при постройке. Во-первых, рост числа бортовых систем усложняет проверку правильности процессов сборки. Во-вторых, габариты, технические характеристики и даже цены на новое оборудование на начальном этапе точно неизвестны. Внесение изменений в конструкцию на поздних этапах приводит к нарушению процессов не только конструирования, но и постройки судна, что ведет к дорогостоящим задержкам. Виртуальное моделирование процесса строительства корабля позволяет при внесении изменений пересчитывать сроки и степень загрузки производственных мощностей. Выполнение подобного анализа дает возможность вносить соответствующие коррективы в технологические процессы достройки судна. Для этого в информационную модель судна нужно внести фактор времени. Эта концепция получила название 4D-Planning. Такие CAPP-системы, как Tecnomatrix и Teamcenter производства Siemens PLM Software, учитывают фактор времени, позволяя создавать реалистичные планы строительства судна и даже прогнозировать неприятности при возможном изменении последовательности сборки корабля. Такие системы могут даже запрограммировать сварочных роботов, чтобы те приступили к сварке стальных узлов, когда узлы появятся на строительной площадке. Эти системы могут быть развернуты как локально (on-premise), так и в гибридном облаке и в рамках модели IaaS, предоставляемой Siemens Industry Software. Еще один пример интегрированной системы — система AVEVA NET. Этот комплекс служит для объединения данных из различных источников и наглядного представления в веб-интерфейсе. В первую очередь он позволяет интегрировать данные из САПР таких производителей, как AVEVA, Intergraph, Bentley System, Dassault Systèmes, Autodesk и прочих. С помощью специальных шлюзов в систему можно загружать документы, графику и данные из различных источников. Пользователи получают доступ к набору данных (чертежам, технологическим схемам, трехмерным модулям объектов, закупочным ведомостям, паспортам оборудования) с помощью единого интерфейса. Все данные размещаются на веб-портале, доступ к которому можно получить удаленно — даже на нефтяной платформе на шельфе Северного моря. Графические данные могут передаваться в облегченном формате, что особенно важно при работе с трехмерными изображениями, передаваемые по сетям 3G/LTE. Помимо задач объединения информации, этот комплекс решает задачи анализа данных и позволяет, например, раскрасить трехмерный объект в зависимости от статусов объектов, сравнения плановых и фактических дат.
AVEVA Net — пример локального решения, которое требует собственной инфраструктуры и VPN-каналов для связи с удаленными филиалами и сотрудниками. Давайте рассмотрим, как локальные решения становятся облачными. Развитие AVEVA Net привело к появлению облачного сервиса
AVEVA Connect. Облако помогает владельцам нефтяных платформ, инженерным подрядчикам и судостроителям оптимизировать совместные проекты, контролировать и защищать свою интеллектуальную собственность. Строительство нефтяных платформ — сложный процесс, в котором участвует множество подрядчиков, субподрядчиков и поставщиков, работающих в условиях контрактных соглашений. При заключении контрактов трудно предвидеть различные осложнения и конфликтные ситуации сторон, особенно при совместной работе команд из разных стран, что может приводить к следующим проблемам:
В результате около 50% проектных решений могут оставаться несогласованными, что выливается в переделки и дополнительные работы. Переход к работе в AVEVA Connect позволяет создать единую информационную платформу, которая будет предоставлять единый интерфейс для доступа ко всей необходимой информации, причем связь между чертежами, моделями и документами создается автоматически, на основе сквозной системы кодирования. Жизненный цикл изделия включает в себя не только проектирование и производство, но и сервисное обслуживание и ремонт. После строительства платформы эксплуатирующая организация может получать информацию для расчета стоимости и планирования необходимых работ из AVEVA Connect. Чтобы поддерживать производительность специалистов, имеющих опыт работы с продуктами AVEVA, их опыт взаимодействия с облачной средой должен быть неотличим от работы на локальном компьютере в физическом офисе. До сих пор серьезным препятствием для этого была неспособность запускать высокоинтенсивные графические приложения через Интернет. Этот барьер быстро исчезает, так как для всех графических расчетов AVEVA Connect использует сервис потоковой передачи изображений Amazon AppStream 2.0.
CAE — численные расчеты в облаке
Еще один секрет успеха предприятий судостроительной отрасли — научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР). Именно НИОКР позволяют обеспечить рост качества проектов, а также сокращают циклы постройки и снижение себестоимости. НИОКР выполняют различные отраслевые научно-исследовательские институты (НИИ) и исследовательские центры при судостроительных компаниях. Зачастую НИИ трудно приобрести собственный вычислительный кластер или необходимое программное обеспечение, так что аренда программных и аппаратных ресурсов для выполнения проектов представляется разумным выбором. Инженерам, работающим над расчетами кавитации гребных винтов или проектирующими корпуса судов, необходимы такие инструменты компьютерного проектирования моделирования (CAE, computer-aided engineering), как, например, ANSYS или STAR-CCM+. Расчет корпуса судна в программе STAR-CCM+ на обычном компьютере i7 с 4 ядрами занимает 5 суток, а с использованием вычислительного кластера из 7 узлов — 5,5 часов. Иногда условия контракта допускают выполнение работы в течение нескольких недель, а иногда нет. В таком случае поможет аренда необходимых вычислительных ресурсов в облак. Для моделирования управляемости судов часто применяют пакет MATHLAB. Инженерам, работающим в этой программе, понравится другой облачный сервис — ActiveCloud. Это решение создано на базе технологий виртуализации VMware и NVIDIA GRID. Сервис позволяет арендовать необходимые графические и вычислительные ресурсы и лицензии MathWorks. При работе с сервисом инженер получает в аренду виртуальное рабочее место с аппаратным 3D-ускорителем. Например, тарифные планы ActiveDesk предоставляют следующие возможности:
Приобретение подобного программно-аппаратного комплекса обойдется НИИ в 180 000 р., не считая стоимости лицензии. Для таких виртуальных рабочих мест рекомендуется установить программу-клиент VMware Horizon Client, хотя технология позволяет работать и с обычным браузером. Еще один пример программного обеспечения для решения задач вычислительной гидродинамики (CFD), работающего как локально, так и в составе гибридного облака или в рамках услуги SaaS, — это комплекс FINE/Marine производства бельгийской фирмы NUMECA. С помощью FINE/Marine моделируются задачи на расчет сопротивления, мореходности, управляемости судов, а также работы гребных винтов. Кластерный решатель на основе MPI доступен как для Windows, так и для Linux.
Подводные камни и перспективы
Курс к облачным системам в судостроении, как и в других отраслях тяжелого машиностроения, не лежит на прямой.
Несмотря на то что трех-, а то и четырехмерное проектирование стало стандартом «де факто» на всех судостроительных предприятиях, в российской судостроительной отрасли еще нет понимания, что такое «информационная модель судна», каждый производитель видит ее по-своему. Единое понимание позволит создавать «виртуальные предприятия». Пример такого предприятия можно обнаружить в Индонезии, в городе Суробая. Судостроительная верфь, принадлежащая Индонезийскому государственному судостроительному объединению PT PAL Indonesia, объединяет организации, работающие над одним проектом в разных государствах. В Бангкоке (Таиланд) проводят маркетинговые исследования, в Токио (Япония) — начальное проектирование, Тайпей (Тайвань) — эскизное проектирование, Пусан (Южная Корея) — рабочее проектирование, в Суробае происходит постройка судов. Все организации и предприятия, участвующие в проекте, работают совместно, используя единую информационную модель судна. «Сердцем» информационной системы для таких виртуальных верфей являются гибридные системы, где часть инфраструктуры принадлежит предприятиям, а часть предоставляется как SaaS-услуга или виртуальная инфраструктура IaaS от облачного провайдера.
