Многие же видели супергеройский фильм “Железный человек”? Где гениальный инженер (а потом уже миллиардер и плейбой) Тони Старк создавал боевые костюмы в 3D-очках и моделировал при помощи голограмм в дополненной реальности. В кино это выглядело круто и футуристично... Однако подобные технологии уже применяют современные инженеры! Кто создает для кораблей цифровых двойников в Северодвинске и чем полезны технологии AR/VR на местной верфи — рассказывает кандидат технических наук, директор института судостроения и морской арктической техники (Севмашвтуз) филиала САФУ Марк Ивлев.
От кульмана к монитору
Вообще, термин "цифровая трансформация" уже стал растиражированным штампом. Что мы считаем частью этого процесса? Отказ от бумаг в пользу электронного документооборота, обмен данными в реальном времени. Всё это не так сложно внедрить, понять и принять. Хотя для передовиков производства такой ветер перемен — не более, чем сквозняк.
Существует два направления, которые могут изменить работу в цехах и на стапеле:
— В отечественном судостроении началось внедрение современных технологий даже в те процессы, которые не предполагают цифровизации. Именно в производственную сферу, где люди думают, что всё это их не касается. Речь идёт о цифровом проектировании и моделировании, применении технологий дополненной и виртуальной реальности на производстве, — говорит Марк Леонидович.
Севмашвтуз не только обновляет программы подготовки для будущих инженеров, но и ведет совместную работу с заводскими специалистами в области цифрового проектирования
Как замечает собеседник, цифровым проектированием сейчас никого не удивишь. Ни в одном конструкторском бюро уже не встретишь инженера перед кульманом с карандашом и линейкой в руках. Много лет специалисты работают в системах автоматизированного проектирования (САПР) на ПК.
— Но одно дело перенести процесс с кульмана на монитор, другое — моделировать поведение объекта на всех этапах его жизненного цикла. Это не просто 2D-чертеж, на котором раньше заканчивалась работа технологов и конструкторов. Сейчас при проектировании используют комплексный подход, который должен охватывать все этапы производства: от разработки до утилизации, — поясняет М. Ивлев.
Что есть digital twin?
Для решения такой задачи применяются методы цифрового моделирования изделий. Они бывают разной степени проработки и глубины. Наиболее полный метод называется “digital twin” или по-русски “цифровой двойник”. Севмашвтуз освоил этот метод и готов работать по нему совместно с градообразующими предприятиями.
Цифровой двойник — это программный аналог физического устройства, который позволяет моделировать поведение изделия на всех этапах жизненного цикла. Это не просто чертеж в 3D, а полная проекция продукта, например, корабля, которая учитывает физические параметры каждого элемента, будь то оборудование в отсеках или особенности корпуса. Столь точная модель позволяет учесть и оптимизировать взаимодействие всех элементов с учетом режимов работы изделия и воздействия на него окружающей среды.
— Для создания корректной модели мы используем программную среду ANSYS. Это обширный пакет приложений для проведения инженерных расчетов и проектирования, — рассказывает об опыте Севмашвтуза Марк Леонидович.
Цифровое моделирование позволяет минимизировать этапы, связанные с физическими испытаниями, которые в этом случае становятся виртуальными. Во время тестирования методом конечных элементов производятся прочностные расчеты, анализируются показатели гидро- и аэродинамики, электромагнитные процессы и многие другие.
— Такой подход даёт высокую точность результатов и позволяет охватить большое количество вариантов, чем при использовании традиционных методик. Понятно, что подобные расчеты требуют больших вычислительных ресурсов. Обычный ПК не потянет серьёзную модель, сделанную в ANSYS. Нужны очень мощные машины или специальные вычислительные кластеры. Наш головной вуз в Архангельске имеет такой в своём арсенале. Мы имеем к кластеру удаленный доступ, можем загружать туда наши модели для вычислений, — говорит о преимуществах института директор.
В Севмашвтузе цифровые модели создают преподаватели и студенты, это направление освоено и развивается уже несколько лет.
В отсек — в AR-очках
Ещё одно интересное направление цифровизации в судостроении — применение технологий дополненной (AR) и виртуальной (VR) реальности.
— Тот, кто думает, что эти технологии могут применяться только в кабинетах — ошибается. Современное судостроительное производство не обходится без средств, позволяющих работать с AR и VR — а это шлемы, очки, планшеты, — говорит М. Ивлев.
Ранее мы уже видели, как это можно применить для обучения новых работников: ученик надевает VR-очки и оказывается, к примеру, в одном из отсеков корабля и выполняет задание. Для этого уже не нужно создавать макет отсека, достаточно сделать комнату виртуальной реальности.
VR может стать частью процесса моделирования и проектирования. Для производственного процесса больше подходят AR-технологии, когда виртуальные объекты накладываются на реальную обстановку. Кстати говоря, именно так Тони Старк примерял отдельные элементы своего костюма...
— То же можно делать и в отсеках корабля, например, компоновать оборудование или прокладывать кабельные трассы. Это всегда корректируется на месте и зачастую серьезно отходит от изначального проекта. Манипулировать виртуальными объектами гораздо удобнее и быстрее, — поясняет собеседник.
Перспективны и виртуальные инструкции. Это технология, которая позволяет минимизировать количество ошибок при выполнении сборочных или ремонтных работ:
— Обычно этот процесс построен как: у работника есть чертежи, в которых нужно разобраться, что и как собирать, какие комплектующие и инструменты использовать. А, надев AR-очки, специалисту транслируется каждый шаг: какой инструмент взять, какие детали соединить. Могут подсвечиваться даже лотки, где и какой элемент находится. Работнику не нужно вникать в каждую сборку, за счет чего экономится и время на техобслуживание.
И это не идея завтрашнего дня, технология уже работает! Севмашвтуз занимается разработками совместно с индустриальными партнерами.
Даже столь оригинальные решения близки к практическому воплощению и в ближайшее время начнут внедряться на северодвинских заводах.
Анна АЛЯСКА