Ошибки, допущенные во время цифрового моделирования корпуса, могут проявиться на верфи — в виде дополнительных зазоров, сложностей при гибке листов, роста объема сварки. А еще их может обнаружить судовладелец, когда начнет замечать ускоренный процесс коррозии корпуса во время эксплуатации.
При этом многие дефекты остаются незаметными вплоть до начала строительства. О том, почему качество судовой поверхности становится одной из самых недооцененных проблем современного судостроения, «Медиапалубе» на примерах рассказал технический директор НПК «СиПлаз» Александр Алексанов.
От плазовой разбивки к цифровой геометрии корпуса
П: Александр Валентинович, расскажите о компании: как она появилась и чем вы занимаетесь сегодня?
— Наши разработки в области программного обеспечения для проектирования и сглаживания судовой поверхности имеют очень длинную историю. Начиная с 1990-х годов мы занимались разработкой программы Apirs в нижегородской компании «Интерактивные графические системы». Позже работа продолжилась в совместной российско-норвежской компании «СиТех».
Apirs послужил прототипом для разработки программы SeaSolution, а мы, в свою очередь, получили неоценимый опыт и контакты с верфями и КБ по всему миру. Начиная с 2010 года разработка велась в большей степени в инициативном порядке. За это время накапливался опыт работы с различными заказчиками и типами судов. После создания нового математического ядра возникла необходимость сформировать компанию, которая бы специализировалась на разработке новой программы, ее распространении и выполнении работ для отечественных заказчиков. Так появилась НПК «СиПлаз».
Новая программа SeaSolution AT (Apirs Technology) не только вобрала в себя все лучшее, что было в SeaSolution с точки зрения сглаживания поверхности корпуса для производства, но и получила множество новых функций. Она позволяет использовать программу на всех стадиях — от начального проектирования до строительства судна.
Кроме разработки программного обеспечения мы выполняем и практические работы на базе собственного ПО. Это позволяет тестировать новые решения в реальных условиях проектирования. Мы работаем как с КБ, так и с верфями: проектируем корпус судна с нуля, оптимизируем сопротивление с использованием CFD, оптимизируем параметры винтов. Результатом становится поверхность корпуса, готовая к выпуску рабочей документации и строительству.
Для верфей мы, как правило, анализируем поверхность, полученную от проектанта, исправляем ошибки и приводим ее в соответствие с технологическими требованиями конкретного предприятия.
Подробнее Сиcтема моделирования поверхностей корпусов судов Sea Solution AT Поставщик SeaPlaz
П: В чем суть ваших решений? Какие задачи вы помогаете решить?
— Наше программное обеспечение охватывает весь спектр задач проектирования, моделирования, оптимизации и сглаживания судовой поверхности — вплоть до разверток листов. При этом на всех стадиях используется одна и та же программная среда, без необходимости переносить модель из одной программы в другую.
Наш софт совместим практически со всеми программами расчетов и моделирования, применяемыми в судостроении. Сейчас мы также занимаемся разработкой интерфейса Open Class 3D Model Exchange (OCX) — универсального протокола обмена данными в судостроении. Это позволяет легко интегрировать наши программы в любые процессы проектирования как в КБ, так и на верфях.
Для рыболовного судна длиной около 70 метров снижение сопротивления воды на 10% может давать экономию топлива до 500 тысяч евро в год.
П: С какими типами заказчиков вы чаще всего работаете – проектные бюро, верфи, судовладельцы?
— В основном это КБ и верфи. С судовладельцами мы работаем редко, хотя по опыту взаимодействия с западными компаниями могу сказать, что там судовладельцы часто очень глубоко вовлечены в процесс проектирования и даже настаивают на обязательной оптимизации поверхности корпуса.
Их можно понять. Например, для рыболовного судна длиной около 70 метров снижение сопротивления воды на 10% может давать экономию топлива до 500 тысяч евро в год.
П: Почему вы сосредоточились именно на работе с геометрией корпуса и поверхностями? Считаете, что эта область сегодня недооценена в судостроении?
— Я занимаюсь этим практически со студенческой скамьи. Моя дипломная работа называлась «Разработка программы аналитического согласования корпуса судна». Мы были первыми, кто начал использовать B-сплайн-поверхности для описания формы корпуса.
SeaSolution AT — это специализированный инструмент именно для работы с судовой поверхностью. Ни одна из существующих на рынке программ, на мой взгляд, не дотягивает до ее возможностей с точки зрения функционала и контроля качества формы корпуса. Наш многолетний опыт проверки различных моделей показывает, что корпуса, изготовленные в нашей программе, содержат значительно меньше ошибок и проблем.
К сожалению, сегодня многие компании используют различные подручные, зачастую условно бесплатные средства для проектирования формы корпуса. Это не идет на пользу ни проекту, ни строящемуся судну.
Современные программы часто визуально «сглаживают» форму корпуса и скрывают дефекты. Очень легко посмотреть на красивую закрашенную в рендере картинку и отправить в производство фактически кривой корпус. Любая программа — это всего лишь инструмент.
П: Как менялось понимание этой задачи в отрасли за последние годы?
— Первое, что всегда пытались автоматизировать в процессе цифровой трансформации судостроения, — это моделирование судовой поверхности и замена ручной плазовой разбивки. В результате натурный плаз практически исчез, как и профессия плазовщика, точнее — плазового разметчика.
Сегодня все поверхности моделируются на компьютере, но многие в отрасли слабо представляют, насколько качественными они должны быть. Современные программы часто визуально «сглаживают» форму корпуса и скрывают дефекты. Очень легко посмотреть на красивую закрашенную в рендере картинку и отправить в производство фактически кривой корпус. Любая программа — это всего лишь инструмент. Решения все равно принимает конструктор.
Хорошо, что в процессах участвуют молодые специалисты и студенты, но отсутствие опыта и использование не самого подходящего софта часто играет злую шутку. Кроме того, профессии «плазовщика на компьютере» нигде не обучают. Хотелось бы, чтобы ситуация постепенно менялась, потому что судовая поверхность — это фундамент всего судна.
Почему качество судовой поверхности стало проблемой для верфей
П: С какими задачами к вам чаще всего приходят заказчики?
— Бытует мнение, что на стадии проектирования нет необходимости качественно сглаживать поверхность. Но практика показывает обратное. Хотя бы для выполнения CFD-оптимизации корпуса. Некачественно сглаженная поверхность не позволяет корректно определить сопротивление, а значит, и результаты оптимизации нельзя считать достоверными.
Заказчики всегда просят выполнять модель поверхности максимально качественно, потому что геометрия используется для выпуска чертежей. А качество модели напрямую влияет на качество документации
П: Есть ли типичные проблемы в проектировании корпуса, которые повторяются от проекта к проекту?
— Из-за нехватки квалифицированных специалистов, способных оценивать качество формы корпуса на разных стадиях, заказчик начинает беспокоиться только тогда, когда проблема уже становится серьезной. Например:
- щели в поверхности при передаче модели в программы подготовки рабочей документации приводят к проблемам при выпуске листов обшивки и построении внутреннего набора;
- избыточное число точек и участков поверхности вызывает сложности при выпуске листов наружной обшивки;
- невозможность реализовать геометрию корпуса в металле — например, слишком маленькие радиусы гиба — приводит к ручной доводке конструкции уже на верфи.
В итоге приходится выполнять аварийное сглаживание с большим количеством ограничений, потому что часть корпуса уже может быть изготовлена или даже собрана. Все эти дефекты потом хорошо заметны на готовом судне.
П: Как именно качество геометрии корпуса влияет на строительство судна?
— Если говорить о сборке и сварке корпуса, то основные есть несколько типичных проблемных последствий применения низкого качества геометрии:
- локальные дефекты поверхности приводят к увеличению зазоров между листами обшивки и внутренними конструкциями;
- увеличение среднего зазора всего на 2-3 мм может увеличить трудоемкость сборки и сварки секции более чем на 50%;
- верфи теряют доверие к качеству разверток и начинают закладывать избыточные припуски по кромкам гнутых листов;
- ухудшается качество сварных соединений, появляются лишние термические деформации, внутренние напряжения, ускоряется коррозия и образование усталостных трещин;
- возникают сложности при стыковке секций на стапеле.
Здесь уже стоит задуматься и судовладельцам. Корпус, который начинает трещать и гнить раньше срока, — это серьезная эксплуатационная проблема.
Увеличение среднего зазора на поверхности корпуса всего на 2-3 мм может увеличить трудоемкость сборки и сварки секции более чем на 50%.
П: Где последствия проявляются сильнее всего — на раскрое, гибке или сборке?
— В первую очередь проблемы возникают у корпусников, которые моделируют рабочую документацию на постройку судна. На плохой поверхности алгоритмы работают некорректно, построения требуют дополнительного времени.
Также сложности проявляются при сборке внутренних деталей корпуса, особенно если они вырезаны по дефектным линиям шпангоутов, а листы обшивки гнутся уже по естественным кривым с учетом физических свойств металла.
П: В чем принципиальное отличие вашей работы от стандартных инструментов, которые уже есть у проектировщиков?
— Наша программа является узкоспециализированной и изначально создавалась именно для судостроения.
Среди ключевых особенностей:
- развитые инструменты контроля качества поверхности;
- возможность создавать и повторно использовать модели на основе библиотеки прототипов;
- единый математический аппарат — от ранних стадий до производства;
- поддержка контроля версий проекта;
- совместимость практически со всеми основными программными комплексами в судостроении.
И главное — программа позволяет реализовать именно ту поверхность, которую задумал проектант, а не ту, которую способен автоматически построить софт.
Как геометрия корпуса влияет на экономику судна
П: Требует ли внедрение таких решений перестройки внутренних процессов?
— Нет. Наши решения легко встраиваются в существующие процессы проектирования. Интеграция осуществляется через обмен геометрическими файлами для различных САПР-систем.
С внедрением формата OCX этот обмен станет еще проще.
П: За счет чего достигается экономический эффект?
— Прежде всего, за счет повышения общей культуры производства. Когда между деталями набора и листами обшивки нет лишних зазоров, уменьшается объем сварки, снижаются термические напряжения и коррозия.
Отдельно отмечу минимизацию припусков на листах обшивки. Некоторые наши заказчики полностью отказываются от внутрисекционных припусков.
П: Может ли это отражаться и на эксплуатационных характеристиках судна?
— Безусловно. С точки зрения гидродинамики — это улучшенная мореходность и экономия топлива.
Например, разработанная нами носовая оконечность рыболовных судов обеспечивает более плавное движение при тралении и лучшую сохранность тралового оборудования.
Если говорить о самом корпусе, то это меньшая коррозия, лучшая сохранность конструкции и снижение затрат на капитальный ремонт.
П: Насколько российские верфи сегодня готовы к таким технологиям?
— Никакой специальной подготовки не требуется. Нужно просто начать работать с качественной поверхностью корпуса — и разница становится очевидной сразу.
Никаких серьезных инвестиций или перестройки технологических процессов для этого не нужно. При этом затраты на качественное сглаживание несопоставимы с расходами на исправление ошибок уже в процессе строительства.
Если у кого-то есть сомнения в корректности поверхности нового судна, мы всегда готовы провести экспертную оценку. Обычно на это уходит не более одного дня.