Эпоха цифровых моделей: что сменило циркуль и бумагу в XXI веке
Кульман, циркуль и готовальня — предметы, которые многие из нас использовали на школьных уроках, — в реальности давно ушли в прошлое вместе с «бумажным» проектированием. Уже в 90-е чертежи создавались в компьютерных программах, в нулевых их сменили 3D-модели, а сейчас в истории цифрового моделирования наступает новый этап — виртуальные прототипы начинают «жить» вместе со своими реальными двойниками.
Промышленное оборудование, здания, дорожная инфраструктура, автомобили и самолеты — все эти объекты состоят из тысяч деталей, каждая из которых начинается с создания модели. Примерно до конца восьмидесятых это делалось на бумаге, с помощью кульманов, логарифмических линеек, станков без числового программного управления (ЧПУ). Закономерно, что ресурсные и временные затраты были колоссальными: чтобы выпустить 20 паровых турбин, турбинному заводу требовались силы 10 тысяч человек. Для сравнения: сейчас с этой задачей справляются менее тысячи специалистов. Изменилась сама философия проектирования.
Полностью отказаться от кульмана и прочих сопутствующих атрибутов удалось в девяностые: с этого времени чертежи создаются в системах автоматизированного проектирования (САПР или CAD, computer-aided design). Поначалу эти системы не отличались сложным функционалом и поддерживали исключительно 2D-формат — но это уже стало важным шагом для оптимизации производства. Постепенно технологии усложнялись: в 2010-е архивы чертежей «переехали» в цифровую среду и с локальных компьютеров на файл-серверы и облачные ресурсы, чертежи стали трехмерными, в работу вошли расчетные станции (суперкомпьютеры) и обрабатывающие центры.
Конструирование виртуального прототипа становится все сложнее: мы пока не дошли до массового применения голограмм и дополненной реальности, чтобы модель будущего изделия можно было буквально обойти со всех сторон и изучить «вживую» — однако новые технологии уже дали проектированию многие другие интересные возможности.
Виртуальный циркуль
Сегодня цифровое проектирование — база для создания самых разных объектов: от жилых зданий до турбин и космических кораблей. Термин «цифровое» означает не просто перенос чертежа с бумаги на экран компьютера: создание моделей сегодня строится на абсолютно новых принципах. Во-первых, к виртуальному макету привязывается вся документация, которая появляется в процессе подготовки производства. Это дает возможность видеть всю хронологию проектирования, включая этапы согласования, любые изменения, заключения и оценки.
Во-вторых, цифровой прототип обычно собирается в 3D-формате, что позволяет сделать расчеты максимально точными. В-третьих, «сборка» модели происходит в режиме реального времени, по технологии нисходящего одновременного проектирования. Это значит, что каждый, кто занимается разработкой макета, видит результаты работы других участников проекта. Это помогает минимизировать риск несостыковок, когда, например, конструктор планирует установку сенсоров на определенном участке оборудования, в то время как его коллега уже отвел этот участок под другой механизм.
И, разумеется, перевод проектирования на цифровые рельсы существенно снизил временные затраты. Так, рабочий проект одной из турбин Уральского турбинного завода, состоящей из 24 тысяч деталей, благодаря внедрению технологии «цифрового макета изделия» сегодня выполняется за 8 месяцев — раньше на эту задачу уходило больше года. А сокращение сроков — это уменьшение издержек и увеличение объема производства. Если ранее на заводе выпускалось от 200 до 300 трехмерных моделей в год — сейчас же это число превратилось в несколько тысяч.