Цифровая верфь – взгляд с другой стороны

Прежде всего отметим, что сам Рынок относится к процессу цифровизации верфей вполне одобрительно, что является ключевым условием осуществления этой идеи на практике – причем в глобальном масштабе. 

В частности, емкость сегмента цифрового судостроения по состоянию на 2021 год оценивалась в $1,13 млрд (с учетом неизбежного проседания в наиболее острый период пандемии Covid-19 на рубеже 2019-20гг), однако согласно самым скромным прогнозам ожидается, что уже к 2028 году данный показатель должен увеличиться почти до $3,5 млрд. При реализации подобного сценария совокупный среднегодовой темп роста (CAGR) составит 17,27%. 

Что же касается прогнозов оптимистических, то они предполагают более чем четырехкратный прирост за ближайшие восемь лет – до $5,66 млрд, c CAGR на уровне 17,27%: 

Таким образом, стремление судостроения к цифровизации выглядит вполне естественным и реальным путем дальнейшего развития отрасли, игнорировать широкие возможности которого попросту нерационально. Вопрос лишь в том, кто успеет снять сливки с инвестиций в этот динамично растущий сегмент рынка? 

Ответ очевиден – тот, кто ранее конкурентов сможет не только в полной мере оценить все необходимые для этого элементы перспективных технологий, но и грамотно внедрить их на производство. Что же (по мнению зарубежных отраслевых специалистов) абсолютно необходимо для полноценного превращения обычной верфи в цифровую?

3D: моделирование, сканирование и распечатка

Комплексное использование данных технологий дает более наглядную картину о будущем судне в целом и его отдельных составляющих, что существенно расширяет возможности разработчиков, конструкторов и собственно судостроителей – начиная с проектирования отдельных частей корпуса и отсеков до их полного наполнения соответствующими агрегатами, механизмами и системами, включая особенности их загрузки и монтажа.

При этом значительно облегчается создание различных вариаций того или иного технического или компоновочного решения, а также повышается эффективность и гибкость принятия окончательных решений, в том числе – с попутным частичным или полным перепроектированием проблемных узлов, участков и зон. 

В свою очередь, использование современных лазеров и оптических систем обеспечивает кратное увеличение точности изготовления деталей с оперативной сверкой ее соответствия спецификациям и (в случае необходимости) внесением корректирующих изменений на предоперационном этапе. 

Дальнейшее распечатывание деталей на 3D-принтере обеспечивает существенное увеличение темпов производства при значительной экономии используемых материалов. Последнее обстоятельство приобретает особую значимость в условиях чувствительного подорожания практически всех судовых комплектующих, а также сырья и энергоносителей для их производства.

Наконец, именно комплексное использование 3D-технологий делает возможным строительство действительно однотипных серийных судов – по-настоящему идентичных вплоть до мельчайших деталей.

Цифровые двойники

Эти полноценные 3D-модели позволяют объективно оценивать не только исходные физические характеристики реальных судов, но и их возможные изменения в ходе дальнейшей эксплуатации. Таким образом, задолго до того как судно будет заложено на стапеле, его создатели могут во всех подробностях изучить особенности предстоящей операционной деятельности и своевременно минимизировать связанные с ними риски.

В дополнение к этому, использование цифровых двойников дает возможность моделировать различные нештатные ситуации, проверяя эффективность работы судна в целом и отдельных его систем в осложненных условиях.

Таким образом конструкторы смогут выявлять слабые места проекта с минимальными затратами рабочего времени и материальных ресурсов и устранять их гораздо раньше, чем проблемный узел или система получат свое воплощение в металле. 

Это также избавит судостроителей от традиционных до последнего времени проблем, связанных с устранением недостатков сооружаемого судна по мере их практического выявления – в так называемом ретроактивном режиме.

Искусственный интеллект и роботизация

Одним из обязательных условий эффективной цифровизации производства является способность машин не только выполнять сложнейшие операции по команде человека, но и "мыслить" самостоятельно. Одновременно должны обеспечиваться условия для непрерывного развития этого важного качества посредством самообучения "интеллектуальных" механизмов – посредством организации доступа к максимально полной базе профильных данных, которые они могут обрабатывать и усваивать самостоятельно.

Дополнение искусственного интеллекта соответствующими датчиками и системами (фото- видео-, звуко-распознавания и т.д.), обеспечивает машинам возможность оперативно принимать "независимые" решения и применять их на практике, свободно ориентируясь в пространстве производственной зоны.

При этом, по мере развития уровня "образовательной подготовки" предполагается существенно расширять их компетенции – от выполнения чисто механических операций согласно чертежам, спецификациям и технологическим картам, до формулирования комплексных требований к проекту конкретного судна для постановки задач перед проектировщиками и конструкторами. 

Совершенствование искусственного интеллекта естественным образом открывает дополнительные возможности и для дальнейшего повышения уровня роботизации судостроения. От сравнительно простых, но весьма эффективных автоматов (по раскройке металла, сварке, окраске, контроля качества корпусных работ и т.д.) логика цифровой эволюция ведет к созданию роботизированных программ управления как отдельными этапами, так и процессом производства в целом. Таким образом обеспечивается переход на новый уровень роботизации отрасли: от начального "машиной управляет человек" до продвинутого "машины управляют машинами".

"Облачные" вычисления и блокчейн 

Для подобного взаимодействия "умным" машинам (кроме знаний искусственного интеллекта) нужны еще способности быстро "думать", а также возможности оперативно общаться между собой. Поскольку концепция цифровой верфи предполагает значительное ускорение всех производственных процессов, при ее реализации просто не обойтись без наращивания потенциала компьютерной базы для комплексной обработки обширных массивов самых разнообразных данных и составления цифровых моделей как самого судна, так и процессов по его сооружению. 

Основой для решения данной задачи являются высокопроизводительные вычисления, которые предполагается осуществлять преимущественно "облачным" методом, с учетом оптимального распределения по тематике и объемам нагрузки в зависимости от возможностей членов профильного сетевого сообщества. При этом значительно возрастает роль блокчейна – в качестве базы для хранения и передачи зашифрованных цифровых данных вне централизованного управления. 

В современных условиях надежная защита этих данных приобретает для судостроительных предприятий особое значение – как для пресечения утечки важной корпоративной информации конкурентам, так и с точки зрения сохранности технико-технологических секретов уже государственного уровня. Заметим, что на сегодняшний день шифрование в блокчейне представляется одним из наиболее надежных способов защиты баз данных от самых различных рисков – от внесения несанкционированных изменений, похищения и уничтожения до случайной частичной или полной утраты ценной информации.

Кстати, еще одной перспективной областью использования блокчейна в судостроении является обеспечение и управление поставками комплектующих, которые составляют львиную долю всех расходов на сооружение судна. Применение же подобной технологии позволит не только значительно сократить время и финансовые затраты по решению этих задач, но и гибко реагировать на изменения условий поставщиков, вплоть до оперативного поиска альтернативных источников получения необходимого оборудования и материалов.

 Учитывая, что помимо фактора цены, блокчейновые схемы организации поставок комплектующих учитывают также данные по их надежности и безопасности эксплуатации, данная технология могла бы оказаться полезной и для обеспечения задач импортозамещения.

Интернет Вещей 

Реализация концепции сети передачи данных между физическими объектами призвана обеспечить повысить эффективность производственного процесса цифровой верфи. Все участники сети оснащаются встроенными средствами и технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, а их совместная работа обеспечивается за счет т.н. "Большой Цифры" – массированного потока данных, обновляемых с высокой скоростью.

При этом разноплановая производственная информация непрерывным потоком поступает непосредственно с оборудования, выполняющего ту или иную операцию, а так же с датчиков, установленных стационарно в различных точках на территории предприятия или носимых (на спецодежде, защитных касках, часах и пр.) сотрудниками.

Комплексный анализ этих данные (в том числе и с привлечением искусственного интеллекта) позволяет оценить самые различные параметры производственной эффективности, например – время непосредственной работы механизма, расход материала, количество и качество выполненной работы, продолжительность простоев и многое другое.

Например, подобным образом можно с высокой степенью точности определить расход сварочных материалов, установить расстояние, которое сотрудник вынужден проходить для решения производственных задач в течении смены, время фактического выполнения им своих обязанностей и т.п. Все это может пригодиться при дальнейшей оптимизации работы на конкретных участках и, в конечном счете, для повышения эффективности производства в целом.

Что касается обеспечения безопасности труда, то данная технология также способна обеспечить сбор данных в широком диапазоне – от местонахождения отдельного работника (например, на строящемся судне) до температуры его тела, частоты пульса и сердечного ритма.

Дополненная реальность

Заметим, что цифровизация судостроения вовсе не направлена на полное исключение людей из производственного процесса. Напротив, что роль Человека как верховного координатора и контролера "умных" машин только возрастет, а для ее качественного исполнения он получает новые возможности. Для этого рамки привычного корабелам физического мира предполагается существенно расширить при помощи различных специальных технических средств, преобразующих потоки цифровых данных в так называемую дополнительную реальность.

Например, надев шлем с соответствующим устройством, судостроитель не выходя из рабочего кабинета сможет оказаться внутри судна – строящегося или только предполагаемого к закладке. А при работе непосредственно на стапеле подобные приборы избавят специалистов от необходимости использовать чертежи в распечатанном виде или даже на планшетах/ноутбуках, освобождая руки для выполнения более важных функций.

Наряду с этим, дополнительная реальность позволяет совместить картину текущего состояния работ на объекте к последующими их этапами, вплоть до окончания постройки корпуса судна и наполнения его необходимыми механизмами и системами. При этом всегда "под рукой" (а точнее – на компактном цифровом носителе) окажутся инструкции по обслуживанию тех или иных агрегатов и узлов, что существенно упрощает труд монтажников и наладчиков, особенно в труднодоступных местах. 

Комплексно объединяя возможности всех перечисленные ранее элементов цифровизации, дополнительная реальность создает условия для существенного роста эффективности судостроительного производства, с одновременным значительным повышением уровня безопасности всех производимых работ.

Итак, в теории цифровая верфь позволяет строить суда гораздо быстрее, качественнее и с гораздо меньшими затратами, нежели ее традиционный физический прототип. Все эти преимущества представляются бесспорными, но... все же стоит выяснить, с какими сложностями могут столкнуться современные судостроительные предприятия при переходе в цифровой формат?

Шипы на розах

Отметим только основные риски, устранению которых стоит уделить первоочередное внимание: 

Во-первых, цифровизация судостроения – удовольствие дорогое, которое может позволить себе далеко не каждая верфь. Девиз "вложить миллионы, чтобы сэкономить миллиарды" описывает этот процесс не вполне точно, скорее речь идет о миллиардных инвестициях уже на предварительном этапе, не считая неизбежных последующих вложений в разработку соответствующих программ и устройств, расширение компьютерной базы и (конечно же!) в подготовку специалистов нового поколения – "цифровых" корабелов. Добавим, что в переходный период (который явно займет не один год) верфь не должна прерывать свою работу, поскольку ни государственные, ни (тем более) рыночные заказы ждать не будут, а конкуренты – не дремлют.

Во-вторых, несмотря на все совершенство современных "облачных" и блокчейн-технологий, сохраняется угроза безопасности всему массиву критически важной для предприятия информации, которое оно просто вынуждено перевести в цифровой вид, чтобы позже столь же вынужденно выгрузить в глобальное информационное пространство. Оставляя за рамками обсуждения стратегические секреты оборонных проектов, стоит все же задуматься о возможной судьбе эксклюзивных технических, технологических и прочих разработок, а также данных по финансовым вопросам, заказчикам, поставщикам и т.д., которые могут достаться все тем же недремлющим конкурентам.

В-третьих, эффективное функционирование цифровой верфи неизбежно потребует коренного изменения всей системы управления предприятием, с переходом от достаточно жесткой вертикально-структурированной схемы к преимущественно децентрализованному ее аналогу, основанием для которого будут служить сильно развитые горизонтальные связи между всеми производственными звеньями. Для обеспечения работы подобной управленческой модели необходимы руководители, способные мыслить в цифровом формате, подготовка которых должна была начаться еще "вчера". То же касается и специалистов среднего управленческого звена, а также непосредственно оперативных кадров, без которых вся цифровая техника останется лишь весьма дорогостоящим металлоломом, щедро начиненным силиконовыми вставками.

Однако несмотря на все эти сложности мировое судостроение неуклонно продвигается к цифровизации, причем осуществление знаковой инициативы в данной области было начато по ту сторону российских границ сравнительно недавно.

"Умное" судостроение по-европейски

1 января 2023 года в Евросоюзе было объявлено о создании консорциума судостроительных предприятий и научных учреждений для реализации проекта Smart European Shipbuilding (буквально – "Умное европейское судостроение"). Его основной целью является создание базовой структуры цифрового судостроения посредством развития новой интегрированной компьютерной платформы для проектирования и детальной разработке судов, а также управления всеми информационными потоками и базами данных, задействованных в этих процессах. Заслуживает внимания, что на решение всех этих задач отводится всего четыре года.

По предварительным данным, вложения в проект только из бюджета межгосударственной инновационной программы ЕС составят порядка $7,5 млн, что не исключает возможности привлечения еще и частных инвестиций. 

Пока о своем участии в консорциуме заявили две крупных судостроительных европейских компании – норвежская Ulstein Group и испанская Astilleros Gondan, однако в будущем не исключено присоединение и других отраслевых предприятий. Научную поддержку проекта осуществляют исследовательские центры трех известных университетов – Науки и Технологий (Норвегия), Прикладных наук (Нидерланды), а также университет г. Турку (Финляндия).

Результатом осуществления проекта должно стать 30%-е сокращение времени на проектирование судов и 20%-е снижение этого показателя для практических работ по строительству и полной комплектации судов на европейских верфях. 

Итак, страны Евросоюза, которые уже практически потеряли свое судостроение, предпринимает попытки восстановить свои позиции на отраслевом рынке – причем именно посредством цифровизации производства. Ну что же, будем внимательно наблюдать за развитием событий, тщательно изучая зарубежный опыт или попробуем обогнать старушку-Европу?

Читайте также: Судостроение по-новому: приказано позеленеть

                        Пополнение флота: подсказки рынка и цена вопроса

                        Чем и как дышит судостроение России - взгляд со стороны

                        Судостроение в цифрах: нескучная статистика - любопытные тенденции