MULTI-PLATFORM VISUALIZATION AND COLLABORATION TOOL FOR SHIP DESIGN AND PRODUCTION PURPOSES

Transcription

1 Roberto Benčić, M.Sc, USCS d.o.o. Pula, Flaciusova 1 Gordan Šikić, M.Sc, USCS d.o.o. Pula, Flaciusova 1 Milan Milanović, M.Sc, USCS d.o.o. Pula, Flaciusova 1 Marin Bistričić, mag.ing, USCS d.o.o. Pula, Flaciusova 1 MULTI-PLATFORM VISUALIZATION AND COLLABORATION TOOL FOR SHIP DESIGN AND PRODUCTION PURPOSES Summary The product visualization contributes to a better understanding and control of the product during every phase of its development, from the sale activities to the design, manufacturing or monitoring of its exploitation, thus representing an important part of the PLM concept. High level visualization is based on CAD 3D model, and significantly extends the range of use of 3D model outside the small circle of CAD educated staff. If the visualization tool is efficiently integrated into the company s IS, the benefits of its use are potentially even bigger. The experience gained in years of development of tools for 3D modelling, along with the use of various off-the-shelf tools for visualization, led to the development of TRIDENT ShipExplorer our own visualization module, designed to suit the needs of shipbuilding. The module is technically and functionally adapted to the CADDS/TRIDENT system, providing the possibility to import data from other CAD systems and to integrate into ERP, PDM and other parts of the shipyard business system. The article outlines our experiences in the development and application of TRIDENT ShipExplorer, with a detailed description of its main functionalities. Emphasis is put on the importance it assumes for a whole series of new TRIDENT modules (Drafting, Painting ), going beyond its basic visualization role and transforming into a real collaboration platform for the various modules essential for team work in the development of complex product such as a ship. Key words: visualization, 3D model, collaboration platform VIŠEPLATFORMSKI ALAT ZA VIZUALIZACIJU I KOLABORACIJU U PROJEKTIRANJU I GRADNJI BRODA Sažetak Vizualizacija proizvoda doprinosi kvalitetnijem razumijevanju i kontroli proizvoda u svim fazama njegovog razvoja, u aktivnostima prodaje, projektiranja, proizvodnje ili praćenja u eksploataciji, pa predstavlja važnu kariku u konceptu PLM-a. Kvalitetna vizualizacija počiva na CAD 3D modelu proizvoda te značajno proširuje mogućnost korištenja 3D modela

2 XX Symposium SORTA2012 Višeplatformski alat za vizualizaciju izvan uskog kruga CAD obrazovanog osoblja. Ukoliko je alat za vizualizaciju kvalitetno integriran u informatički sustav poduzeća, dobitak od njegovog korištenja potencijalno je još i veći. Višegodišnje iskustvo u razvoju alata za 3D modeliranje, te korištenju različitih off-theshelf alata za vizualizaciju rezultiralo je odlukom o razvoju TRIDENT ShipExplorera - vlastitog modula za vizualizaciju, prilagoñenog potrebama brodogradnje. Modul je tehnološki i funkcionalno povezan i prilagoñen CADDS/TRIDENT sustavu, uz dodane mogućnosti uvoza podataka iz ostalih CAD sustava, te integracije u ERP, PDM i ostale dijelove poslovnog sustava brodogradilišta. Članak opisuje iskustva u razvoju i primjeni TRIDENT ShipExplorera, detaljno su izložene njegove osnovne funkcionalnosti. Istaknut je širi značaj koji on poprima za cijelu seriju novih TRIDENT modula (Drafting, Painting, ), čime nadilazi osnovnu ulogu vizualizatora, te se pretvara u istinsku kolaboracijsku platformu na kojoj počivaju razni moduli važni u timskom radu na razvoju tako složenog proizvoda kao što je brod. Ključne riječi: vizualizacija, 3D model, kolaboracijska platforma 2

3 Višeplatformski alat za vizualizaciju XX Symposium SORTA Uvod Vizualizacija proizvoda doprinosi kvalitetnijem razumijevanju i kontroli proizvoda u svim fazama njegovog razvoja, u aktivnostima prodaje, projektiranja, proizvodnje ili praćenja u eksploataciji, pa predstavlja važnu kariku u konceptu Product Lifecycle Managementa (PLM). Kvalitetna vizualizacija nužno počiva na 3D CAD modelu proizvoda te značajno proširuje mogućnost korištenja 3D modela izvan uskog kruga CAD obrazovanog osoblja. Ukoliko je alat za vizualizaciju kvalitetno integriran u informatički sustav poduzeća, dobitak od njegovog korištenja potencijalno je još i veći. 2. Povijesni razvoj Brodogradilište Uljanik u suradnji sa USCS-om dugi niz godina posebnu pažnju posvećuje procesu razvoja proizvoda kroz jasno definiran i integriran informacijski sustav, kontinuirano unaprjeñujući ga dodavanjem komponenti koje omogućuju nove funkcionalnosti, odnosno razvojem ili racionalizacijom postojećih, uvijek pazeći da se svaka izmijenjena komponenta u najvećoj mogućoj mjeri uskladi sa ostalim dijelovima sustava. Razvijajući vlastito CAD rješenje još od godine, te prilagoñavajući različite offthe-shelf alate za vizualizaciju od godine, veliko je iskustvo skupljeno na području alata za vizualizaciju i sa korisničke i sa razvojne strane [1]. Tijekom tog razvoja korišteni su slijedeći alati za vizualizaciju: PTC Optegra 3D Viewer rudimentarnih mogućnosti prikaza 3D modela, dolazi u sklopu Optegra programskog paketa, neprikladan za rad u višekorisničkom okruženju. Nikada nije korišten u produkcijskim uvjetima. PTC Optegra Visualizator zadovoljava potrebe vizualizacije modela u višekorisničkom okruženju, radi u sprezi sa centralnim poslužiteljem, s kojeg automatski povlači sjenčane modele pripremljene u CADDS/TRIDENT-u. Dostupan je samo na Solaris platformi, što u praksi ograničava mogućnosti njegove primjene samo na generatore dokumentacije (projektante, konstruktore i sl.) PTC ProductView suvremenije rješenje za vizualizaciju, dostupno na više platformi, kao i u web tehnologiji. Zahtjeva prethodnu pripremu grafike 3D modela pomoću modula za konverziju, te stvaranje hijerarhijske strukture modela i podataka na središnjem korisničkom poslužitelju. Uspješno korišteno u produkciji, ali, obzirom da se radi o off-the-shelf alatu, rješenje nije moguće u potpunosti prilagoditi potrebama brodogradilišta. Sva gore navedena iskustva, a u suradnji sa korisnikom, brodogradilištem Uljanik, rezultirala su odlukom o razvoju TRIDENT ShipExplorera vlastitog modula za vizualizaciju, u potpunosti dizajniranog na način da bude prilagoñen potrebama brodograñevnog procesa. 3. Projektni zahtjevi korisnika Neki od zahtjeva koje je pred novu aplikaciju stavio korisnik su: Modul mora tehnološki i funkcionalno biti prilagoñen CADDS/TRIDENT sustavu, te integriran sa ERP, PDM i ostalim dijelovima poslovnog sustava brodogradilišta. 3

4 XX Symposium SORTA2012 Višeplatformski alat za vizualizaciju Zbog specifičnosti IT sustava brodogradilišta, modul mora biti višeplatformski, kako bi mu se omogućila primjena u čim većem broju odjela brodogradilišta. Zbog iznimne složenosti proizvoda, modul mora biti optimiziran za rad sa velikom količinom grafičkih i negrafičkih podataka, a ujedno mora biti i jednostavan za rad. Modul mora imati mogućnosti uvoza podataka iz drugih CAD sustava, kako bi se omogućila razmjena podataka sa vanjskim korisnicima i tako stekao uvid u cjelokupan proizvod bez obzira na CAD sustav u kojem su pojedini dijelovi definirani. Modul mora imati mogućnost izvoza podataka u standardne formate. Modul mora biti operativan na postojećoj opremi u brodogradilištu, kako bi se smanjila potreba za dodatnim investicijama. 4. Razvojni značaj za USCS Problematika razvoja algoritama za 3D vizualizaciju u USCS-u prvi je puta rješavana prilikom razvoja aplikacije za procjenu potrebne količine bojenja TRIDENT Painting [2]. Prilika da se pristupi razvoju vizualizatora općeg tipa shvaćena je kao šansa da se i sa razvojnog stajališta stvori modularni sustav koji bi bio temelj za cijelu seriju TRIDENT modula nove generacije (Drafting, Painting, ), te koji bi se na taj način s korisničkog stajališta pretvorio u istinsku kolaboracijsku platformu za podršku razvoju složenog proizvoda kao što je brod (Slika 1). Fig. 1 New TRIDENT modules. Slika 1. Novi TRIDENT moduli. 4

5 Višeplatformski alat za vizualizaciju XX Symposium SORTA Tehnološke osnove Na osnovi projektnih zahtjeva i u skladu sa razvojnom vizijom tvrtke, za razvoj aplikacije TRIDENT ShipExplorer odabrane su tehnologije koje su se dokazale upravo na područjima na kojima su postavljeni najvažniji zahtjevi Grafički i negrafički podaci Za prijenos podataka o 3D modelu iz CADDS/TRIDENT sustava korišten je univerzalni zapis XML jezika primjenom vlastite XML sheme, koja, za razliku od ProductView sustava, sadrži kompletan opis modela (i grafičke i negrafičke podatke, te hijerarhijske veze meñu njima). Za rad sa XML formatom korišten je programski alat xsd za kreiranje XSD sheme na osnovu koje se automatski generira izvorni kod D grafika i sučelje Za grafičko prikazivanje geometrije korišten je OpenGL jezik, koji omogućava efikasan prikaz velike količine podataka, dok je za izradu sučelja aplikacije korištena biblioteka wxwidgets. Karakteristika obje ove tehnologije je da su potpuno primjenjive unutar višeplatformskog okruženja, što je bio jedan od projektnih zahtjeva. Sama aplikacija je napravljena korištenjem C++ programskog jezika koji pruža alate za potpunu kontrolu memorijskih resursa, što omogućuje izradu programskog koda iznimno optimiziranog glede brzine izvršavanja Veza sa poslovnim sustavom Obzirom da se različite poslovno važne informacije npr. o korištenim materijalima, komponentama i ureñajima, različitim statusima, odvijanju tehnološkog procesa i sl. pohranjuju u različitim dijelovima Uljanikovog poslovnog sustava, te da su potencijalno korisne TRIDENT ShipExplorer korisnicima, postupak pripreme i korištenja strukture proizvoda usko je povezan sa poslovnim sustavom zasnovanim na Oracle tehnologiji. Tako se svi podaci o 3D modelima, osim u xml datotekama pohranjenima na centralnom poslužitelju, prilikom dnevne konverzije pohranjuju i u SHIPEX Oracle shemu, što donosi nekoliko ključnih prednosti: Pojedini tipovi čvorova hijerarhijske strukture mogu se opisati dodatnim atributima, koji ne proizlaze iz CADDS/TRIDENT modela. Omogućeno je pretraživanje parametara strukture cijele gradnje, bez potrebe za prethodnim učitavanjem xml struktura pojedinačnih grupa trupa ili prostora opremanja. Naknadno, moguće je dinamički stvoriti i vizualizirati strukturu proizašlu iz izvršenog upita. 6. Princip rada Postupak ažuriranja TRIDENT ShipExplorer zapisa odvija se na dnevnoj bazi (trenutno stanje modela dostupno je slijedeći dan) kako slijedi (Slika 2): Raščlanjivanje modela: CADDS/TRIDENT procedure preuzimaju CAD modele sa Optegra PDM ili CAMU poslužitelja te ih raščlanjuju do razine dogovorene za odreñeno područje ShipExplorer hijerarhije. Za područje strukture trupa to je element strukture 5

6 XX Symposium SORTA2012 Višeplatformski alat za vizualizaciju trupa sa svojom oznakom i hijerarhijskom pripadnošću odgovarajućim nivoima ukrupnjavanja (sklopovima, nadsklopovima, podsekcijama, sekcijama, ukrupnjenim sekcijama i grupama). Za područje opremanja broda, to može biti dio cijevne linije koji se izrañuje u cjevarskoj radionici i armatura, ili kompletna cijevna linija, ovisno od faze u kojoj se model raščlanjuje. Ovi elementi su grupirani u službe (prema SFI raščlani), faze opremanja i mikroprostore. Izrada strukture proizvoda: Za svaki isporučeni model (grupa, mikroprostor) stvara se i sprema XML datoteka grafičkih i negrafičkih atributa. Nakon verificiranja njezinog sadržaja (provjeravanja usklañenosti sa poslovnim pravilima) iz nje se generira ShipExplorer struktura: u ovisnosti o vrsti modela, pojedini se čvorovi strukture (na bilo kojoj razini raščlane) procesiraju, imenuju u skladu sa zahtjevima sustava, dopunjuju neophodnim atributima i sl. Broj atributa nije ograničen, a moguće ih je preuzeti iz bilo kojeg područja Uljanikovog IIS-a (MARS, NIZ, PRIDOK, ). Objavljivanje strukture na korisničkom poslužitelju: Po završetku obrade pojedinačnih modela, generira se (ili ažurira) tzv. master struktura, koja sadrži inicijalne čvorove koji predstavljaju veze do struktura pojedinačnih modela te se sve generirane strukture postavljaju na korisnički poslužitelj, spremne za uporabu. Fig. 2 Princip rada TRIDENT ShipExplorer sustava. Slika 2. TRIDENT ShipExplorer principles. 7. Mogućnosti i korisničko sučelje TRIDENT ShipExplorer sustav moguće je koristiti za pregledavanje CAD modela kroz sve faze razvoja proizvoda/broda. Tako je u njemu moguće pratiti: Formu broda Klasifikacijski model trupa Radioničke modele trupa i opreme 6

7 Višeplatformski alat za vizualizaciju XX Symposium SORTA2012 TRIDENT ShipExplorer pruža sve tipične funkcionalnosti nužne za efikasno pregledavanje modela i strukture proizvoda (Slika 3): Učitavanje geometrije pojedinačnih čvorova strukture, cijelih grana, ili pak proizvoljno odabranih raznorodnih čvorova ili grana, bez obzira radi li se o strukturi trupa ili opremi. Jednostavnu manipulaciju pogledima (zoom, rotacija, translacija) pomoću miša, uz iznimno jednostavno definiranje točke zooma ili rotacije, predefinirane standardne poglede, te mogućnost spremanja proizvoljnog broja korisnički definiranih pogleda. Sjenčani ili žičani prikaz elemenata strukture. Transparentni prikaz čvorova strukture (uz definiranje razine transparentnosti ) ili njihovo skrivanje. Potpunu interakciju izmeñu prozora stabla hijerarhije i grafičkog prozora (odabir čvora u bilo kojem prozoru odabrat će ga i u onom drugom). Prikaz negrafičkih atributa elemenata, što uključuje atribute proizašle iz CAD modela (materijal, masa, težište i sl.), te atribute proizašle iz ostalih dijelova poslovnog sustava. Fig. 3. ShipExplorer user interface. Slika 3. ShipExplorer korisničko sučelje Osim toga, ShipExplorer posjeduje i naprednije funkcije poput skrivanja dijelova modela proizvoljnim brojem korisnički definiranih presječnih ravnina, mjerenja udaljenosti u 3D prostoru, izračuna masa i težišta odabranih elemenata modela i sl. Svrha presječnih ravnina u ShipExploreru je olakšavanje pregleda skrivenih dijelova broda tako da ga se presječe proizvoljno definiranom ravninom i zatim sakrije jednu od dvije polovice 3D prostora. Moguće je koristiti proizvoljan broj ravnina, a svaku je pojedinačnu ravninu moguće definirati pomoću vektora normale na bilo kojoj točki modela, u smjeru neke od osi, na odreñenom rebru ili na odreñenoj visini od osnovice (Slika 4). 7

8 XX Symposium SORTA2012 Višeplatformski alat za vizualizaciju Fig. 4. Cutting planes and selection properties. Slika 4.Presječne ravnine i prikaz negrafičkih atributa. Mjerenje udaljenosti izvedeno je dinamički, uz automatsko pozicioniranje mjernih točaka na karakteristične točke modela (vrhove, bridove), te inteligentno pozicioniranje kotnih linija na način da je njihova veličina i vidljivost bez obzira na položaj pogleda na model najbolja moguća (Pogreška! Izvor reference nije pronañen.). Fig. 5. Interactive dimensioning. Slika 5. Interaktivno dimenzioniranje. 8

9 Višeplatformski alat za vizualizaciju XX Symposium SORTA2012 Posebno valja istaknuti i efikasno riješeno učitavanje strukture trupa pripadajućeg odreñenoj opremi, što je duže vrijeme jedan od ključnih problema pri pregledavanju složene strukture broda. Korištenjem ove funkcije, za pronalaženje sekcija strukture trupa unutar kojih se nalazi odreñena oprema više nije potrebno poznavati brodski plan sekcija, već se iste učitavaju na osnovu rubnih pozicija (vertexa) geometrije odabrane opreme, što umnogome olakšava korisnički rad. Zahvaljujući modularnoj organizaciji programa i mogućnosti jednostavne interakcije izmeñu pojedinih modula, ShipExploreru je takoñer namijenjena uloga ulazne točke za druge module koji čine paket novih TRIDENT modula, a koji su na različite načine namijenjeni pripremi podataka za podršku procesu proizvodnje. Tako je u ShipExplorer moguće učitati odreñenu strukturu ili opremu, označiti je ili odabrati, te zatim prenijeti učitane podatke u npr. TRIDENT Drafting, Welding, Pipe Production ili bilo koji drugi modul u kojem treba odraditi odreñenu akciju [3]. Konačno, kako bi se omogućila lakša suradnja sa vanjskim korisnicima koji koriste različite CAD alate za razvoj proizvoda, značajno svojstvo ShipExplorera je mogućnost razmjene podataka putem standardnih CAD formata odnosno zapisa definiranog XML shemom (npr. Intergraph SmartMarine 3D) [4]. 8. Korisnička iskustva Prva produkcijska verzija TRIDENT ShipExplorer sustava koristi se od ožujka godine, u svim OJ Brodogradilišta (u pripremnoj fazi i proizvodnji) i od tada je kroz program školovanja prošlo više od 100 djelatnika Brodogradilišta, različitog stupnja obrazovanja i uloga u proizvodnom procesu. Obzirom da je većina tih korisnika ranije koristila prethodne verzije alata za vizualizaciju, te obzirom da je USCS tvrtka koja svoje proizvode sustavno razvija u uskoj suradnji sa svojim korisnicima, od iznimnog je značaja bilo korisničko iskustvo skupljeno kroz korištenje sustava ProductView, te je poseban trud uložen u optimizaciju upravo onih dijelova sustava na koje su korisnici imali najviše zamjerki. Opći je dojam da je stvorena aplikacija koja značajno nadilazi svojeg prethodnika, a kao najpozitivnije karakteristike istaknute su: Brzina učitavanja modela (4-6 puta brže nego u ProductView sustavu prosječna vrijednost dobivena mjerenjem brzine učitavanja modela različite složenosti) Brzina postavljanja točke interesa i manipuliranja pogledima na model (praktički trenutno i bez zastajkivanja prikaza) Inteligentno učitavanje strukture trupa na osnovi odabrane opreme. 9. Smjernice za daljnji razvoj Modularan pristup razvoju aplikacije stvorio je temelje za pojednostavljen razvoj i integraciju drugih modula koji čine sustav, bez obzira da li se koriste kao samostalne aplikacije, ili samo kao alati unutar TRIDENT ShipExplorera. Trenutno se razvoj TRIDENT ShipExplorer aplikacije odvija se na nekoliko razina: Razvoj korisničkog sučelja što uključuje izradu kompletnog korisničkog sučelja u OpenGL tehnologiji (što bi omogućavalo način rada preko cijelog zaslona, te prikaz transparentnog sučelja na zahtjev), kao i mogućnost korištenja 9

10 XX Symposium SORTA2012 Višeplatformski alat za vizualizaciju korisničkih opcija pomoću kojih bi si korisnik mogao prilagoditi razne parametre rada sa aplikacijom prema vlastitom nahoñenju. Razvoj pripreme podataka što uključuje izradu višestrukih struktura proizvoda, prilagoñenih različitim tipovima korisničkih uloga u sustavu. Razvoj modula predviñenih da se u funkciji alata koriste unutar aplikacije što uključuje npr. razvoj modula za dodavanje labela (komentara) u pogled, njegov ispis u pdf format te slanje pomoću aplikacije, ili modula za analizu distribucija masa (što je projektni zahtjev OJ14 - Projekt) i sl. Razvoj tehnika vizualizacije pri čemu se prvenstveno misli na razvoj walkthrough načina prikaza, pri kojem korisnik ima pogled kao da se šeće virtualnim brodom, iz kojeg bi se dugoročnije mogao razviti i pravi 3D prikaz (uz primjenu aktivne ili pasivne 3D tehnologije). Dugoročno, plan je razviti i ShipExplorer Lite, pojednostavljenu verziju ShipExplorera, korištenjem HTML5 standarda, koja bi se u potpunosti koristila unutar web browsera, što bi omogućilo i dodatnu primjenu ovog alata (korporacijski web portal, razni Internet servisi i sl.), a razmišlja se takoñer i o razvoju mobilne verzije aplikacije (Android, ios) što bi omogućilo njezino korištenje mobilnim ureñajima na brodu, gdje bi se u punoj mjeri mogle iskoristiti tehnologije kao što su proširena stvarnost (augmented reality) i sl. 10. Zaključak Alat za vizualizaciju proizvoda neminovan je i važan sastavni dio suvremenih IT sustava za razvoj proizvoda. Kontinuirano "rastući" digitalni modela broda, strukturalno raščlanjen do korisnički definirane razine, obogaćen korisnički definiranim metapodacima, izložen na mjestu lako dostupnom s bilo koje lokacije unutar intraneta brodogradilišta, omogućuje bolje razumijevanje broda kao cjeline, te svakog njegovog sklopa ili sustava, u praktički svim sredinama uključenim u razvoj, proizvodnju i upravljanje procesom gradnje broda. Ukoliko je takav alat sposoban pružiti uvid i u dijelove proizvoda koji su eventualno definirani u nekom vanjskom CAD sustavu, mogućnost njegove primjene još je i veća. Sustav TRIDENT modula za podršku proizvodnji, organiziranih oko ShipExplorera kao centralnog modula, karika je u lancu koja može brodogradilištima koji ga koriste donijeti poboljšanja u procesu razvoja i izrade proizvoda, a time i komparativnu prednost nad konkurencijom. LITERATURA [1] Milanović, M., Benčić, R., Vitasović, E., The CAD system and its integration into the shipyard's integral IT system, IMAM 2005 Congress Proceedings, editor C.Guedes Soares, Lisabon, Portugal, 2005 [2] Šikić, G., Bistričić, M., Butković, S., Vizualni sustav za procjenu količine boje strukture trupa broda, Zbornik radova XIX Simpozija teorija i praksa brodogradnje SORTA, Split - Lumbarda, [3] Bistričiċ, M., Perkoviċ, D.,, Šikiċ, G., Razvoj i primjena aplikacije za izradu brodograñevne dokumentacije, Zbornik radova XX Simpozija teorija i praksa brodogradnje SORTA, Zagreb, [4] Milanović, M., Juričić, I., Bistričiċ, M., Šikiċ, G., Izmjena podataka izmeñu CAD sustava korištenjem XML-a, Zbornik radova XX Simpozija teorija i praksa brodogradnje SORTA, Zagreb,