Wirtualna rzeczywistość a budowa i użytkowanie okrętów

Obrazy i dane w postaci cyfrowej tworzące tzw. „wirtualną rzeczywistość” i „wzbogaconą rzeczywistość” mogą już niedługo całkowicie zmienić sposób realizowania programów okrętowych. Ta zmiana może być rewolucyjna, ponieważ może dotyczyć całego cyklu życia jednostek pływających: a więc nie tylko fazy projektowania, ale również budowy, szkolenia, modernizacji i kasacji.

Szczególnie intensywne prace nad szerokim wykorzystaniem wirtualnej rzeczywistości są prowadzone we Francji – w tym w grupie stoczniowej Naval Group. Celem tych działań jest przede wszystkim taka robotyzacja i cyfryzacja produkcji, by francuskie okręty były jeszcze bardziej konkurencyjne. Sukcesy Francji w dziedzinie tworzenia tzw. „narzędzi cyfrowych” są wymierne i szczególnie widoczne w przemyśle lotniczym.

Francuzi jako wzorcowy przykład podają firmę Dassault Systèmes, która stała się jednym ze światowych liderów w projektowaniu i zarządzaniu cyklem życia tak złożonych technicznie obiektów jak samoloty wielozadaniowe nowej generacji lub okręty. Szczególnie znanymi rozwiązaniami w tej dziedzinie są programy Clarté i Diota, które są już wykorzystywane przez tak silne podmioty przemysłowe jak: PSA (Peugeot Société Anonyme), Safran i Naval Group.

Projektowanie cyfrowe 3D we Francji jest więc już faktem. W przypadku Naval Group (a wcześniej DCNS) prace nad zastosowaniem wirtualnej rzeczywistości w budowie okrętów zaczęły się już pod koniec lat dziewięćdziesiątych w czasie programu Sawari II (budowy trzech fregat F3000S dla Arabii Saudyjskiej). Początkowo dotyczyły one przede wszystkim projektowania pomieszczeń i rozmieszczenia w nich wyposażenie, by było ono optymalne pod względem użyteczności i ergonomii.

Później rozszerzały się na projektowanie innych systemów okrętowych, jak również przekładały się na działanie operacyjne, optymalizujące np. wykonywanie czynności przez obsługi Bojowych Centrów Informacyjnych. Dodatkowo wirtualna rzeczywistość zaczęła być wykorzystywana do produkowania całych sekcji tak skomplikowanych jednostek pływających jak atomowe okręty podwodne. Głównym celem według Naval Group ma być dostarczenie załodze lub pracownikom zakładów stoczniowych danych cyfrowych potrzebnych podczas produkcji, kontroli, utrzymania i remontów.

Wirtualne projektowanie i budowa jednostek pływających

Obecny poziom technologii komputerowych pozwala tak naprawdę na przedstawienie w wirtualnej rzeczywistości każdego elementu lub systemu okrętowego i pokazanie, jak on działa oraz z jakich podzespołów się składa. W przypadku mniejszych bloków może się to odbywać poprzez odpowiednie nagranie kamerą cyfrową obrazu makiety 3D (jest to sposób najszybszy). W przypadku większych elementów obraz ten można stworzyć cyfrowo dbając nie tylko o rozmiary, ale również o kształty i budowę wewnętrzną.

Dzięki temu system zobrazowanie może w czasie rzeczywistym przystosowywać się do ruchu operatora i pokazywać mu obraz np. urządzenia pod różnymi kątami i z różnym oświetleniem. Można się więc dokładnie przyjrzeć pewnym szczegółom, rozkładowi przewodów i rurociągów na długo przed ich połączeniem i zainstalowaniem na okręcie.

W ten sposób uzyskuje się bardzo dobre narzędzie do sprawdzenia, czy dany podzespół lub nawet cała sekcja, zostały dobrze zaprojektowane, są dobrze wykonywane i czy postęp prac przebiega zgodnie z założeniami. Unika się w ten sposób sytuacji, gdy trzeba korygować ustawienie i rozlokowanie urządzeń, co jest zawsze związane od razu z koniecznością wprowadzania zmian do dokumentacji projektowej (którą trzeba później zatwierdzić), z wymianą okablowania (które trzeba np. wydłużyć) oraz ze zmianami wprowadzonymi w innych, „dobrze” rozstawionych wcześniej zespołach. Jest to szczególnie ważne na niewielkich okrętach, o ograniczonej przestrzeni, gęsto rozstawionym wyposażeniu, z dużą ilością przewodów zasilających, rurociągów i linii komunikacyjnych – z więc np. na okrętach podwodnych.

„Wirtualna rzeczywistość” to dobre narzędzie do szukania błędów projektowych nie tylko dla stoczniowców, ale również dla użytkowników. Przedstawiciele Zamawiającego mają bowiem możliwość „zobaczenia” zamówionego okrętu jeszcze na długo przed pierwszym cieciem blach. Mogą więc przejść się po pokładach, wejść do każdego pomieszczenia, sprawdzić działanie i funkcjonalność poszczególnych miejsc pracy i stanowisk, jak również potwierdzić słuszność wcześniej postawionych wymagań taktyczno-technicznych. Może się bowiem okazać, że to czego wcześniej zażyczył sobie dany armator wcale nie jest dla niego optymalne. Cyfrowe projektowanie daje możliwość korygowania takich założeń bez ponoszenia z tego powodu praktycznie żadnych kosztów.

Podobnie ważne jest wykorzystanie wirtualnej rzeczywistości w fazach poprzedzających montaż, przykładowo, gdy elementy są spawane, skręcane i klejone. Jest to szczególnie istotne podczas projektowania torów kablowych i rurociągów, które powinny być tak rozmieszczone by był do nich dostęp, by były one odpowiednio chronione (szczególnie ważne przy liniach łączności przesyłających niejawne dane) i by nie trzeba było niczego sztukować lub ciąć podczas montażu.

Cyfryzacja etapu projektowania i tworzenia dokumentacji ma dodatkowo tą zaletę, że ułatwia i przyśpiesza wymianę informacji pomiędzy poszczególnymi biurami konstrukcyjnymi i projektowymi, podmiotami decyzyjnymi oraz różnymi miejscami, gdzie realizowana jest budowa podzespołów, poszczególnych sekcji, a później samych okrętów. Wymaga to zagwarantowania bezpiecznych linii łączności, ale takie same reguły ochrony informacji niejawnej dotyczą również materiałów papierowych. Francuzi podkreślają, że jest to szczególnie ważne przy współpracy stoczni znajdujących się w innych państwach, gdy współdziałają ze sobą projektanci i inżynierowie często pracujący w odległych miejscach. Takie rozwiązania są z powodzeniem sprawdzane w stoczni Lorient podczas budowy fregat wielozadaniowych FREMM jak również podczas budowy sekcji okrętów podwodnych w zakładach w Cherbourgu.

To właśnie z tego powodu Naval Group zamierza stworzyć praktycznie kompletny łańcuch cyfrowy, zwiększający kontrolę nad projektowaniem i produkcją, przy jednoczesnym przyspieszeniu realizacji każdego programu. Dzięki temu programy budowy francuskich okrętów zaliczają się do najkrótszych na świecie (czego przykładem może być program budowy korwet Gowind dla Egiptu).

Łatwiejsza budowa – łatwiejsze szkolenie

Podstawą tej nowej metody pracy grupy Naval Group jest wirtualny model okrętu, który już jest obecnie na tyle szczegółowy, że pozwala również na przyszłe zarządzanie życiem danej jednostki pływającej, planowanie jej remontów i modernizacji jak również jej ostatecznej kasacji. Francuzi podkreślają, że jest to również przydatne dla samej załogi w procesie szkolenia, który nie wymaga w początkowej fazie dostępu do realnego sprzętu.

Dzięki aplikacjom zaprezentowanym na takich narzędziach jak tablety, okulary 3D lub systemy projekcji członkowie załogi mogą uzyskać informacje niezbędne do treningu zarówno jeżeli chodzi o umiejscowienie poszczególnych podzespołów a okręcie, jak również na zapoznanie się z ich budową i sposobem działania.

W ten sposób załoga jeszcze przed wejściem na budowany okręt może zapoznać się z jego rozkładem, ze swoim stanowiskiem pracy oraz sposobem realizacji zadań, jakie będzie musiała wykonywać w rzeczywistości. W naturalny sposób przyspiesza to proces szkolenia jak i ogranicza jego koszty – szczególnie w przypadku zupełnie nowych i unikalnych jednostek pływających. W takim przypadku nie opłaca się bowiem budować kompletnych symulatorów i załoga w naturalny sposób musiała wcześniej korzystać do treningu ze sprzętu bojowego. Automatycznie przekładało się to na jego szybsze zużycie, ale również może być przyczyną awarii i uszkodzeń wynikających z nieumiejętnego wykorzystania.

Wirtualny okręt może w tym pomóc szczególnie w sytuacji, gdy członkowie załogi nie mają możliwości wcześniej zapoznać się z tym, co będą bojowo wykorzystywali. Taka sytuacja będzie praktycznie na każdym typie nowych polskich okrętów, które w większości będą wyposażone w sprzęt zupełnie nieznane w Marynarce Wojennej, bardzo często nie mając nawet swoich odpowiedników na innych jednostkach pływających. Tak będzie np. w przypadku okrętowych systemów walki, których operatorzy będą musieli zaczynać praktycznie od zera, podobnie jak w przypadku rakietowych systemów przeciwlotniczych i przeciwokrętowych.

Specjaliści Naval Group zakładają, że rozwiązania związane z „wirtualną rzeczywistością” zostaną szeroko wdrożone do budowy okrętów już od 2020 r. Jak na razie monterzy i kontrolerzy w stoczniach wykorzystują tablety z ekranami dotykowymi, ale przypuszcza się, że kolejnym krokiem będą specjalne okulary przezierne lub kaski.

Tak więc polska Marynarka Wojenna wybierając docelowe projektu okrętowe, może razem z nimi otrzymać dostęp do zupełnie nowej „wirtualnej rzeczywistości” – i to dosłownie.