Csúcsteljesítményű számítási és vizualizációs technológia
Az Egyesült Államok védelmének a gerincét a repülőgép-anyahajó és annak hadereje képezi. A kérdéses anyahajó a világ legnagyobb hadihajója, mely nukleáris meghajtású, ugyanakkor a világ legnagyobb szerkezete több, mint egymilliárd alkatrésszel. Egy repülőgép-anyahajó építése a tervezéstől az átadásig 12 évet vesz igénybe, az utolsó 5 év csak a megépítést teszi ki. A hajó élettartama 50 év - két 25 éves szolgálati ciklussal - és 3 év feltöltési és generáljavítási szünettel.Newport News
A Northrop Grumman Newport News vállalat - a Virginiai Newport News-ban székelő Northrop Grumman csoport tagja - az egyetlen, nukleáris meghajtású repülőgép-anyahajókat tervező-, gyártó-, újratöltő- és javító cég, és az egyik a kettőből, amelyek ugyanezt teszik nukleáris meghajtású tengeralattjárókkal. A Newport News gondoskodik az anyahajók életciklusuk utáni kezelésével is. Az SGI munkaállomások, a csúcsteljesítményű számítógéprendszerek és a fejlett vizualizációs technológia fontos szerepet játszanak a Newport News segítésében a minél nagyobb és erősebb anyahajók tervezésében.
A Nimitz osztályú repülőgép-anyahajók adatai:
* Hosszúság: 1092 láb
* Szélesség: 251 láb, leszállópálya a legszélesebb ponton
* Magasság: 20 emelet, vízvonaltól az árbócig
* Vízkiszorítás: 91209 tonna
* Meghajtás: nukleáris
* Leszállópálya: 196000 négyzetláb
* Repülőosztag: 9-10 repülőszázad, 80 repülő
* Személyzet: 6000 fölött
A Newport News cég több mint 4000 tervező és építőmérnököt foglalkoztat, akik az anyahajók tervezésében, tesztelésében és megépítésében vesznek szerves részt. Az ő feladatuk az új, költségcsökkentő technológiák felfedezése, kifejlesztése és alkalmazása a hajógyártásban. A védelmi elektronikai gyártásban élenjáró Northrop Grumman cég és a Newport News egyesülésével egy, a Haditengerészet számára ideális repülőgép-anyahajó gyártó szervezet jött létre.
Az SGI munkaállomások és nagyteljesítményű rendszerek régóta segítik a Newport News-t a haditengerészeti hajók teljes költségeinek csökkentésében, különösen a 3D testek modellezése, a végeselem analízis és a komplex adatkezelés területén.
A hajóorrtól a tat-ig
A Newport News első, teljesn 3D-s testmodellezéssel tervezett hajója a Seawolf-osztályú tengeralattjáró volt. Az áttérés a 3Ds modellezésű tengeralattjárók, majd később a speciális repülőgép-anyahajók tervezésére lehetővé tette a Newport News számára a teljesen automatizált acélgyártást, a digitális tervezési adatok átültetését a gyártórendszerekbe, a precizitás, a tervezési minőség és a konfiguráció menedzsment javítását.
A Seawolf projekt indulásakor a Newport News átültette a fő végeselem analízis alkalmazását - az I-DEAS-t - a mainframe gépekről kizárólag munkaállomás platformra. Erre a feladatra SGI® Indigo® munkaállomások lettek kiválasztva részben az I-DEAS támogatásuk miatt, részben pedig azért, mert alkalmasak a különböző komponensek 3Ds modelljeinek a kezelésére.
Továbblépés
A Seawolf projekt idulása óta eltelt években az I-DEAS és VIVID eszközök és file-ok át lettek migrálva egyetlen CAD eszközre, a CATIA®-ra, a Dassault Systems kereskedelmi szoftverére, mely folyamatosan frissíthető és támogatja az iparág összes fontos funkcióját. Ez a szoftvermigráció jelentős költségmegtakarítást is jelentett a szofverkarbantartást illetőleg. A következő generációs repülőgép-anyahajók (CVNX - carrier, vessel, nuclear, experimental) első példánya teljes egészében CATIA-val lesz modellezve és tervezve.
A Newport News a mérnöki vizualizációra a PTC szoftvergyártó cég dvMockup termékét választotta, mely vizuális elemzést, szimulációt, és a 3Ds modellek valósidejű, kollaborációs tervezését teszi lehetővé LAN és WAN hálózatokon keresztül. A Newport News szoftvereszközei közé tartozik továbbá az Alias|WavefrontTMis, egy átfogó, ipari, 3D-s tervezői alkalmazás.
A közelmúltban a hajógyártó cég számítási és vizualizációs teljesítménye jelentősen megnövekedett, amikoris a meglévő Silicon Graphics® Octane® munkaállomásait 47 darab nagyteljesítményű Silicon Graphics® Octane2TM vizuális munkaállomással és egy 24 processzoros Origin® 3000-es sorozatú rendszerrel frissítette fel. Ez utóbbiból 8 processzor kizárólag végeselem-analízist végez, a maradék 16 pedig 3Ds modellezési és szimulációs feladatokat kapott. Az Origin® 3000-es rendszer nagyteljesítményű osztott memóriájának köszönhetően a Newport News komplex számítási feladatokat képes elvégezni. A fejlett vizualizációs feladatok megoldását egy SGI® InfiniteReality® sorozatú rendszer látja el. A két feladat konkurrens elvégzésének a lehetősége egyedülálló a szuperszámítógépek területén és lehetővé tette a Newport News számára, hogy egy egységes platformon valósítsa meg a legjobb ár/teljesítmény befektetést.
Strukturális végeselem-analízis
Egy repülőgép-anyahajó strukturális egysége kifejezetten fontos annak túlélési szempontjából. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy szigorú végeselem analízist hajtanak végre a hajó minden egyes szerkezeti elemén, kihasználva az SGI nagyteljesítményű számítási kapacitását. A Newport News szerkezeti (statikus, modális, tranziens) analízisnek veti alá a hajó komponenseit a célból, hogy kivizsgálja annak reakcióit minden elképzelhető igénybevétel esetén. Ilyenek lehetnek különböző terhelési viszonyok, mint pl. hurrikán erejű viharok, rutin manőverekből származó vibrációk, robbanások a vízvonal alatt, vagy fölött, illetve egyéb háború jellegű események. A mérnökök mindent megtesznek azért, hogy a végeselem-analízis eredményei alapján a legjobb strukturális megoldást alkalmazzák a végtermékben.
Az analízisek érvényességét és valódiságát számítógépes szimulációkkal ellenőrzik. A kisebb -200.000 szabadsági fok alatti- szimulációkat Silicon Graphics Octane2 vizuális munkaállomásokon végzik el, míg a nagyfokú szimulációkat pedig az SGI Origin 3000-es rendszer erre dedikált processzorain. Ez utóbbi gyakorlatilag 24 órán keresztül ontja az adatokat. Az így kapott eredmények a modellezőkhöz jutnak, akik aztán megfelelően módosítják az egész hajó 3D-s modelljét. Igy számos iteráció útján jutnak el a végleges formához.
Vizualizációs technológia
1998-ban a Newport News elkötelezte magát a vizualizációs technológia hajógyártásba való integrálása mellett. Ennek eredményeképpen az SGI termékekkel tapasztalt korábbi sikerek alapján az SGI Reality Center-t választották, melynek fő motorja egy Silicon Graphics® Onyx2® típusú számítógép.
Hosszas tanulmányozás után az SGI és a Newport News a PTC DIVISION dvMockUp alkalmazását választotta, mint nagyteljesítményű vizualizációs eszközt, mely kitűnően optimalizálható az SGI hardverekre. A választásban döntő erejű szempont volt, hogy a 64bites tulajdonságok ötvöződnek a széles memóriatartomány címezhetőséggel, emellett pedig a dvMockup alkalmas az összes CAD formátum importjára.
A Newport News komoly figyelmet szán a nemrég bevezetett SGI® InfinitePerformanceTM skálázható grafikus alrendszer- és annak alkalmazhatósága iránt a hajógyártási vizualizáció terén. A 16-utasan skálázható InfinitePerformance grafika 2002 őszétől lesz kapható és lehetővé teszi majd a sokkal bonyolultabb geometrikus modellek kezelését és sokkal összetettebb szimulációkra is alkalmas lesz. Egy repülőgép-anyahajó iszonyatos mérete és egyetlen 3D-s modellbe tömörítéséhez szükséges fáljainak a sokasága csak mintegy másodpercenkénti egy-két képkockányi sebességű vizualizációt tesz lehetővé. A 16-utasan skálázható SGI InfinitePerformance grafika interaktív, 283 millió háromszög/másodperces grafikus teljesítményével sokkal nagyob FPS-t és a legnagyobb modellek sokkal részlethűbb megjelenítését lehet elérni.
A vizualizációs rendszer szétosztott, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy az SGI Origin 3000 rendszer direkt összeköttetésben van négy különböző épületben elhelyezett vizualizációs központtal.
A jövő
Az elkövetkezendő években és tervekben a nagy-volumenű hajógyártó cégek, mint a Northrop Grumman Newport News is, tovább növelik a vizualizációs technológiákba vetett bizalmukat. Mivel az óriási adatmennyiségek aktuális technológiai platformokra ültetése még rengeteg munkaórát igényel, a teljesen digitálisan tervezett repülőgép-hordozó még évekig várat magára. Ennek ellenére a beavatott szakemberek meg vannak győződve, hogy ez az idő hamarosan be fog következni.
A hajó- és egyéb gyártók vizualizáció iránti igényeinek kielégítése érdekében az SGI folytatja a robusztus munkaállomások, valamint a nagy számítási teljesítményű megoldásainak a tervezését és fejlesztését.
További információk a Northrop Grumman Newport News vállalatról: www.nns.com.