МЕТОДОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Цели внедрения автоматизации в проектирование СЭУ

Автоматизированное проектирование СЭУ – решение задач проекти­рования судовых энергетических комплексов на основе систематиче­ского и системного применения быстродействующей вычислительной техники – электронных вычислительных машин и других технических средств автоматизации проектирования. Автоматизированное проекти­рование реализуется в форме систем автоматизированного проектирования (САПР) – комплексов согласованных и взаимодействующих программных средств автоматизации проектирования, обеспечивающих решение определенного круга задач в определенной предметной области.

На современном уровне развития технических средств САПР, распро­страненности персональных ЭВМ, владения вычислительной техникой рядовыми исполнителями в профессиональной области и в быту говорить о неавтоматизированном проектировании приходится лишь в историческом аспекте. Всякое проектирование объектов любой сложности в той или иной степени опирается на информационные технологии. Имеет смысл обсуждать степень автоматизации проекти­рования, системность применения ЭВМ, эффективность взаимодействия программных средств в рамках САПР. Кроме этого обращение к неавто­матизированному проектированию полезно в дидактическом отношении – для прояснения существа решаемых задач, последовательности алгорит­мов проектирования, преимуществ автоматизации и др. Без такого обращения сущность многих проблем остается скрытой завесой технических сложностей.

Различие в типах судов и СЭУ, задач, стоящих перед различными организациями судостроительного профиля, исключает возможность и целесообразность разработки единой интегрированной САПР судна согласно классификации [1]. Разработаны специализированные САПР отдельных организаций. Это системы, ориентированные на выполнение наиболее массовых проектных работ по конкретному изделию, с их помощью пользователи получают доступ к эффективным методам моделирования, математическим и программным моделям, методам оптимизации на всех стадиях проектирования объектов.

Варианты САПР, используемых в отдельных организациях, обладают рядом особенностей, исключающих их применение для изучения в учебной организации. Варианты, реализованные в проектных организа­циях, являются недостаточно наглядными, прохождение в них проектной задачи аналогично пакетной обработке в ЕС ЭВМ. Кроме того, в них излишне конкретизированы варианты с учетом возможных поставщиков. Для исследовательских организаций характерны варианты САПР, нацеленные на сложные оптимизационные исследования с варьированием большого числа переменных и с дополнительным анализом зоны опти­мума. САПР, разрабатываемые в учебных заведениях, грешат излишним примитивизмом, основное внимание уделяется общению с пользователем, чтобы заставить его отвечать на надуманные запросы о выборе значений величин из рекомендуемых диапазонов.

В работе [2] была поставлена задача создания САПР как инстру­мента широкого применения для использования в учебном процессе, научных исследованиях и практическом проектировании. В соответствии с целями и задачами применения САПР в учебном процессе [3] структура САПР должна отвечать содержанию общей части дипломных проектов, соответствующей содержанию энергетического раздела эскизных проектов транспортных судов [4], [5]. Для проведения научных исследований САПР должна обладать мощным аппаратом обоснования принимаемых решений и простотой варьирования параметров. Для внедрения в практику проектирования система должна не только повторять структуру соответствующего этапа и реализовывать алгоритмы, принятые в промышленности, но и иметь развитую, современную, постоянно пополняемую информационную базу. Именно такая методология [6] положена в основу настоящей книги.

Судовая энергетическая установка – сложный комплекс механизмов, аппаратов и устройств, и при ее создании возможно большое количество вариантов комплектации главным, основным и вспомогательным оборудованием, валопроводами и трубопроводами, вариантов их компоновки и расположения, обеспечения режимов эксплуатации. Основная задача проектирования СЭУ – отыскание среди допустимых вариантов СЭУ оптимального варианта, обеспечивающего достижение наилучших показателей предпочтительности судна.

САПР судовой энергетической установки – относительно обособленная часть, подсистема САПР судна. Обособленность этой подсистемы опре­деляется единым кругом вопросов, подлежащих разработке в моделях автоматизированного проектирования и направленных на обоснование технических решений по судовой энергетике, независимым оформлением этих моделей, их взаимодействием в основном между собой, связью с моделями других подсистем САПР судна по получению исход­ных данных в начале и выдаче результатов в конце проектирования. Кроме того, над решением этих задач проектирования трудятся специа­листы по СЭУ. Это дает нам право говорить о САПР СЭУ. В то же время не следует абсолютизировать эту обособленность, так как существует иерархическая соподчиненность и взаимосвязь задач, решаемых подсистемами САПР СЭУ на различных этапах проектирования судна.

Цели внедрения автоматизации в практическое проектирование и научные исследования в области судовой энергетики несколько раз изменялись за последние 30 лет – исторический период развития данной проблемы. Менялось представление о весомости отдельных преимуществ от внедрения САПР. Их номенклатура была известна с самого начала из опыта смежных, более динамично развивающихся отраслей, в первую очередь авиации.

Внедрение автоматизации в проектирование способно обеспечить:

• повышение качества проектирования и технико-экономических показателей объекта проектирования путем увеличения числа рассмотренных вариантов и глубины их проработки, точности и согласованности выходной информации, повышения творческой активности проектировщиков от устранения рутинных операций;
• сокращение сроков проектирования путем ускорения расчетов, замены натурных экспериментов моделированием на ЭВМ, ускорением подготовки проектной документации, увеличением скорости передачи информации между элементами проектирующей системы;
• уменьшение затрат на создание объекта в результате сокращения сроков проектирования, уменьшения объемов испытаний и доводки объекта из-за увеличения качества проектирования.

Непосредственным поводом для разработки систем автоматизирован­ного проектирования в области судостроения явилось внедрение на судостроительных предприятиях газорезательных машин с числовым программным управлением (ЧПУ). Эти машины обеспечивали точность резки листов металла корпуса до 1–1,5 мм, что позволяло исключить весьма трудоемкие операции прирубки и подгонки листов. Однако для работы машин с ЧПУ требовались программы управления исполнительными органами станков. Сначала они рассчитывались и перфорировались вручную, но такая технология подготовки программ ЧПУ из-за монотонности труда и возможных ошибок оказалась неэффективной.

Были созданы программные средства для разработки программ ЧПУ, которые требовали ввода координат деталей, снимаемых с плаза с весьма небольшой точностью, что приводило к необходимости сохранения прирубки. Далее были разработаны интегрированные автоматизированные системы плазовой подготовки производства, обеспечивающие автоматизацию всех работ вплоть до выпуска машинных носителей информации для станков – перфолент с программами ЧПУ. Это сняло остроту проблемы с согласованием погрешностей отдельных этапов технологической подготовки судостроительного производства, но поставило проблему необходимости автоматизации других этапов проектирования судна.

Для судовой энергетической установки все перечисленные выше положительные факторы внедрения САПР весомы и значимы, однако, так же как и для судна в целом относительная весомость отдельных факторов со временем изменяется. Пройдены этапы: внедрения ЭВМ в расчеты по энергетике, передачи данных из пакета в пакет, оптимизационных исследований параметров СЭУ, хранения информации в базах данных, безбумажного проектирования расположений.

В настоящее время наиболее остро стоит проблема увязки решений по СЭУ с показателями эффективности судна в целом – так называемая проблема «главного конструктора» или согласование решений на разных уровнях иерархии сложной технической системы, оптимизация технических решений по СЭУ с выходом на показатели судна в целом. В течение определенного времени эта проблема будет приоритетной в предметной области автоматизированного проектирования судов и подсистем судна, в том числе судовых энергетических установок.

Достаточно острой является проблема оптимизации компоновок и расположения оборудования в помещениях судна и в том числе оборудования СЭУ в МКО, разработки критериев оптимальности компоновок и внедрения оптимизационных исследований в практику проектирования расположений.

В основном автоматизированное проектирование судов и СЭУ развивается пропорционально развитию возможностей вычислительной техники, преследует указанные выше цели, достигает их и снова ставит все те же проблемы на более высоком уровне. Путь не имеет конца, а развитие бесконечно. Понимание таких истин приходит со временем и позволяет исследовать пути достижения целей, разумно ограничить текущие задачи, перейти от схоластических рассуждений о САПР к достижению конкретных выгод на пути реализации целей автоматизированного проектирования судовых энергетических установок.