Реферат: Компьютерные технологии в судостроении

Калининградский Государственный Технический Университет

Реферат

Компьютерныетехнологии в судостроении.

Выполнил: Солдатов Д.В.

группа 03-ПИ

Калининград

2005

Содержание

:

1.Опыт применения различных

CSD-систем при проектировании

обводов корпуса.………………………………………………………………….…стр.3

2.Компьютизированная система визуального контролясудовых

энергетических установок.………………………………………………………….стр.9

3.Программа расчёта судовой рамы методом конечныхэлементов……………… стр.14

4.Список литературы… стр.15

1.Опыт применения различных

CSD-систем при проектировании обводов корпуса.

Сегодня трудно представить процесс проектирования без применения компьютернойтехники, особенно в крупных проектных организациях.

Рассмотрим опыт использования СА

D-систем применительно к проектированию обводов теоретической поверхностикорпуса подводной лодки (ПЛ). Следует отметить, что проектирование обводовкорпуса ПЛ во многом отличается от проектирования обводов надводных кораблей.

На протяжении многих пет для задания обводов ПЛ в ЦКБ МТ «Рубин» используетсяметод радиусографии. Это объясняется необходимостью использования дуговых обводовдля прочных конструкций корпуса, более высокой технологичностью таких обводов,обеспечением гладкости поверхности на начальной стадии ее задания, адекватностьювоспроизведения обводов на плазе, простотой работы с сечениями шпангоутов,состоящими из участков дуг окружностей.

Метод радиусографии имеет две основные особенности:

поверхность строится путем «протягивания» сечения, состоящего из участковдуг и прямых, вдоль направляющих линий, причем параметры каждого элементасечения меняются по своему определенному закону. При грамотном задании методобеспечивает гладкость обводов уже на начальной стадии проектирования. Крометого, можно модифицировать поверхность, сохраняя ее гладкость, путем изменениязакона ее построения;

полученная поверхность имеет в любом шпангоутном сечении контур, состоящийиз участков дуг и прямых, причем это происходит не аппроксимациейкриволинейного сечения, а обеспечивается способом задания.

Первое обстоятельство определяет свойства обводов на этапепроектирования и требования к применяемой СА

D-системе, второе — свойства обводов на этапе изготовления,поскольку гнуть каждый шпангоут по заданному радиусу проще, чем по криволинейномушаблону, что является определяющим, поэтому для проектирования обводов ПЛ досих пор используется именно метод радиусографии.

Одним из недостатков метода является обеспечение гладкости смежных участковповерхностей не по второй, а только по первой производной, что, однако, неоказывает существенного влияния на гидродинамику лодки в расчетных режимах эксплуатации.Этот очень простой по своей сути метод не может быть реализован во многих из существующихСА

D-систем, хотя построение отдельных сечений втрехмерном пространстве (а не поверхностей) не представляет проблем.

Необходимо отметить, что метод радиусографии является определяющимтолько при проектировании подводных лодок. Для прочих объектов, а также настадиях ранних проработок формирование обводов производится другими методами,которые предоставляют имеющиеся СА

Рассмотрим процесс формирования обводов корпуса, одновременно формулируяте требования, которым должна удовлетворять применяемая для этого система. Нарис. 1 приведена упрощенная схема процесса формирования обводов корпуса иуказаны основные этапы проектирования и их взаимосвязи. Здесь следует обратитьвнимание на два этапа: первый — это процесс согласования обводов отдельныхучастков поверхности корпуса с другими конструкциями и устройствами ПЛ; еслиэти требования окончательно не определены, то создается промежуточный вариантобводов, который корректируется на дальнейших стадиях проектирования, — этовторой этап. Подобных циклов на каждом этапе может быть несколько и чередоватьсяони могут в любой последовательности. Заключительные этапы в пояснении не нуждаются.

В процессе разработки обвода корпуса необходимо активно обмениватьсяинформацией со специалистами других отделов, в основном по сечениям на том илиином шпангоуте или габаритам устройств. Во-первых, вся графическая информацияпоступает к разработчику обводов в форматах A

utoCAD или САDКЕУ, и в таком же виде должны выдаваться результатыработы. Во-вторых, даже в рамках одного этапа проектирования (например,техпроект) обводы корпуса претерпевают очень много изменений, которые необходимо отрабатывать всжатые сроки. Часто параллельно прорабатываются 2—3 варианта одного проекта.Таким образом, система должна обеспечивать внесение изменений в ужесуществующую геометрию без переделки её целиком. В-третьих, необходимо обеспечиватьпередачу не только графической информации, но и численных значений для проведениядальнейших расчетов по статике, динамике, нагрузке и т. д. Это не толькоединичные данные {водоизмещение, площадь смоченной поверхности, моменты инерции),нон большие массивы, описывающие обводы как корпуса в целом, так и отдельных помещений,цистерн и выгородок. Кроме того, система должна обеспечивать получение всейнеобходимой плазовой информации (а пазовая таблица для лодок несколько отличаетсяот обычной плазовой книги надводных кораблей). Таким образом, основнымтребованием к инструменту проектирования является наличие у него ряда возможностей,а именно: создание и корректировка требуемых обводов, обмен данными с ДругимиСАD-системами, передача данных по геометрии в другие расчетныепрограммы, формирование плазовой таблицы.

Познакомившись с методами проектирования и определив требования, которымдолжны удовлетворять используемые СА

D-системы, перейдем к обзору систем, используемых в ЦКБМТ «Рубин» дляпроектирования обводов корпуса. На сегодняшний день их четыре: САDКЕY,АПИРС, САDD55 и Рго/Engineer.

Из рассматриваемых ниже четырех систем только АПИРС было специально приобретенаисключительно для работ по проектированию обводов корпуса. Остальные системы,наряду с

AutoСАD, активноиспользуются другими подразделениями бюро для решения своих задач.

Система СА

Рис 2. Электронная моделькорпуса подводной лодки, построение» в САDКЕY

Рис. 3. Электронная моделькорпуса буксира, созданная в САОКЕY

Преимущества СА

DКЕY: удобство работы с трехмерными объектами и наличиевсех необходимых функций для создания объемной каркасной геометрии; удобнаяработа со сплайнами и коническими кривыми; возможность работы с поверхностямии твердыми телами; наличие форматов обмена IGES, DXF, DWG. К недостаткам САDКЕYотносятся ограниченность средств создания поверхностей по различным законам,что не позволяет реализовать метод радиусографии на уровне поверхностей, иотсутствие возможности модифицировать уже созданную геометрию. На рис, 2представлены обводы подводной лодки, заданные методом радиусографии ипостроенные на каждом практическом шпангоуте. С этой же модели получается всянеобходимая плазовая информация в виде текстового файла, который формируетсяв таблицы в MS EXCEL. На рис. 3 приведен корпус буксира, построенногосредствами FastSURF, где показаны сечения по шпангоутам, батоксам и ватерлиниямв трехмерном виде в двух ракурсах. Эти сечения получены как линии пересечениясоответствующих плоскостей с поверхностью корпуса. Рис. 4 иллюстрирует возможностиFastSOLID на примере твердотельной модели якоря Холла, присоздании которой использовались булевы операции и сопряжения. Заданы всеэлементы вплоть до литейных радиусов.

Отечественная система АПИРС применяется на ранних стадиях проектирования(предэскизный, эскизный и технический проекты), разработана специально дляпроектирования обводов корпуса и отличается возможностью модифицировать ужесозданные поверхности, что обеспечивает широкий диапазон прорабатываемыхвариантов и оперативность отработки вносимых изменений. Это достигаетсяблагодаря использованию математики (кривые и поверхности Безье), позволяющейбыстро создавать и модифицировать обводы произвольной формы. Другимпреимуществом АПИРСа является возможность передачи численных данных в системуСТАТИКА, разработанную в ЦКБ МТ «Рубин». Для описания обводов в СТАТИКЕ используетсяогромный массив точек, который генерируется АПИРСом автоматически. Кроме того,существует возможность «нарезки» отдельных помещений. Например, припроектировании ледостойкой буровой платформы со сложной комбинацией наружныхобводов и внутренних переборок цистерн вся необходимая геометрия была задана вАПИРСе за полдня, и в течение следующего рабочего дня было задано дляпроведения расчетов по статике порядка 1 00 отдельных помещений. Графическаяинформация передается через формат обмена

DXF в виде любых сечений, каркасных линий, сеткишпангоутов и сети поверхности а двух- и трехмерном виде (существуют и другиеформаты обмена, например Autocon, FastSHIP или Intergraph, но они весьма специфичны и другими имеющимися системами не поддерживаются).К недостаткам АПИРСа относятся: ограниченность средств создания поверхностейпо различным законам, что не позволяет реализовать метод радиусографии вполном объеме; некоторые сложности с построением «каркасной» геометрии;отсутствие формата обмена IGES дляпередачи поверхностей; недостаточная точность аппроксимации сечений дугамипри передаче в DXF. Этинедостатки не позволяют использовать АПИРС на стадии рабочего проекта для ПЛ.Однако для проектирования надводных кораблей АПИРС — незаменимое средство. Нарис. 5 изображен корпус патрульного корабля, созданный в системе АПИРС.

Система

CADDS5 относится к «тяжелым» САD-системам и применяется на этапе рабочего проектадля создания электронной модели поверхности корпуса в тех случаях, когдапланируется формирование в той же CADDS5 электронной модели корпусных конструкций, системи пр. В последнее время рассматривается вопрос о передаче информации в форматеCADDS5 на ГУП «Адмиралтейские верфи». К преимуществам CADDS5 относятся гораздо более мощные, чем в САDКЕY,средства создания поверхностей и твердых тел, но, тем не менее, онинедостаточны для решения всех встречающихся задач. Недостатки CADDS5 такие же, как и у САDКЕY, к нимможно добавить отсутствие формата обмена данными DXF и неудобство роботы в эргономическом плане. Для CADDS5 написаны различные процедуры, обеспечивающиепередачу данных в СТАТИКУ, получение плазовой информации и пр.

Рис 4.Электорнная модельякоря Холла, разработанная в CADKEY

Рис. 5. Электронная моделькорпуса сторожевого корабля, построенная в АПИРСе

Система Рго/Е

ngineer появилась в бюро недавно. Сейчас идет период ее освоения, но уже сделанонесколько робот, которые показывают перспективность Рго/Engineer для проектирования обводов корпуса. Этоединственная из имеющихся в бюро систем, позволяющая использовать методрадиусографии в полном объеме на уровне поверхностей и твердых тел,обеспечивая не только задание, но и изменение созданной геометрии. Кромерадиусографии может также успешно применяться метод кривых второго порядка.Рго/ Engineer предоставляет широчайший математический аппаратдля проектирования обводов, но, являясь универсальной машиностроительнойсистемой, требует некоторой адаптации к условиям судостроения для обеспеченияболее продуктивной работы.

Использование метода радиусографии предъявляет определенные требования кспособам задания поверхностей и форме представления шпангоутных сечений. Ниодна из рассмотренных выше систем в полной мере не удовлетворяет этим требованиям.Поэтому при проектировании обводов корпуса сейчас используются все четыре взависимости от характера обводов и формы представления результата. Отметим,что отчетными документами являются теоретический чертеж и плазовая таблица.Создание электронной модели поверхности корпуса является только средством,обеспечивающим получение всей необходимой информации для выпуска документовна бумаге. Б некоторых случаях электронной модель поверхности корпусапередается в другие подразделения бюро для дальнейшей роботы. Но длябольшинства задач достаточно передачи в электронном виде только сечений. Чтокасается графической информации, то проблемы (в большей или меньшей степени)существуют всегда, когда есть этот обмен. Проблема обмена данными особенноостра для системы АПИРС, так как в нее можно передать только линии или точкичерез формат

DXF, о из нее — любые сечения и каркасные линии тожечерез формат ОХР. При этом В-сплайны преобразуются в полилинии или дуги, ноточность этих преобразований недостаточно для плазовой информации. В АПИРСепредусмотрена возможность формирования плазовой книги, но в нее заложенстандарт для надводных кораблей, а для ПЛ плазовая информация содержит инойобъем данных и представляется в ином формате. Тем не менее, несмотря на наличиесерьезных недостатков, АПИРС остается эффективным средством разработкиобводов корпуса и является на данный момент основным инструментом на раннихстадиях проектирования.

На завершающем этапе проектирования — для получение и оформления плазовойдокументации — создается модель методом радиусографии а СА

В заключение можно сделать следующие выводы, для проектирования обводовкорпуса используются универсальные и специализированные СА

D-системы, обладающие определенными преимуществами инедостатками. Ни одна из систем не решает всех проблем, возникающих в процессеработы, в частности обмена данными между системами. Поэтому продолжаетсяпоиск путей адаптации имеющихся систем. В то же время внедряются новые формывзаимоотношений между различными подразделениями бюро, с также между бюро изаводами-строителями. На сегодняшний день средства, которыми располагает ЦКБ МТ«Рубин», позволяют осуществлять весь процесс проектирования вплоть до получения плазовой информации нарабочем месте конструктора.

2.Компьютизированнаясистема визуального контроля судовых энергетических установок.

Судовые энергетические установки (ЭУ) и составляющие их техническиесредства (ТС) на всех этапах эксплуатации характеризуются такимитехнико-эксплуатационными свойствами и показателями, как мощность,производительность, подача, экономичность, надежность, живучесть и др. Оттого,насколько оперативно, полно и достоверно будут оцениваться и реализовыватьсяэти свойства, зависит качество выполнения задач, стоящих перед судном вцелом. Особая роль здесь принадлежит системе контроля, предназначенной длясбора, преобразования, передачи и представления информации, необходимой дляпринятия решений о воздействии на контролируемый объект. Наличие в составе ЭУдесятков технических средств, имеющих самые разные принципы действия, обуславливаетнеобходимость контроля сотен параметров. Совершенствование, повышение мощностиустановок, насыщение их автоматикой ведет к росту количества контрольно-измерительныхприборов (КИП). Так, за последние 40 лет число КИП только по энергетическим установкамувеличилось примерно в 6 раз, количество приборов-сигнализаторов возрослоболее чем в 30 раз.

Анализ распределения блоков контроля ТС по видам сигнального раздражителяи способам представления информации показывает, что около 90 % приборовпредусматривают визуальную форму восприятия информации. Восприятие информациислуховым, тактильным и температурным анализаторами оператора составляет около 10% [ 1 ].

Традиционная система визуального контроля включает объект и зрительнуюсистему оператора, взаимодействие которых происходит либо непосредственно,либо опосредованно, через оптический прибор.

Опытные операторы могут визуально достаточно надежно контролировать показанияприборов, обнаруживать при внешнем осмотре многие поверхностные дефекты —трещины, окисные пленки, дефекты сварки, местные концентраторы напряжений ввиде острых зазубрин, рисок и т. п. Однако результаты такого контроля в значительнойстепени субъективны, поскольку зависят от индивидуальных особенностей оператора(острота зрения, цветовосприятие, память) и его физического состояния (степеньусталости, внимательности и т. п.).

Условно зрительную систему (ЗС) оператора можно разделить на две части:зрительный анализатор, который является своего рода датчиком видеоинформации,и центральную нервную систему. Зрительный анализатор имеет определенные ограниченияпо разрешающей способности в виде порогов световой, пространственной ивременной чувствительности. Большое значение здесь имеют внешние условия(освещенность, угол обзора, расстояние до объекта, вибрация, состояние промежуточнойсреды и др.}, которые существенно влияют на разрешающую способность зрительногоанализатора оператора.

Центральная нервная система выполняет роль управляющего звена ЗС, обеспечиваяпереработку информации, включая арифметические и логические операции, хранениеи извлечение информации из памяти.

Анализ предельной информационно-пропускной способности (предельное числоразличимых градаций состояния объекта в единицу времени} центральной нервнойсистемы показывает, что она составляет примерно 1О—АО бит/с, в то время какпропускная способность зрительного анализатора более чем в миллион раз выше —примерно 45 Мбит/с [2].

Данное несоответствие резко снижает возможности переработки информации ЗСоператора в целом. В этом случае центральная нервная система работает как звенос чистым запаздыванием. Именно этим объясняется то, что при визуальном контролепрактически отсутствует косвенная оценка обобщенных показателей ТС, ограниченочисло контролируемых КИП и существенна погрешность считывания при оперативномконтроле, крайне низка надежность динамического контроля при решении задачуправления, ограничены возможности запоминания и объективной количественнойоценки изображений элементов оборудования поданным внешнего осмотра,эндоскопии и микроскопии в диагностических задачах.

Узкий световой диапазон спектра электромагнитного излучения, воспринимаемыйзрительным анализатором оператора непосредственно, не позволяет получить вполном объеме информацию о состоянии теплоэнергетических и электроэнергетическихобъектов, так как они активно излучают энергию в инфракрасном (ИК) диапазонеспектра.

Перечисленные недостатки традиционных систем визуального контроля судовыхТС существенно снижают полноту, оперативность и достоверность контроля.

Одним из путей решения этой проблемы является автоматизация процессасбора и обработки изображений с помощью компьютеризированных видео- и тепловизионныхкомплексов. Информационно-пропускная способность процессоров современных ЭВМсоставляет сотни Мбит/с, что более чем в миллион раз пре