04 ноября 2017г.
По объему и по виду заказов судостроение занимает особое место среди отраслей промышленности. Для изделий этой отрасли, отличающихся многообразием форм и размеров, характерна единичность производства. В виду больших затрат, связанных со строительством судна в одном экземпляре, создание прототипа экономически не оправдано, поэтому весь этап проектирования должен проводиться на ЭВМ. Кроме того, известно, что судостроительная продукция является очень наукоемкой и технологически насыщенной. Наряду с разработками традиционных типов торговых судов, морских пассажирских лайнеров и военных кораблей, развивается проектирование специальных судостроительных сооружений, таких как морские платформы различного назначения, скоростные суда с нетрадиционной формой корпуса. Поэтому автоматизация процесса проектирования судна долгое время представлялась как весьма затруднительная задача. Тем не менее, на протяжении нескольких десятилетий разрабатывались программные пакеты, решающие вопросы, связанные с автоматизированным проектированием в судостроении. В результате этого возникла проблема обмена данными между приложениями, созданными разными фирмами- производителями программного обеспечения в разное время. Традиционно данную проблему чаще всего решали в частном порядке с помощью написания драйверов для связи приложений. Столь популярный в различных областях деятельности метод «заплаток» показал себя в данном случае как неэффективный и неоправданно дорогой. Это было связано с тем, что информационные технологии устаревали намного быстрее, чем оборудование. Таким образом, наиболее актуальной на сегодняшний день проблемой является проблема взаимодействия различных объектов «судостроения», написанных на различных языках программирования. Это проблема является не только проблемой данной отрасли. Она актуальна для многих отраслей промышленности. Начиная с 70-х годов, лучшие программисты в связке со специалистами из других областей стараются решить все вопросы, связанные с данной проблемой. Так, были разработаны несколько моделей параллельного программирования (модель обмен сообщениями, модель процесс-канал, модель параллелизм данных, модель общая память), но, как правило, все они были жестко привязаны к конкретной архитектуре компьютера. Появление на мировом рынке суперкомпьютеров не решило, особенно в России, данной проблемы, а еще более обострило ее. Это связано с тем, что современная ситуация в судостроении осложняется проявлением общих тенденций падения цен на проектирование, постройку судов и сокращения оборонных бюджетов, которые всегда составляли значительную долю инвестиций в развитие судостроительной отрасли. При сложившейся в нашей стране ситуации покупка суперкомпьютеров для большинства организаций практически не реальна. Следовательно, покупка дорогостоящего оборудования и САПР не являются панацеей при автоматизации процесса проектирования судна. На сегодняшний момент, назрела необходимость в новом подходе в проектировании судна. Этот подход базируется на параллельных вычислениях в проектировании. При данном подходе судно воспринимается как сложная многоуровневая система, состоящая из определенного числа независимых объектов, между которыми установлены связи, и оптимизация одного из объектов судна сразу приводит к изменениям в других объектах и судна в целом. При этом следует выделить две основные возникающие проблемы:
1. разбиение объекта типа «судно» на самостоятельные модули;
2. взаимодействие объектов.
Условия разбиения системы на модули - произвольные, по желанию пользователя. Это определяется тем, что пользователь в состоянии лучше определить, что имеет смысл объединить в единый объект, а что разбить на куски – в зависимости от мощности имеющегося парка и количества машин, потребности контролировать промежуточные результаты и других субъективных признаков. В качестве примера,иллюстрирующего основные подходы для проектирования сложной системы многоуровневой оптимизации, рассмотрим синтез объекта типа “Судно”.
В качестве управляющей подсистемы рассматривается “Корабль в целом”, а качестве управляемых подсистем – подсистемы “Корпус”, “Грузовое устройство”, “Рулевое устройство”, “Энергетическая установка”, “Электроэнергетическая система”, “Гидродинамический корпус” и т. д. Для управляющей подсистемы функциональные ограничения базируются на основных условиях существования и работоспособности системы типа “Судно”:
В качестве вектора оптимизированных параметров представлены следующие характеристики с допустимыми диапазонами: - коэффициент общей полноты, L – длина судна, B – ширина судна, T – осадка в полном грузу, H – высота борта судна на миделе. Все данные параметры однозначно определяют все размерения проектируемого судна. В качестве критерия оптимизации управляемой подсистемы выбирается минимизация приведенных затрат. Коротко остановимся на оптимизируемых параметрах основных управляемых подсистем: подсистема “Корпус” - y111=0 – приведенная толщина днища, y1 12=1- приведенная толщина палубы; подсистема “Гидродинамический комплекс” - y1 21=Q-дисковое отношение винта, y1 22=dв –диаметр винта, y2 21=nоб – частота вращения винта; “Энергетическая установка” - y1 31=Nэл - мощность одного дизеля, y1 32=nэу – число двигателей в установке, y2 31=nоб – частота вращения гребного винта. Следует заметить, что частота вращения гребного винта является общей оптимизируемой переменной для подсистем “Гидродинамический комплекс” и “Энергетическая установка” подсистема “Электроэнергетическая система”- X1 41-X1 44 дискретное число генераторов 1-ого по 4-ый тип на ходу, X1 45-X1 48 дискретное число генераторов 1-ого по 4-ый тип на стоянке; подсистема “Рулевое устройство”- y1 51=b – средняя ширина руля, y1 52=h – высота (размах) винта; подсистема “Грузовое устройство” - y1 61=nкр – число кранов, y1 62=Tкр – грузоподъемность кранов. Каждая из представленных подсистем имеет свой собственный критерий. Таким образом, руководствуясь желаниями заказчика, мы получили сложную многоуровневую систему типа “Судно”, описанную выше. Все подсистемы системы типа “Судно” представляют собой параллельно работающие объекты. Представленная структура “Судна”, как любая сложная техническая система отвечает веерному признаку декомпозиции, который включает в себя совокупность двух основных признаков разбиения эшелонирования и стратификации и в наибольшей степени раскрывает возможности многоуровневой иерархической структуры. Но если при решении первой проблемы мы руководствовались
пожеланиями пользователя, то решение второй проблемы целиком ложится на наши плечи. Коротко
постараюсь остановиться на основных аспектах, которые будут освящаться при решении данной проблемы. Для взаимодействия каждый объект данной системы должен быть инкапсулирован
в определенную обертку
и тогда, объекты выступают как равноценные и взаимозаменяемые. Идея создания таких объектов напоминает детский конструктор “Lego”. Из равноценных объектов можно создать любую систему. Таким
образом, идеология современного параллельного программирования базируется на создании
распределенных объектов. Объекты моделируют своих двойников из реального мира в приложениях для любых отраслей промышленности. Главное достоинство этой идеологии - способность расширять
функциональность за счет добавления новых объектов в систему без изменения существующей структуры - позволяет легко строить гибкие, самоуправляемые, масштабируемые распределенные системы. Следовательно, мы рассматриваем судно, как сложную многоуровневую систему, в которой каждый объект
воспринимается как независимый, который можно рассчитывать и оптимизировать параллельно с другим объектом системы.
Список литературы
1.
Артюшина Т.Г. Описание и оптимизация элемента многоуровневой системы «судно» на основе теории нечетких множеств. – Морской вестник, 2010, №4, с.99-101
2.
Артюшина Т.Г. Выбор математической модели для описания многоуровневой, многоцелевой
технической системы типа «судно» на начальных стадиях проектирования.- Наукоемкие технологии, 2015, Т.16, №5, с.5-11
3.
Артюшина Т.Г. Общая схема описания объектов различной природы с помощью математики
нечетких множеств.- В сборнике: Проблемы и достижения в науке и технике, Сборник научных трудов по итогам III международной
научно-практической
конференции. 2016. С. 201-203
