автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Разработка методики оптимизационного проектирования судов для перевозки тяжеловесных и негабаритных грузов



Санкт-Петербургский морской технический университет

4

ОДЕГОВА Ольга Витальевна

На правах рукописи

Разработка методики оптимизационного проектирования судов для перевозки тяжеловесных и негабаритных

грузов.

Специальность 05.08.03 - проектирование и конструкция

судов

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

1997 г.

Работа выполнена в Морском техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

ГАЙКОВИЧ А.И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

МИРОШНИЧЕНКО И.П. кандидат технических наук, зам. главного конструктора

СМИРНОВ А.Г.

Ведущее предприятие: ЦКБ "Балтсудонроект".

Защита диссертации состоится........^..'.^.Р............1997 г в^.^часов

в на заседании Совета № Д.053.23.04 по присуждению

ученой степени кандидата технических наук в Морском техническом университете по адресу: 190008. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д.З.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Морского технического университета.

3 СЧЗ

Автореферат разослан.......;..........:...........1997г.

Ученый секретарь Совета к.т.н., доцент В.Б. Амфилохиев

1. Общая характеристика диссертационной работы

Актуальность темы. Суда, перевозящие тяжеловесные и негабаритные грузы (ТНГ)> как правило, всегда имеют необходимый объем перевозок. Существуют грузы, транспортировку которых можно осуществлять только морем, поскольку их вес и габариты не позволяют производить перевозки с использованием другого вида транспорта без дорогостоящего демонтажа (перевозки военной техники, портальных кранов, тепловозов, барж, землечерпалок, средств буровой техники и т.п.). При постоянном специализированном фрахте суда-тяжеловозы способны приносить судовладельцам немалые прибыли, несмотря на значительную стоимость их постройки и эксплуатации. Они могут оказать помощь при решении сложной и весьма дорогостоящей задачи - освоении шельфовых районов Арктики, обеспечивая транспортное обслуживание буровых и добычных установок (под транспортным обслуживанием понимается завоз всех необходимых грузов для монтажа буровых средств на морских месторождениях и вывоз отходов и добытой продукции на берег). Учитывая эти обстоятельства, стране с развитым морским сообщением целесообразно иметь в составе флота суда для перевозки тяжеловесных и негабаритных грузов. Существующие в настоящее время в нашей стране суда подобного типа уже имеют значительный срок эксплуатации и поэтому, весьма вероятно, что в недалеком будущем встанет проблема обновления парка судоз для перевозки тяжеловесных и негабаритных грузов (например при освоении нефтегазовых месторождений в районах Крайнего Севера).

Проектирование, постройка и. эксплуатация таких судов относительно дороги из-за их уникальности, поэтому для лучшей обоснованности проекта и углубления его проработки целесообразно использовать вычислительную технику на стадиях обоснования технико-эксплуатационных требований (ОТЭТ) и технико-экономического обоснования (ТЭО), а также ранних стадиях проектирования. Следовательно разработка математической модели и использование компьютерных технологий для этого является актуальной научной и практической задачей. Цель работы

1. Исследование особенностей эксплуатации судов при

перевозке тяжеловесных и негабаритных грузов с

различными транспортно-технологическиыи

характеристиками.

2. Разработка математической модели проектирования судна для перевозки ТНГ с учетом размещения предполагаемых к перевозке грузов при решении задачи оптимизации параметров грузового пространства (грузовых характеристик) и главных размерений.

3. Разработка компьютерной технологии проектирования~ судов указанного типа на ранних стадиях и создание программного комплекса для ее реализации. 1

4. Проверка ' адекватности математической модели и работоспособности разработанных программных средств.

5. Обобщение необходимой информации и ее структурирование для реализации возможности взаимосвязи с задачами проектирования, а также с эксплуатационными задачами.

6. Создание аппарата, позволяющего производить экспресс-анализ нагрузки и остойчивости судов, перевозящих тяжеловесные негабаритные грузы, в процессе эксплуатации при помощи бортового компьютера.

Предмет г зашиты - совокупность результатов исследований (включающая в себя алгоритмы и программы), которая формирует методику и математическую модель оптимизации грузового пространства и главных размерений судов, перевозящих тяжеловесные грузы и образует средство дня решения важных практических задач в области судостроения.

Научная новизна работы заключается в следующем: в Проведен анализ типов существующих судов, перевозящих ТНГ, и обоснована целесообразность разработки компьютерной системы проектирования судов типа "ро-флоу" с учетом транспортных характеристик грузов и их компоновки.

• Выполнено исследование использования возможностей компьютерных технологий проектирования в судостроении при решении задачи оптимизационного проектирования судов, перевозящих ТНГ.

• По проведенному анализу функционирования судов разработана имитационная модель формирования партий ТНГ, на базе которой построен алгоритм выбора грузов для предполагаемых перевозок.

• Построена математическая модель и алгоритм оптимизации грузового пространства и главных размерений с учетом аналитических зависимостей, учитывающих характерные особенности судов типа "ро-флоу", для проведения работ на стадиях ОТЭТ и ТЭО, а также проектирования этих судов на ранних стадиях. Разработана компьютерная программа, соответствующая указанному алгоритму.

• Разработана структура хранения информации о перевозимых грузах и создана компьютерная реализация базы данных в виде электронных таблиц Excel. База данных служит как для хранения информации, так и для анализа прогнозов перевозок.

• Создана методика, алгоритм и программа оптимизации размещения грузов в трюме судна, учитывающая особенности перевозки и погрузки.

Практическая ценность работы состоит в том, что:

1. Разработанные методики, математическая модель и программы для ПЭВМ могут использоваться в проектных и научно-исследовательских организациях для выполнения работ по обоснованию технико-эксплуатационных требований к судам, перевозящим тяжеловесные и негабаритные грузы, при составлении технического задания на проектирование "ро-флоу", а также на ранних стадиях проектирования.

'2. Анализ проектных вариантов дает возможность построить зависимость провозоспособности от особенностей архитектурно-конструктивного типа (АКТ) и основных параметров указанных судов (для разных грузов с учетом их приоритетности). Эти зависимости могут быть использованы также при вероятностном расчете предполагаемого экономического эффекта от эксплуатации судна.

3. Программы компоновки грузов при заданном состоянии балластных, топливных и проч. танков могут быть использованы администрацией судна или агентами-фрахтователями для проведения расчетов посадки-остойчивости в режиме эксплуатации или априорно в режиме оценки возможности перевозки.

4. Удобный пользовательский интерфейс позволяет применять программные комплексы при обучении студентов в курсах "Системы автоматизированного проектирования в судостроении", "Основы баз данных", а также в качестве тренажеров при подготовке членов экипажей судов, отвечающих за погрузку.

5. На базе математических зависимостей, положенных в основу модели проектирования, разработана и внедрена в эксплуатацию программа, позволяющая моделировать на компьютере процесс погрузки и перевозки, выполнять необходимые расчеты посадки и остойчивости, делать заключения о возможности перевозки и принимать необходимые схемы балластировки судна типа "Стахановец". Программа проверена и одобрена Морским Регистром судоходства России.

Внедрение результатов диссертационной работы:

1. В Военно-Морской академии им. Кузнецова при преподавании курса по системам автоматизированного проектирования.

2. В АО Балтийское морское пароходство на судах "Стахановец Котов" и "Стахановец Ермоленко" для проведения расчетов по посадке-остойчивости судов (с экономическим эффектом).

3. В АО "Морской компьютерный сервис" для проведения эксплуатационных расчетов с использованием датчиков уровня и крена-дифферента (с экономическим эффектом).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на международных, всесоюзных и отраслевых конференциях, симпозиумах и совещаниях в Санкт-Петербурге, Минске, Харькове, Севастополе, Усть-Нарве.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 15 работах автора, из которых 5 является личными публикациями, а 10" выполнены в соавторстве. Из публикаций одна является учебным пособием, остальные опубликованы в издании АН УССР, журнале "Пррблемы судостроения", сборниках Трудов ЛКИ и BMA им. Кузнецова, материалах конференций "Графикон-92" и "Нева-95", в виде отчетов по НИР.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа

содержит .страниц основного текста, рисунков......

таблиц, список литературы из..{.O.S... наименований.

2. Основное содержание работы.

Теоретической основой диссертационной работы являются: * общая теория проектирования и оптимизации судов, описанная в трудах Л.И.Ногида, В.В.Ашика, А.В.Бронникова, В.М.Пашина, А.И.Гайковича, Б.А.Царева, Г.Ф.Демешко,

• оценка проектных решений по судам-тяжеловозам, изложенная в работах И.П.Мирошниченко, М.Ю.Марченко, Б.Н.Захарова, А.В.Луковского.

• концепция создания систем автоматизированного проектирования, сформулированная в работах, В.М.Пашина, И.Г.Захарова, П.А.Шауба, А.И.Гайковича, В.В. Дорина, Н.В.Никитина, А.Н.Суслова.

• опыт решения компоновочных задач при проектировании сложных систем, разработанный Ю.Г.Стояном и его школой, развитый применительно к судостроению МА.Радушинским, Д.И.Чернышковым, ГЛЛевиным.

• теория проектирования баз данных и основы разработки пользовательских программ на персональных компьютерах. Б работе используются основные теоретические положения из работ Дж.Мартина, Ван Д.Тассела, Д. Хорфаса.

Во введении обосновывается актуальность тематики диссертационной работы, описываются цели исследования и структура диссертации, приводится краткое описание содержания работы и те основные теоретические положения, которые использовались при ее создании.

В главе 1 работы на основании обзора особенностей технико-эксплуатационных характеристик и архитектурно-конструктивного типа судов, перевозящих ТНГ, а также условий их эксплуатации и методов производства грузовых операции (с использованием анализа конкретных примеров для судов типа "ро-флоу") строится модель функционирования судов указанного типа. Приводится обзор наиболее распространенных в судостроительной отрасли систем автоматизированного проектирования с указанием особенностей реализации и предпочтительной области применения каждой из них. Рассматривается возможность применения существующих компьютерных технологий на различных этапах ОТЭТ и ТЭО и проектирования судов, перевозящих ТНГ. Оцениваются возможности взаимосвязи программного обеспечения, представляемого в работе, с компьютерными технологиями, используемыми в судостроении на этапах более высокого уровня проектирования.

Приводимый анализ грузопотоков, обслуживаемых судами типа "ро-флоу", показывает разброс масс, габаритных площадей и высот перевозимых грузов, при отсутствии ограничений на вид груза. Фрахтовые ставки на перевозку тяжеловесных и негабаритных грузов традиционно высоки, поэтому вопрос о возможности размещения в трюме предлагаемого к перевозке груза

(и соблюдении при этом требований к мореходным качествам судна) оказывается немаловажным при принятии решения о перевозке. Представляется целесообразным проводить моделирование размещения перевозимых грузов еще на этапах технико-экономического обоснования основных параметров и архитектурно-конструктивного типа, при разработке основных технико-эксплуатационных требований, а также на начальных стадиях проектирования при решении вопроса о выборе размеров грузового трюма. Для включения вопроса размещения грузов в общую схему оптимизационного проектирования судна проводится .обзор существующих в настоящее время подходов и методов решения компоновочных задач в сложных технических системах, а также дается оценка возможности использования имеющихся средств для решения поставленных задач.

В главе 2 описывается структура информации о транспортно-технологических характеристиках перевозимых грузов и предлагается вариант реализации базы данных для ее хранения, а также строится имитационная модель формирования партии предлагаемых к перевозке тяжеловесных негабаритных грузов. С использованием описанной информации формируется математическая модель и алгоритм нахождения главных размерений судна типа "ро-флоу", в основной части которого решается оптимизационная задача выбора размеров грузового пространства. При этом подразумевается решение экстремальной задачи математического программирования

Р = С) и в(Х, С) е А)]

где Ъ - критерий эффективности проектируемого судна, X - вектор оптимизируемых переменных, С - вектор элементов задания на проектирование, в - вектор-функция качеств, А - множество допустимых значений, предъявляемых к качествам судна.

Вектор оптимизируемых переменных в предлагаемой модели строится таким образом, чтобы в результате решения задачи определить значения технических характеристик (включая основные параметры АКТ) судна-тяжеловоза. Важнейшими из них являются параметры грузового прострайства, зависящие от транспортно-технологических характеристик грузов, а также вместимость и грузоподъемность, по отношению к ряду вариантов

партий грузов, предлагаемых к перевозке. Поэтому вектор X оптимизируемых переменных в модели включает в себя габариты

грузового трюма и коэффициент общей полноты. Из анализа рассмотренных архитектурно-конструктивных особенностей судов для перевозки ТНГ следует, что главные размерения являются функционально зависимыми от транспортно-технологических характеристик грузов и габаритов трюма. В разработанной методике решения оптимизационной задачи используются следующие обоснованные зависимости, связывающие главные размерения судна с размерами грузового трюма:

¿пп='т + 'ф + /н + /к

где //ш-длина судна между перпендикулярами; 1т - длина трюма; 1ф - длина форпика; 1н - длина надстройки, 1к- расстояние от кормовой переборки грузового трюма до кормового перпендикуляра.

В=Ьт+2-Ьа{,

ширина судна, Ь т- ширина трюма, Ь де- ширина двойного

где В борта.

н = К + ^дд + К

где Н - высота борта судна, Ь т - высота трюма, Ит - высота

двойного дна, - высота коммингса люка. Величины, входящие в формулы, показаны на рис. 1 и 2 и определяются на основании статистических данных по построенным судам.

ш

Рис. 1

Геометрические характеристики (по длине судна), используемые для определения главных размерений .

В состав исходных данных для решения оптимизационной

задачи применительно к судам типа "ро-флоу" (вектор С задания на проектированйе судна) входят следующие величины:

• ряд вариантов предлагаемых к перевозке грузов {(}} с учетом транспортно-технологических характеристик каждого из них (включая массо-габаритные параметры и положение центра тяжести).

Рис.2

Геометрические характеристики (по ширине и высоте борта), . используемые для определения главных размерений.

• уровень заполнения водой грузового трюма (Тт),

необходимый для осуществления операции заводки плавучих грузов или габариты понтона, при помощи которого может производится заводка грузов с воды,

• скорость судна (V,);

• автономность (А);

• дальность плавания (г);

• число членов экипажа (п1к).

В описанной модели ограничения делятся на два типа:

1. "жесткие" - невыполнение которых прекращает работу

алгоритма (входят в состав вектора Сг ),

2. "мягкие" ограничения (не входят в состав вектора О ), при невыполнении которых вариант не "бракуется" окончательно, а решение вопроса о необходимости дальнейших вычислений перекладывается в интерактивном режиме на разработчика.

Таким образом, "мягкие ограничения" служат контрольными точками алгоритма (или узлами ветвления процесса расчета).

В состав вектора ограничений С7 входят:

• ограничения на размеры трюма; зависящие от наличия ограничений на главные размерения судна с учетом особенностей линий эксплуатации, проводки за ледоколами и т.п.,

• ограничения на минимальную высоту надводного борта и ограничения на метацентрическую высоту; определяемые необходимостью соблюдений требований остойчивости,

• ограничения на вместимость балластных танков (вместимость балластных танков должна соответствовать возможности размещения водяного балласта, обеспечивающего необходимый уровень притопления (Тт) для заводки плавучих грузов).

В контрольных точках алгоритма предусмотрены проверки "мягких ограничений" и вывод информационных сообщений для принятия проектантом решения о продолжении расчетов по выбранному варианту. Проверяются соотношения главных размерений, например,

и условия для мощности главного двигателя, рассчитанной для заданного значения скорости судна (например, выполнение для

мощности условия N < Мтах).

Предлагаемая методика оптимизационного проектирования основана на переборе всех возможных форм грузового трюма, для размещения предполагаемых к перевозке партий грузов, поэтому функция критерия эффективности X формируется следующим образом:

7(*) = (Ц-Э)-п-ЕК

где: Ц - средняя цена фрахта за рейс, п - число рейсов в год, Э -средние эксплуатационные затраты за рейс, Е - нормативный коэффициент эффективности, К - капитальные затраты.

Тогда в процессе решения оптимизационной задачи максимизируется уровень годовой прибыли, приносимой судном, перевозящим ТНГ, т.е.:

г(Х) ————-> шах

л еО

Математическая модель и соответствующий ей алгоритм построены таким образом, что допускают возможность нахождения не только глобального оптимума целевой функции, а также нахождения серии проектных вариантов в окрестности оптимума (например, построения типоразмерного ряда судов по грузоподъемностям для заданного ряда грузовых мест с учетом массовых значений и габаритных характеристик ТНГ при ограничениях на линиях эксплуатации),

Алгоритм, соответствующий описанной модели, приведен на рис. 3. Принцип работы этого алгоритма заключается в последовательном выполнении программных модулей. Исходные данные каждого последующего модуля определяются выходными данными предыдущего. Единство и целостность модели обеспечивают блоки проверки ограничений задачи, в которых проверяется корректность решений, принятых при выполнении разных модулей.

Приближенные методы расчета масс, входящих в водоизмещение судна порожнем, основаны на постатейном пересчете нагрузки (при разбивке нагрузки на отдельные статьи, для которых определены модули пересчета). Учитывая то, что в модели варьируемыми параметрами являются габариты грузового трюма, а,, следовательно, и функционально связанные с ним главные размерения, используется схема расчета составляющих нагрузки в функции главных размерений. Нагрузка масс рассчитывается по формулам, учитывающим специфику каждого из разделов нагрузки, в виде:

Л (1,5 ,Н ,<5)

После определения в первом приближении главных размерений судна и значении составляющих нагрузки судна выполняется расчет необходимого объема балласта для притопления судна при заводке грузов с воды. Вычисление объема необходимого балласта производится методом "приемки груза", исходя из того, что необходимый объем балласта Уб может быть

рассчитан вычитанием из объема судна по осадку докования Т,,

объема судна порожнем с запасами и объема воды в трюме:

Уб = Ь-В-Тг (2)пор + Рт + />с„ + Ржг)-/Т -¿т

Уъ

5} - коэффициент общей полноты судна при осадке Т,, = ^дд " высота док-палубы), ^ - высота воды в

трюме, § - удельный вес воды, Опор - водоизмещение судна порожнем, Рт, Рсн, Ржг - массы топлива, снабжения, жидких грузов соответственно, 1т,Ьт - длина и ширина трюма соответственно.

Учитывая до, что характерным способом грузообработки судов "ро-флоу" является погрузка или выгрузка на рейде с притагогаванием на заданную глубину, дая заводки плавучего груза с воды в трюм (возможно, груза на понтоне), в модели предусматривается не только расчет метацентрической высоты судна в рейсе, а также и расчет метацентрической высоты в режиме докования судна. Предусматривается оценка метацентрической высоты в неблагоприятном с точки зрения остойчивости варианте, возникающем при приТоплении судна, а именно в случае, когда груз/стоящий на док-палубе частично погружен в воду. В случае, если известны параметры плавучего груза, предполагаемого к перевозке, возможен расчет остойчивости на различных этапах режима притапливания. Для всех случаев расчета остойчивости приводятся формулы для определения метацентрического радиуса, аппликат центра величины и центра тяжести.

Изменение размеров грузового трюма в а»«, о^итме оптимизации по каждой из координатных осей производится методом сеток, принимаемый шаг сетки равен размеру контейнера. Такой подход связан со спецификой эксплуатации судна и обуславливает возможность планирования перевозок партий контейнеров в случае отсутствия в какой-либо момент специализированных грузов. В модели имеется возможность изменять шаг сетки, если планируются перевозки иных грузов, кроме контейнеров.

Глава 3 посвящена задаче автоматизированной расстановки грузов, описанию метода и компьютерной технологии ее решения. Приводится алгоритм работы программного комплекса.

Цикл по возможным размерам грузового трюма

Рис. 3 .

Алгоритм работы мат. модели.

В процессе решения задачи о выборе размеров грузового трюма судна типа "ро-флоу" может возникнуть необходимость рассмотрения значительного количества вариантов размещения совокупности тяжеловесных негабаритных грузов. В условиях

использования компьютерных технологий целесообразно решать эту задачу с применением математических моделей и методов автоматизированной расстановки. Поэтому если при разработке ОТЭТ и ТЭО решен вопрос о габаритах грузового трюма и задана партия грузов, предлагаемая к перевозке, то определена и постановка задачи оптимального размещения грузов в трюме (в смысле удовлетворения требованиям расстановки и минимизации заданной целевой функции). При этом возможен учет положения зон, запретных для установки грузов (если таковые имеются), ограничений на местную прочность и проч. Для решения компоновочной задачи в процессе выбора главных размерений судна целесообразно применять сочетание аппарата автоматизации создания схем размещения и интерактивную "доводку" пользователем выбранного варианта расстановки. Последнее дает возможность визуальной оценки схемы загрузки и получения собственных экспертных решений, если это необходимо.1-ый

вариант компоновки грузов в .¡-ой партии ^АЯ J ) может быть описан как совокупность всех возможных отношений близости между всеми объектами партии грузов (1=1,2,3...К, где >1- число грузов в^ой партии), то есть:

ГАЯ/ = Г\гк(а,,ам) к=1

Здесь: а; - фрейм 1-го объекта компоновки, Гк(а1, аж) - отношение соседства между двумя объектами компоновки, введенные следующим образом: Гк(а[, аж) =1, к=1 - а1 выше аж, Гк(аи аж) =2, к=2 - а1 ниже аж, Пс(а!, аж) =3, к=3 - а| правее аж , Гк(а], аж) =4, к=4 - а1 левее аж .

Варьируемыми переменными в задаче автоматизированной компоновки (т.е. компонентами вектораХкомп) являются варианты компоновочных схем, составленные из одной партии грузов,

предлагаемых к перевозке, т.е. УАЯ ( ] . При этом пространство отношений между объектами размещения задано на множестве информации об объектах, т.е. на множестве фреймов.

При расстановке грузов на судне, перевозящем ТНГ, наиболее предпочтительным является такое их размещение, которое обеспечило бы посадку судна "на ровный киль", и не требовало приема дополнительного балласта для выравнивания судна. Существенным условием является также возможность

производить разгрузку части груза в промежуточных портах без перемещения тех грузов, которые следуют в другие порты. Дополнительно к этим условиям целесообразно иметь возможность взять максимальное количество объектов из партии, предложенной к перевозке. Все это определяет вид целевой функции задачи автоматизированного размещения грузов:

3 и

ф= 5>* +Е<7 -п,--г1 2(Ут _>пих >ШШ

к=1 /=1 *\\ГЛЬ) У(УАК) ' шах

где:

Ф • целевая функция. Ь^ и Cj - веса показателей качества,

назначаемые экспертом ("штраф" за отклонение положения центра -тяжести груза от центра тяжести судна порожнем на единицу длины, умноженный на величину отклонения и "штраф" за, промежуточную перестановку каждого груза соответственно), 81,2,3 " координаты Х,У и Ъ центра тяжести размещенного груза соответственно, Г^ - число перестановок для каждого^го груза при промежуточной разгрузке, Ъ\ - функция, определяющая степень "качественности", (или степень выполнения требований и ограничений для каждого из объектов расстановки при наиболее плотном размещении грузов), которая рассчитывается для каждого варианта (УАЯ).

При использовании предлагаемой методики автоматизированного размещения в процессе оптимизации находится вариант расстановки грузов, максимально удовлетворяющий ограничениям проектной задачи и дающий минимальное значение целевой функции, заданной для размещения. Схема автоматизированной расстановки грузов в трюме приведена на рис. 4.

В главе 4 описывается реализация и результаты опытной эксплуатации разработанного программного комплекса. Приводятся полученные в результате исследования графические зависимости, характеризующие изменение целевой функции при. варьировании длины, ширины и высоты борта судна. Один из примеров указанных зависимостей приведен на рис.5.

Отмечается, что программный комплекс можно разделить на четыре части, которые могут применяться в совокупности или автономно, для:

Рис.5

Схема поведения целевой функции при варьировании В и Н и фиксированном L.

1. Решения задачи выбора главных размерений судна типа "ро-флоу" при разработке ОТЭТ и ТЭО и. на ранних этапах проектирования (исследовательское проектирование, эскизное проектирование).

2. Работы с базой данных грузов, которые могут быть предложены к перевозке.

3. Решения задачи размещения перевозимых грузов, как на этапе проектирования (при выборе основных параметров грузового пространства), так и на этапе эксплуатации судна (когда размеры грузового трюма заданы и требуется определить возможность перевозки предлагаемых грузов).

■ 4. Определения параметров посадки и остойчивости судна в режиме эксплуатации при заданном состоянии нагрузки, когда все размеры, связанные с судном, являются известными и фиксированными величинами.

Программный комплекс ориентирован на ПЭВМ IBM PC/AT с объемом оперативной памяти не менее 4МБ и дисплеем не ниже VGA. При разработке программ использовались языки

о

программирования Turbo С, Fortran, Clipper, Excel. Проверки программного комплекса производилась на основании данных о крупногабаритных грузовых перевозках, выполненных судами "Стахановец Котов", "Стахановец Ермоленко" и "Стахановец Петраш" в 1988-1994 гг. Результаты моделирования размещения грузов на компьютере проверялись на соответствие реальным проектам перевозок. Программный комплекс, включающий определение посадки и остойчивости судна в рейсе в текущем состоянии нагрузки, прошел опытную проверку, получил одобрение Морского Регистра судоходства России и установлен в 1993-1995 годах на бортовые компьютеры судов типа "Стахановец" для эксплуатации.

В главе 5 описывается предполагаемый спектр прикладных задач, в которых возможно использование разработанной методики и программного обеспечения. Формулируются выводы по результатам решения задачи предварительной компоновки грузов, а также общие выводы по диссертации. Приводится оценка практической и научной значимости работы.

Результаты, полученные в диссертации, могут применяться для выполнения работ по обоснованию технико-эксплуатационных требований к судам, перевозящим ТНГ, при составлении технического задания на проектирование подобных судов, а также на ранних стадиях проектирования. Программы расстановки грузов при заданном состоянии балластных, топливных и проч. танков могут быть полезны для проведения расчетов посадки-остойчивости в режиме эксплуатации или в режиме исследования возможности перевозки. Удобный пользовательский интерфейс позволяет применять программные комплексы при обучении студентов кораблестроительных специальностей в курсах "Системы автоматизированного проектирования в судостроении", "Основы баз данных", а также в качестве тренажеров при подготовке членов экипажей судов, отвечающих за погрузку (обычно - капитана или 2-го помощника капитана.). Таким образом, результаты проделанной работы предназначены для использования в проектных, научно-исследовательских или учебных организациях, а также на эксплуатирующихся судах.

Обобщение результатов практической работы по созданию группы вариантов размещения грузов, способам группирования и оценки вариантов позволяет сделать выводы о целесообразности использования схемы автоматизированной компоновки грузов при

Рис.4

Алгоритм автоматизированной компоновки грузов.

решении проектных и эксплуатационных задач. Для сохранения возможности генерации "пользовательских вариантов"

целесообразно не отказываться от использования диалогового режима в задаче автоматизации размещения грузов (в этом случае пользователь работает с "заготовкой"). При выполнении соглашений по исходным данным программный блок "Размещение" может использоваться также в других системах автоматизированного проектирования.

Заключение содержит перечень основных результатов, полученных в работе, и рекомендации по их использованию. В приложении к работе приводится фрагмент компьютерной базы данных по перевозкам, осуществленным современными судами типа "Стахановец", перевозящими ТНГ, и графические материалы, полученные при обработке базы данных.

3. Результаты и выводы*

В целом, выполненная работа позволяет сделать следующие выводы:

• Экономическая эффективность судов, перевозящих ТНГ, во многом определяется корректностью экономического прогноза о вероятности перевозок тяжеловесных грузов нетрадиционной формы, что обуславливает необходимость создания обобщенной компьютерной базы данных о перевозках с учетом размеров, форм и весов перевозимых грузов для обоснованного научного прогнозирования. Инструментарий для создания подобной базы данных и промеры ее использования приводятся в работе.

• Основой проектирования судов типа "ро-флоу" является выбор размеров трюма, который бы позволял осуществлять перевозки тяжеловесных грузов нетрадиционной формы, поэтому все оптимизируемые элементы проектируемого судна выбираются в предлагаемом алгоритме, исходя из ряда дискретных вариантов размеров грузового трюма, кратных контейнерному растру.

• Осуществление процесса перевозки груза на судне возможно лишь при условии правильно выбранной схемы загрузки и балластировки, поэтому целесообразно рекомендовать включить оценку размещения грузов в трюме судна в задачу оптимизации транспортно-технологических характеристик.

• Задачу компоновки грузов целесообразно включать в комплекс оптимизационных расчетов. В работе показана также возможность ее автономного решения, что дает ряд локально-оптимальных вариантов компоновки объектов перевозки с точки зрения посадки судна и крепления груза.

• Использование методов теории вероятностей при формировании партий перевозимых грузов позволяет говорить о постановке задачи проектирования судна, способного с некоторой заданной вероятностью приносить определенный заказчиком уровень прибыли. В этом случае возможно усечение числа перебора вариантов габаритных размеров трюма, а, следовательно, и вариантов главных размерений. Предлагаемая методика позволяет также строить тнпоразмерный ряд (по грузоподъемности) и транспортно-технологическим характеристикам грузов для судов, перевозящих ТНГ.

• Предлагаемая модель позволяет исследовать влияние изменения главных размерений и конструктивных особенностей грузового пространства на провозоспособность и экономическую эффективность судов типа "ро-флоу" в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

в Анализ зависимостей, полученных при сопоставлении современных судов типа "ро-флоу", позволяет утверждать об адекватности модели и возможности ее использования при научно-исследовательском проектировании, на этапах разработки ОТЭТ и ТЭО, согласования технического задания и ранних стадиях проектирования судов типа "ро-флоу". Одобрение Морского Регистра судоходства России расчетов для эксплуатируемых судов, проведенных по разработанному алгоритму, подтверждает справедливость формул, используемых при расчетах.

Публикации. Полученные в диссертации материалы достаточно полно отражены в следующих основных работах автора:

1 .Одегова О.В. Использование логико-лингвистических методов и моделей при решении некоторых компоновочных задач.- Тезисы докладов XIV научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, Харьков, 1988, с.81.

2.0дегова О.В. Программное обеспечение задачи компоновки в САПР судов.- Труды ЛКИ: Проектирование морских судов и плавучих технических средств, 1987, с.17-22. З.Одегова О.В. Особенности решения задачи общего расположения при проектировании буксирных и спасательных судов.-Труды ЛКИ: Оптимизационное проектирование судов, 1990, с.25-27. 4,Одегова О.В. Программное обеспечение задачи генерации и вычерчивания эскизов общего расположения судов, перевозящих тяжеловесные грузы.-Труды ЛКИ: Проектирование морских судов и их подсистем, 1991,с.23-25.

5.0дегова O.B. Некоторые вопросы автоматизации судов и средств технического освоения океана. В печати.

6. Одегова О.В.(совместно с А.И.Гайковичем) "Постановка задачи оптимизации судна с учетом его компоновки."- Проблемы машиностроения, вьпт.32, 1989, с.66-68.

7. Одегова О.В. (совместно с А.Н.Сусловым) Формирование схем общего расположения судов и графический стандарт GKS.-Тезисы докладов всесоюзной школы молодых ученых и специалистов по проблемам модульного судостроения (Модуль-89).-Л.:ЛКИ, 1989, с.19-20.

8,Одегова О.В. (совместно с А.Н.Сусловым) Концептуальная модель использования интерактивной графики для решения задачи общего расположения в САПР.-Труды третьей международной конференции по компьютерной графике и визуализации, г.2, 1993, с.2_25 -2_27.

9.0дегова О.В* (совместно с А.Н.Сусловым) Компоновка грузов и расчет посадки и остойчивости судна.-Тегдсы докладов конференции "Научное наследие А.Н.Крылова и его влияние на современное кораблестроение", С-Петербург, 1994, с.61-64. Ю.Одегова О.В. (совместно с А.Н.Сусловым и В.К.Даниловым) Морская энциклопедия,- Конспект лекций для студентов начальных курсов МТУ. Уч. пособие МТУ, С-Петербург, 1995. 11.Одегова О.В. (совместно с А.Н.Сусловым и А.П.Демченко) Автоматизация судов и технических средств освоения океана,-Тезисы докладов международной конференции "Нева-95": Санкт-Петербург, 1995.

12.Опыт разработки содержательных алгоритмов основных позиций процесса автоматизированного формирования помещений надстроек и рубок судов, связанных с блочно-модульной технологией их изготовления.- ЛКИ, Технический отчет по теме 11 -Х-139 д/с N гос. per. 0185.0015486.

13.Разработка проблемно-ориентированного языка пользователя для задач компоновки,- ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, технический отчет по теме A-XXXIX-50, N 3920, рук. МЛ. Радушинский

14.Разработка программных средств геометрического представления объектов для автоматизированной системы проектирования ПЛ.- BMA им. Кузнецова, отчет о выполнении НИР 3162, рук. Б.В. Кобылинский.

15.Разработка пакета программных модулей проектирования транспортных плавучих доков на ранних стадиях.-ЛКИ, Технический отчет по теме 1-1-Х-825, N гос.рег. 0182.1031884, рук. А.И.Гайкович