CC BY
144
К. М. Сурков
АЛГОРИТМ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗБИВКИ КОРПУСА СУДНА НА БЛОКИ И СЕКЦИИ
Постройка судна в период от его закладки на стапельном месте до сдачи заказчику включает в себя сложный комплекс работ, связанных с формированием корпуса, монтажом механизмов и устройств, оборудованием помещений, проверкой работы механизмов, систем, устройств и т. п. Большое количество параметров, влияющих на трудоемкость и продолжительность корпусных, механомонтажных, трубомонтажных и достроечных работ, делает выбор технологической схемы постройки судна, и в частности оптимальной последовательности выполнения указанных работ, весьма сложной задачей. В результате ее решения должен быть определен оптимальный, по комплексу показателей, учитывающих массу, габариты, прочность и жесткость секций и блоков, вариант технологической схемы постройки судна в заданный срок при рациональном распределении рабочей силы и эффективном использовании возможностей стапельных мест и достроечной набережной.
Одним из возможных решений поставленной задачи является рациональная (оптимальная) схема разбивки корпуса судна на блоки и секции. Определение схемы разбивки корпуса на блоки и секции в настоящее время производится «вручную» на основе инженерного опыта и сложившихся традиций завода-строителя. Однако при использовании такого способа разбивки значительно снижается выбор оптимального варианта постройки судна. Как правило, при таком способе ограничиваются рассмотрением двух-трех вариантов, из которых выбирают один. В то же время ясно, что далеко не всегда принятые к рассмотрению варианты содержат оптимальные решения. Очевидно, лишь при рассмотрении большого числа возможных вариантов может быть найден оптимальный вариант или достаточно близкий к нему. Этого можно достичь лишь с использованием ЭВМ.
В настоящее время существует достаточное количество программных продуктов САПР судов. Одним из таких продуктов отечественного производства является САПР Sea Solution, с помощью которого создается математическая модель судна, описываемая уравнениями кривых линий и поверхностей Безье.
С помощью описания корпуса судна уравнениями кривых и поверхностей возможно определить оптимальный вариант схемы разбивки корпуса судна на блоки и секции, учитывая критерий оптимизации, зависящий от массы, габаритов, длины монтажных стыков, прочности и жесткости секции. Масса и габариты блока или секции должны быть максимальными, но не более грузоподъемности трансбордера или крана. Длины монтажных стыков должны быть наименьшими, а прочность и жесткость секции должны быть не менее допустимых пределов.
Оптимизация выбора схемы разбивки происходит по алгоритму, приведенному на рисунке.
Алгоритм оптимизации схемы разбивки корпуса на блоки и секции
Первоначально анализируется математическая модель объекта (судно целиком при разбивке на блоки или блок при разбивке его на секции), полученная в САПР Sea Solution с указанием толщины элементов, и вводятся допустимые значения критериев оптимизации: грузоподъемность кранов или трансбордеров, высота и ширина ворот и пролетов цехов, пределы прочности и жесткости. Затем автоматически рассчитывается матрица ком-
бинаций блоков в судне или секций в блоке размером N по принципу: для блоков учитывается каждый кольцевой монтажный стык, для секции - каждый паз и стык листов, входящих в состав блока; и начинается просчет всех возможных вариантов разбивки на секции или блоки. Последовательность:
1. Рассчитывается масса /-й комбинации.
2. Полученный результат сравнивается с допустимым значением масс; в случае отрицательного результата выполняется переход к следующему варианту.
3. Рассчитываются габариты блока или секции данной комбинации.
4. Полученные результаты сравниваются с допустимыми значениями габаритов; в случае отрицательного результата выполняется переход к следующему варианту.
5. Выполняется проверка прочности и жесткости комбинации. Полученные результаты сравниваются с допустимыми значениями прочности и жесткости; в случае отрицательного результата выполняется переход к следующему варианту.
6. Рассчитывается длина каждого из монтажных стыков.
7. Сравнение /-й комбинации с лучшей по массе и длине монтажных стыков (последнее предпочтительней, т. к. уменьшается трудоемкость на стапельном месте) и запоминание лучшей комбинации.
8. Если матрица комбинаций просчитана не вся, то выполняется переход к следующему варианту.
9. Вывод наилучшей комбинации и создание матрицы использованных элементов.
10. Если матрица содержит все элементы, то оптимизация закончена, в обратном случае из матрицы комбинаций исключаются использованные элементы и начинается расчет полученной матрицы комбинаций оставшихся элементов по пп. 1-10.
Расчет масс производится на основании вычисления площадей поверхностей элементов, описанных уравнениями Безье. Расчет прочности и жесткости секций и блоков производится методами строительной механики корабля.
По приведенному выше алгоритму была составлена и апробирована программа «ККВ8». Расчеты, выполненные с ее помощью для уставного судна, позволили оптимизировать схему разбивки судна на блоки и секции, которые имеют наиболее возможные массы и габариты и наименьшие длины монтажных стыков. Время расчета на ПК занимает 3-4 минуты. Если бы этот расчет производился вручную, он занимал бы несколько месяцев, не гарантируя получения хотя бы приблизительно оптимального варианта.
Выводы
1. В современных условиях выбор схемы разбивки судна на блоки и секции целесообразно выполнять путем анализа на компьютере большого количества возможных вариантов.
2. ЭВМ-анализ возможных комбинаций вариантов приводит к значительной экономии времени и повышению качества. В результате можно уменьшить трудоемкость технологической подготовки производства к постройке судна и ее сроки.
