CC BY
22УДК 629
Зяблов Олег Константинович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры проектирования и технологии постройки судов ФГБОУ ВО «ВГУВТ», e-mail: zyablov_ok@mail.ru
Кочнев Юрий Александрович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры проектирования и технологии постройки судов ФГБОУ ВО «ВГУВТ», e-mail: tmnnkoch@mail.ru
Кочнева Ирина Борисовна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры охраны окружающей среды и производственной безопасности ФГБОУ ВО «ВГУВТ», e-mail: iringre@mail.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волжский государственный университет водного транспорта» (ФГБОУ ВО «ВГУВТ»)
603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ОТЧЁТА ПО ДЕФЕКТАЦИИ СУДНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГРАФО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КОРПУСА
Ключевые слова: судоремонт, дефектация судна, расчёт общей прочности, AutoCAD, Microsoft Office
Аннотация. В статье рассматривается модель, позволяющая автоматизированную передачу информации из графических и табличных процессоров в окончательный электронный текстовый документ и выполнение расчётных процедур на основе интеграции средств Microsoft Office и разработанных авторами дополнительных модулей (надстроек) Autodesk AutoCAD. Предложены структуры таких надстроек, автоматизирующие процесс разработки ремонтной документации в области дефектации и расчёта общей прочности корпуса судна и представления отчётной документации в форме рекомендуемой классификационным обществом (Регистром), и их реализация, выполненная на языках Visual Basic for Application и Visual Lisp. Разработанные авторами блок-схемы позволяют наглядно продемонстрировать, на каких этапах возможна полная автоматизация, а где необходимо применение знаний и опыта инженера-конструктора-технолога. Разработанная модель позволяет снизить трудоемкость подготовки документации по дефектации корпуса судна.
Одним из этапов слипования и ремонта судна, выполняемого в ходе освидетельствования Российским Речным Регистром (РРР), является выполнение дефектации судна с последующим расчётом фактической общей прочности [14, 15] и анализ требуемого объема работ по смене листов наружной обшивки, внутренних бортов, второго дна, переборок, настила палубы, балок судового набора и т.д.
Перечисленные работы имеют невысокую инженерную сложность и хорошую методическую базу, но отличаются существенной трудоемкостью. Применение различных средств автоматизации [8, 9, 10, 11] на предприятии в ряде случаев проблематично из-за требования РРР об обязательном их признании. Покупка одобренного программного обеспечения (ПО) или разработка собственного с последующим освидетельствованием оправдана и экономически выгодна только относительно крупным организациям, выполняющим большой объём заказов. Для мелких предприятий, у которых проведение дефектации не поставлено на поток, то есть не является основной их коммерческой деятельностью, для снижения издержек приходится использовать «ручной» метод докомпьютерной эпохи, что, конечно, не запрещается Регистром.
На кафедре проектирования и технологии постройки судов (ПиТПС) Волжского государственного университета водного транспорта (ФГБОУ ВО «ВГУВТ»), разрабатывается автоматизированная система подготовки ремонтной документации (АПРД), в состав которой входят модули формирования растяжки наружной обшивки, отчёта по дефектации судна, расчёта общей прочности. Авторы также поставили перед собой задачу обеспечить для ПО, по возможности, отсутствие необходимости одобрения Регистра. На наш взгляд, этого возможно добиться:
- автоматизируя вычислительные процедуры, явно показывая их в отчете, что достигается применением электронных таблиц (Microsoft Excel) и языка программирования VBA в текстовом редакторе (Microsoft Word) [12];
- автоматизируя передачу полученной информации в графический редактор и обратно (Autodesk AutoCAD);
- используя средства программирования, доработку чертежей, также в автоматизированном режиме, то есть обеспечивая отслеживание четкой взаимосвязи между используемым ПО аналогично обычному «ручному» расчёту и отсутствие скрытых во внутреннем «коде» элементов, влияющих на результат вычислений.
В общем виде выполнение поставленной задачи описывается блок схемой, приведённой на рисунке 1. Каждый из приведённых семи блоков, автоматически выполняет операции аналогично тому, как это делается при «ручном» расчёте.
Рис. 1. Схема работ при дефектации и расчёте общей прочности судна
Блок 1 представляет собой переработку растяжки наружной обшивки, созданную на основе методов, описанных в [1] от двумерного обезличенного набора линий к некоторой графо-математической модели корпуса судна. Блок 2 на основе разработанной растяжки формирует требуемый набор таблиц для дефектации судна и позволяет их заполнить. Далее данные вновь передаются на растяжку наружной обшивки с указанием на ней всех износов и дефектов (блок 3). По данным блоков 2 и 3 формируется окончательный отчёт по дефектации (блок 4) и схема эквивалентного бруса (блок 5). В блоке 6, по результатам дефектации и рекомендуемого объёма ремонта выполняется расчёт фактической общей прочности судна, который окончательно формируется в отчёт в блоке 7. Каждый из предложенных блоков имеет собственную внутреннюю структуру и процедуры.
Этап «Подготовка растяжки наружной обшивки», реализуется в среде Autodesk AutoCAD с применением средства автоматизации AutoLisp и Visual Lisp. Его внутренняя структура приведена на рисунке 2.
Рис. 2. Схема блока «Подготовка растяжки наружной обшивки»
-119225.8.10833.3.0.0 МОДЕЛЬ Ш !!Ш ' Ь-^П'^'ЖАА!:!' О - + © & 1° 0 = 6)
Рис. 3. Растяжка наружной обшивки: а - характеристики листа обшивки, б - характеристики холостой балки
В блоке 1. 1 все линии растяжки наружной обшивки корпуса судна, настила второго дна, палуб, вторых бортов, переборок и т.д. должны быть разнесены по следующим слоям: листы обшивки, рамный набор, холостой набор, переборки (в данный слой 64
должны быть включены в том числе и линии притыкания вторых бортов), ДП, дополнительный. При этом одна балка набора (паз, стык, переборка), состоящая из прямолинейных и криволинейных элементов, должна быть представлена в виде единой полилинии, что позволит в зависимости от ориентации и расположения, в блоке 1.2 позиционировать её как конкретный элемент судовой конструкции. Блоки 1.3 и 1.4 присваивают конкретным балкам набора и листам обшивки обозначения по системе нумерации судна в виде X-записей (в виде словарей при применении технологий ActiveX), которые средствами AutoLisp (рисунок 4) добавляются или к самому чертежу, или непосредственно к каждому элементу (линии), и могут содержать численную (толщины, величины износа и т.д.) и текстовую (наименование листов, балок и т.д.) информацию [5, 6, 13].
:edit_boxjlabel="номера шпангоута окончания листа^;key="d_t2";}
key=r,d_s^l" ;1 i st^кормовая ок^нечность\ппереходная зона (нос)\ппереходная зона
Рис. 4. Фрагмент кода в Lisp для диалогового окна
На этапе «таблицы дефектации» (рисунок 5) по адаптированным линиям растяжки наружной обшивки в MS Excel создаётся полный набор таблиц (блок 2.1) для заполнения результатов дефектации судна (блок 2.2), которые заносятся вручную (результаты визуального контроля) и импортируются из памяти используемого толщиномера, имеющего встроенное запоминающее устройство. С помощью внутреннего решателя MS Excel рассчитываются остаточные толщины листов (блок 2.3), на основе которых инженер-технолог выдает рекомендации по требуемым объемам ремонта.
Рис. 5. Схема блока «Таблицы дефектации»
Этап 3 выполняет обратный перенос данных об остаточных толщинах и дефектах корпуса из таблиц Excel на чертёж растяжки наружной обшивки в AutoCAD [2]. Аналогичные работы проводятся по всем группам связей. На основе рассчитанных таблиц и чертежа, на этапе 4 формируется окончательный отчёт по дефектации корпуса судна.
Этап «Эквивалентный брус», схема которого приведена на рисунке 6, представляет собой переработку информации о геометрии и фактическом состоянии корпуса
судна к виду, используемому при проверке общей прочности судна. На нем, в соответствии с принятыми в строительной механике корабля правилами, выбираются опасные сечения и формируется схема эквивалентного бруса (ЭБ), с обозначением всех конструктивных элементов, участвующих в продольном изгибе: пластины, рамные и холостые балки. Их позиционирование внутри системы осуществляется, так же как и на этапе 1 в блоке 1.1, на основе размещения в различных слоях AutoCAD.
Рис. 6. Схема блока «Эквивалентный брус»
Выполнение расчётов по общей продольной прочности корпуса судна выполняется на этапе 6 (рисунок 7). Включает в себя заполнение таблиц с информацией по размерам связей, на основе разработанной схемы ЭБ. Для каждого выбранного опасного сечения этап 6 содержит расчёт, в первом приближении, при отсутствии редуцирования гибких связей, и выполнение приближений, когда связи начинают терять устойчивость.
Рис. 7. Схема этапа «Расчёт общей прочности»
Следует обратить внимание на блок 6.6, в котором рассчитываются действующие напряжения в балках и листах обшивки. Данный расчёт хоть и выполняется в автоматизированном режиме, но отчёт по нему формируется таким образом, что содержит все расчётные формулы и принятые коэффициенты в соответствии с [3], как это было бы сделано в неавтоматизированном режиме. Таким образом можно отследить прямую взаимосвязь между исходными данными и конечным результатом, проверить правильность выбранных коэффициентов и расчётных методик, поэтому данный отчет не требует предъявления Регистру документов об использовании одобренного ПО. Расчёт в блоках 6.4 и 6.7 выполняется в табличной форме по разработанным методикам [4].
Изгибающий момент может быть принят по результатам предыдущего расчёта, если не изменялась нагрузка судна, рассчитан на основе отдельно разработанного модуля, использующего графические возможности AutoCAD для построения масштаба Бонжана и таблицы MS Excel для удифферентовки судна, или, если это допускают Правила, найден по одной из приближённых методик [7].
Выполненная проверка общей прочности корпуса судна формируется, на этапе 7 в итоговый отчёт по общей прочности, который может содержать ремонтные рекомендации, дополнительные к отчёту по дефектации.
Полная схема использования средств Autodesk AutoCAD и Microsoft Office приведена на рисунке 8, она явно показывает, что для полноценного функционирования системы достаточно имеющегося на любом предприятии, программного обеспечения.
Рис. 8. Программное обеспечение, используемое на различных этапах подготовки ремонтной документации
Предлагаемая модель подготовки и оформления документации, в общем случае, универсальна и может быть использована после доработки не только для корпусной части. Она существенно сократит трудоёмкость выполнения рассматриваемых работ. К тому же система обладает достаточной гибкостью и легко может быть адаптирована под изменения требований Правил Регистра.
Применение широко используемого ПО позволяет внедрить систему на предприятии без существенных затрат как финансовых средств, так и времени на обучение персонала, что также является неоспоримым преимуществом.
Список литературы:
[1] Зяблов О.К. Восстановление и подготовка графической документации при освидетельствовании судов / О.К. Зяблов, Ю.А. Кочнев // Труды 18-го международного научно-промышленного форума «Великие реки-2016». Проблемы использования и инновационного развития внутренних водных путей в бассейнах великих рек. Интернет журнал широкой научной тематики. Выпуск 5, 2016 г.
[2] Зяблов О.К. Интеграция графических моделей объектов ремонта в систему автоматизированной подготовки ремонтной документации / О.К. Зяблов, Е.В. Фунтикова, Ю.А. Кочнев // Труды 16-го международного научно-промышленного форума «Великие реки - 2014». Материалы научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов, специалистов и студентов «Проблемы использования и инновационного раз- вития внутренних водных путей в бассейнах великих рек». Том 1. - Н. Новгород: Изд-во ФГБОУ ВО «ВГАВТ» - 2014 - с. 297-300
[3] Российский Речной Регистр. Правила. М., 2018 - 1885 с. URL: https://www.rivreg.ru/assets/ Uploads/rules2015/rules062018.pdf
[4] Учебный справочник по прочности судов внутреннего плавания / Давыдов В.В., Маттес Н.В., Сиверцев И.Н. изд. 2-ое, перераб. и доп. М.: Речной транспорт, 1958 - 755 с.
[5] Полещук Н.Н. AutoLISP и Visual LISP в среде AutoCAD. / Н.Н. Полещук, П.В. Лоскутов. -СПб.: БХВ-Петербург, 2006 - 960с.
[6] Rod R. Rawls, Mark A. Hagen AutoLISP programming: principles and techniques - Goodheart-Willcox Co., 1996 - 575p.
[7] Ertekin Bayraktarkatal, Yalfm Unsan An approximate method for the calculation of shear force and bending moment loading in tankers and bulk carriers.// Fist international conference on marine industrial (MARIND'96)- Varna, Bulgaria, 1996 - pp 107-117
[8] Renard P., Weiss, P. Automation of the ship condition assessment process for accidents prevention, 5th Int. Conf. Computer Applications and Information Technology in the Maritime Industries (COMPIT), Oegstgeest, 2006 - pp.403-408
[9] S. G. Kalghatgi C. Serratella J. B. Hagan. Hull Inspection and Maintenance Systems // ABS technical papers, - 2009 pp 1-9.
[10] Jaramillo D., Cabos C. Computer support for hull condition monitoring with PEGASUS, 5th Int. Conf. Computer Applications and Information Technology in the Maritime Industries (COMPIT), Oegstgeest/Netherlands, 2006 - pp. 228-236
[11] Jaramillo D., Cabos C., Renard P. Efficient data management for hull condition assessment, 12th Int. Conf. on Computer Applications in Shipbuilding ICCAS, Busan/Korea, 2005
[12] Bill Jelen, Tracy Syrstad VBA and Macros: Microsoft Excel. Indianapolis: Que Publishing, 2010 - 653 p.
[13] Swiszczowski S. AutoLisp. - Warszawa: MIKOM, 2001 - 272 p.
[14]. Красюк А.Б., Чистов В.Б. Методологические основы дефектации стальных корпусов судов / С.-Петербург: Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. Выпуск 3, 2013 - с. 87-93.
[15] Чистов В.Б. Перспективы автоматизации процесса дефектации судов: сб. науч. тр. СПГУВК / В.Б. Чистов, А.Б. Гурьянов. - СПб.: САПГУВК, 1999.
AUTOMATED GENERATION OF THE SHIP FAULT DETECTION REPORT BY USING THE GRAPHICAL-MATHEMATICAL MODEL OF THE HULL
Zyablov Oleg K., Candidate of Engineering sciences, Associate Professor of the Department of Design and Technology of Ship Construction Volga State University of Water Transport
Kochnev Yury A., Candidate of Engineering sciences, Associate Professor of the Department of Design and Technology of Ship Construction Volga State University of Water Transport
Kochneva Irina B., Candidate of Engineering sciences, Associate Professor of the Environmental Protection and Industrial Safety Volga State University of Water Transport 5, Nesterov st, Nizhniy Novgorod, 603951
Keywords: ship repair, ship fault detection, total strength calculation, AutoCAD, Microsoft Office
Annotation. The article considers a model allowing automated information transfer from graphics and tabular processors to the final text document and calculation procedures execution based on the integration of Microsoft Office tools and developed by the authors additional modules (add-ons) Autodesk AutoCAD. The structures of add-ons made in Visual Basic for Application and Visual Lisp languages, automating the process of repair documentation development in the field offault detection and calculation of the overall strength of the hull, are proposed. The flowcharts developed by the authors allow to demonstrate clearly at what stages full automation is possible, and where it is necessary to apply the knowledge and experience of the design engineer-technologist. The developed model can significantly reduce the labor input cost in the preparation of the ship hull fault detection documentation.
References:
[1] Zyablov O.K. Vosstanovlenie i podgotovka graficheskoy dokumentatsii pri osvidetel'stvovanii sudov / O.K. Zyablov, Yu.A. Kochnev // Trudy 18-go mezhdunarodnogo nauchno-promyshlennogo foruma «Velikie reki-2016». Problemy ispol'zovaniya i innovatsionnogo razvitiya vnutrennikh
vodnykh putey v basseynakh velikikh rek. Internet zhurnal shirokoy nauchnoy tematiki. Vypusk 5, 2016 g.
[2] Zyablov O.K. Integratsiya graficheskikh modeley ob"ektov remonta v sistemu avtomatizirovannoy podgotovki remontnoy dokumentatsii / O.K. Zyablov, E.V. Funtikova, Yu.A. Kochnev // Trudy 16-go mezhdunarodnogo nauchno-promyshlennogo foruma «Velikie reki - 2014». Materialy nauchno-metodicheskoy konferentsii professorsko-prepodavatel'skogo sostava, aspirantov, spetsialistov i studentov «Problemy ispol'zovaniya i innovatsionnogo raz- vitiya vnutrennikh vodnykh putey v basseynakh velikikh rek». Tom 1. - N. Novgorod: Izd-vo FGBOU VO «VGAVT» - 2014 - s. 297300
[3] Rossiyskiy Rechnoy Registr. Pravila. M., 2018 - 1885 s. URL: https://www.rivreg.ru/assets/Uploads/rules2015/rules062018.pdf
[4] Uchebnyy spravochnik po prochnosti sudov vnutrennego plavaniya / Davydov V.V., Mattes N.V., Sivertsev I.N. izd. 2-oe, pererab. i dop. M.: Rechnoy transport, 1958 - 755 s.
[5] Poleshchuk N.N. AutoLISP i Visual LISP v srede AutoCAD. / N.N. Poleshchuk, P.V. Loskutov. -SPb.: BKhV-Peterburg, 2006 - 960s.
[6] Rod R. Rawls, Mark A. Hagen AutoLISP programming: principles and techniques - Goodheart-Willcox Co., 1996 - 575p.
[7] Ertekin Bayraktarkatal, Yalçin Ünsan An approximate method for the calculation of shear force and bending moment loading in tankers and bulk carriers.// Fist international conference on marine industrial (MARIND'96)- Varna, Bulgaria, 1996 - pp 107-117
[8] Renard P., Weiss, P. Automation of the ship condition assessment process for accidents prevention, 5th Int. Conf. Computer Applications and Information Technology in the Maritime Industries (COMPIT), Oegstgeest, 2006 - pp.403-408
[9] S. G. Kalghatgi C. Serratella J. B. Hagan. Hull Inspection and Maintenance Systems // ABS technical papers, - 2009 pp 1-9.
[10] Jaramillo D., Cabos C. Computer support for hull condition monitoring with PEGASUS, 5th Int. Conf. Computer Applications and Information Technology in the Maritime Industries (COMPIT), Oegstgeest/Netherlands, 2006 - pp. 228-236
[11] Jaramillo D., Cabos C., Renard P. Efficient data management for hull condition assessment, 12th Int. Conf. on Computer Applications in Shipbuilding ICCAS, Busan/Korea, 2005
[12] Bill Jelen, Tracy Syrstad VBA and Macros: Microsoft Excel. Indianapolis: Que Publishing, 2010 - 653 p.
[13] Swiszczowski S. AutoLisp. - Warszawa: MIKOM, 2001 - 272 p.
[14] Krasyuk A.B., Chistov V.B. Metodologicheskie osnovy defektatsii stal'nykh korpusov sudov / S.-Peterburg: Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota im. admirala S.O. Maka-rova. Vypusk 3, 2013 - s. 87-93
[15] Chistov V.B. Perspektivy avtomatizatsii protsessa defektatsii sudov: sb. nauch. tr. SPGUVK / V.B. Chistov, A.B. Gur'yanov. - SPb.: SAPGUVK, 1999
Статья поступила в редакцию 28.08.2019 г.
