CC BY-NC
93
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-2-392-66-70 УДК 004.94:629.5.01
А.А. Кутенев
АО «Центральное морское конструкторское бюро «Алмаз», Санкт-Петербург, Россия
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 3D-МОДЕЛЕЙ В ПРОЕКТИРОВАНИИ СУДОВ
Объект и цель научной работы. Проведен обзор методов проектирования и развит метод объемного проектирования с использованием трех моделей.
Материалы и методы. Использованы материалы теории проектирования сложных технических систем и существующей нормативно-технической базы метода объемного проектирования.
Основные результаты. Обобщены особенности развития метода объемного проектирования и использования 3D-моделей в проектировании судов. Проведен анализ существующего состояния 3D-моделей и требований к ним, рассмотрены перспективы их развития.
Заключение. Представленные материалы могут служить справочным материалом для исследователей, занимающихся развитием методов проектирования с использованием системы автоматизированного проектирования. Ключевые слова: цифровое проектирование, 3D-модель судна, метод объемного проектирования. Автор заявляет об отсутствии возможных конфликтов интересов.
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-2-392-66-70 UDC 004.94:629.5.01
A. Kutenev
JSC CMDB Almaz, St. Petersburg, Russia
3D SIMULATIONS IN SHIP DESIGN
Object and purpose of research. This paper reviews existing design methods and develops a new method of 3D design based on three models.
Materials and methods. This work is based on the design theory of complex engineering systems and existing regulations and rules for 3D design.
Main results. The study gives a concise summary of 3D design evolution and application of 3D models in development of ships. It also analyses state of the art and prospects of 3D design and requirements to 3D models.
Conclusion. This paper could become a reference for the researchers studying the evolution of CAD-based design methods. Keywords: CAD, 3D model of ship, 3D design. Author declares lack of the possible conflicts of interests.
Процесс проектирования судов в общем виде можно представить как информационный процесс переработки информации технического задания и нормативных требований в информацию, образующую проект судна [1]. Результатом данного процесса является информационный объект - набор данных, который определяет геометрию корабля и другие характеристики (свойства), необходимые для строительства, контроля и приемки, а также для эксплуатации, ремонта, технического обслуживания и утилизации корабля.
Система в процессе проектирования представляет собой информационную модель будущей реальной системы. Информационная модель системы может быть описана как алгебраическая система, образованная следующими множествами [2]:
А = А(^ М, R, Г), (1)
где W - множество, элементы которого дают информацию о факторах внешней среды, действующих на проектируемую систему; М - множество элементов, дающих информацию об элементах
Для цитирования: Кутенев А.А. Использование 3Б-моделей в проектировании судов. Труды Крыловского государственного научного центра. 2020; 2(392): 66-70.
For citations: Kutenev A. 3D simulations in ship design. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2020; 2(392): 66-70 (in Russian).
Рис. 1. Общая схема процесса проектирования
Fig. 1. General layout of design process
Эскизный проект
Выбор принципиальных решений общего расположения по судну. Результатом работы является выпуск проектной документации
и подсистемах проектируемой системы; Я - множество, элементы которого дают информацию об отношениях между компонентами проектируемой системы, а также об отношениях между системой и ее составляющими и внешней средой; Р -множество, элементы которого несут информацию о качествах системы, определяемых факторами внешней среды и отношениями между компонентами системы, а также между системой и внешней средой.
Одна из важных и наиболее сложных задач процесса проектирования - решение задачи компоновки. Большая часть задач компоновки не может быть решена путем составления уравнений и неравенств по следующим причинам:
1. Элементы компоновки имеют не только количественные, но и содержательные характеристики.
2. Ограничения в задаче общего расположения носят в основном характер логических условий.
3. Ограничения на количественные соотношения между элементами компоновки и их количественными характеристиками не являются однозначными и «жесткими».
4. Трудно сформулировать локальный критерий общего расположения, не противоречащий глобальному критерию эффективности системы.
5. Задача компоновки плохо формализуема.
В связи с этим для проектирования общего расположения всегда применялся графоаналитический способ построения [7]. С позиций информационного процесса для решения задачи общего расположения можно использовать логико-лингвистические модели, которые на всех стадиях проектирования создают предпосылки для разработки методологии создания автоматизированных систем поддержки принятия решений [3].
Общий процесс проектирования судна - многоэтапный процесс, в рамках которого применяется метод последовательных приближений [4] (рис. 1). Важным аспектом в этом процессе является организация единого пространства проектирования, которое применяется для выработки технических решений и организации взаимодействия по взаимной выдаче проектных данных [5] (рис. 2). В традиционной форме проектное информационное пространство организуется посредством инструкционной конструкторской документации и контрольно-согласовательных чертежей общего расположения помещений судна (рис. 3).
Новым шагом в решении задачи проектирования общего расположения и организации единого пространства проектирования стал метод объемного проектирования (рис. 4). Объемное проектирование является способом пространственной (трехмер-
Пространстъо проектной информации
Получение информации
для проработки
Выработка
технического решения
Передача информации
для проработки смежных
' подразделении
Рис. 2. Процесс выработки технического решения в едином информационном пространстве
Fig. 2. Flow chart of technical decision making in unified information space
Рис. 4. Примеры применения метода объемного проектирования с разработкой натурных масштабных макетов
Fig. 4. Examples of 3D design applications to development of full-scale models
ной) компоновки сооружений, применяемых для получения рационального проектного решения общей архитектуры объектов, их внутреннего устройств и размещения оборудования и коммуникаций. Главной особенностью такого проектирования является формирование проектного решения в трехмерном пространстве путем выполнения ряда компоновочных вариантов. Этот метод входит в общий процесс проектирования судна как сложного объемного инженерного сооружения. Концепция метода определена комплексом отраслевых нормативно-технических документов.
Основным назначением метода объемного проектирования является создание судна с помощью макета, отработка на макете общего расположения, взаимно согласованного размещения конструктивных узлов и оборудования. Принципом объемного проектирования является комплексная компоновка проектируемого объекта на макете, основанная на взаимосвязях составляющих элементов и выполнении поставленных перед проектантом задачам.
Разработка макетов в процессе объемного проектирования предусматривает следующие этапы создания проекта судового помещения или судна в целом:
1. Разработка по макету проектной конструкторской документации.
2. Разработка по макету рабочих чертежей.
3. Разработка по макету принципиальных и рабочих технологических процессов.
Объемное проектирование позволяет решить следующие принципиальные вопросы:
1. Конструкторская отработка помещений судна.
2. Технологическая отработка помещений судна.
3. Подготовка производства.
4. Сокращение затрат на отработку конструкторской документации при строительстве.
С развитием информационных технологий в процессе проектирования системы автоматизированного проектирования (САПР) стали мощной интеллектуальной поддержкой, составной частью современных наукоемких технологий. При проектировании задействованы различные информационные инструменты, использование которых позволяет создать 3D-модель (электронная модель). Применение 3D-моделей при проектировании судов является развитием метода объемного проектирования с использованием информационных инструментов проектирования - систем автоматизированного проектирования, позволяющих организовать единое информационное пространство для конструктивной и технологической отработки проекта на совершенно новом технологическом уровне (рис. 5).
Поэтапное развитие метода объемного проектирования с созданием 3D-моделей определяет новые требования к САПР: для повышения эффективности необходимо, чтобы САПР была не только инструментом для разработки 3D-модели, но и обеспечивала весь процесс проектирования. Трансформация метода объемного проектирования с применением САПР и разработкой электронных моделей приводит к цифровому методу объемного проектирования.
Метод объемного проектирования с применением САПР позволяет решать задачу проектирования общего расположения для всего судна в целом. Технические возможности современных импортных САПР в основном ориентированы на решение задачи рабочего проектирования, но начальные этапы проектирования общего расположения выполняются в традиционной форме с последующим переносом в 3D-модель.
В настоящее время 3D-модели в основном создаются в процессе рабочего проектирования (создается рабочая 3D-модель), для взаимоувязки расположения коммуникаций и обеспечения подготов-
Инструкционная 3D-модель
J
r >
Конструктивная 3D-модель
J
Рабочая конструкторская документация
J
Рис. 5. Обобщенный процесс проектирования на стадии разработки рабочей конструкторской документации с использованием метода объемного проектирования и электронных моделей
Fig. 5. Generalized process of workshop design with application of 3D methods and computer-based models
ки производства на заводе-строителепо специализациям «корпус» и «трубопроводные системы».
К 3 D-моделям предъявляются требования по составу, геометрии, содержанию (атрибутам) в соответствии с нормативной базой для обеспечения формирования рабочей конструкторской документации и производства [8, 9]. 3D-модели содержат информацию о проекте в дополнение к рабочей конструкторской документации.
Но разработка общего расположения на этапах эскизного и технического проекта, и разработка основных технических схемных решений в основном проводится вне 3D-модели. Поэтому дальнейшим развитием метода объемного проектирования в информационной среде САПР является организация сквозного проектирования общего расположения судна в целом и сквозное управление информационной моделью проекта [9] (рис. 6). К этому мо-
Рис. 6. Чертеж общего расположения в информационной среде в пространстве системы автоматизированного проектирования
Fig. 6. General arrangement in CAD system information space
менту процессы проектирования, включая проектирование общего расположения с использованием метода объемного проектирования, должны быть полностью перенесены в 3Б-модель.
Учитывая тенденции развития информационных технологий, аддитивных технологий и технологий цифровых испытаний, можно предвидеть переход от этапа выпуска рабочей конструкторской документации к постройке судов по 3Б-моделям.
Библиографический список
1. Вашедченко А.Н. Автоматизированное проектирование судов. Л.: Судостроение, 1985. 164 с.
2. Гайкович А.И. Основы теории проектирования сложных технических систем. СПб.: НИЦ «МОРИНТЕХ», 2001. 432 с.
3. Гайкович А.И. Описание общего расположения суда с помощью логико-лингвистических моделей // Труды ЛКИ: САПР в судостроении и судовом машиностроении. 1984. С. 61-66.
4. Захаров И.Г., Постонен С.И., Романьков В.И. Теория проектирования надводных кораблей. СПб.: ВМА им. Н.Г. Кузнецова, 1997. 678 с.
5. Македон Ю.А. Организация проектирования в судостроении. Л.: Судостроение, 1979. 280 с.
6. Об автоматизации процессов проектирования и управлении проектами в проектно-конструкторских бюро судостроительного профиля / Мацкевич В.А. [и др.] // Морской вестник. 2010. № 1(33). C. 71-74.
7. Худяков Л.Ю. Исследовательское проектирование кораблей (введение в теорию). Л.: Судостроение, 1980. 240 с.
8. ГОСТ 2.052-2015. Электронная модель изделия. Общие положения. Москва: Стандартинформ, 2016. III, 10 с. (Единая система конструкторской документации).
9. ГОСТ Р 58301-2018. Управление данными об изделии. Электронный макет изделия. Общие требования. Москва: Стандартинформ, 2018. III, 6 с.
References
1. A. Vashedchenko. CAD design of ships. Leningrad: Sudostroyeniye, 1985. 164 p. (in Russian).
2. A. Gaikovich. Fundamentals of complex engineering system design theory. St. Petersburg: MORINTECH Research Centre, 2001. 432 p. (in Russian).
3. A. Gaikovich. Describing general arrangements of ships with logical-linguistic models // Transactions of Leningrad Shipbuilding Institute: CAD systems in ship buil ding and marine engineering. 1984. P. 61-66 (in Russian).
4. I. Zakharov, S. Postonen, V. Romankov. Theory of surface ship design. St. Petersburg: N.G. Kuznetsov Naval Academy, 1997. 678 p. (in Russian).
5. Yu. Makedon. Organization of ship design. Leningrad: Sudostroyeniye, 1979. 280 p. (in Russian).
6. V. Matskevich et al. On automation of design process and project management in shipbuilding design offices // Mor-skoy Vestnik. 2010. No. 1(33). P. 71-74 (in Russian).
7. L. Khudyakov. Research design of ships: introduction to theory. Leningrad: Sudostroyeniye, 1980. 240 p. (in Russian).
8. GOST R 2.052-2015. Electronic model of product. General provisions. Moscow: Standartinform, 2016. III, 10 p. (Unified System of Design Documentation) (in Russian).
9. GOST R 58301-2018. Product data management. Electronic model of product. General requirements. Moscow: Standartinform, 2018. III, 6 p. (in Russian).
Сведения об авторе
Кутенев Андрей Александрович, к.т.н., доцент, заместитель главного инженера АО «ЦМКБ «Алмаз». Адрес: 196128, Россия, Санкт-Петербург, Варшавская ул., 50. Тел.: +7 (812) 369-12-66. E-mail: almaz-cmkb@yandex.ru.
About the author
Andrey A. Kutenev, Cand. Sci. (Eng.), Deputy Chief Engineer, JSC CMDB Almaz. Address: 50, Varshavskaya st., St. Petersburg, Russia, post code 196128. Tel.: +7 (812) 369-12-66. E-mail: almaz-cmkb@yandex.ru.
Поступила / Received: 08.03.20 Принята в печать / Accepted: 03.06.20 © Кутенев А. А., 2020
