CC BY-NC
15
Петров А.А., Лебехов И.А.
АО «ЦНИИМФ». Санкт-Петербург. Россия
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС АВТОМАТИЗАЦИИ РАСЧЕТОВ ПО ПОЛЯРНЫМ ПРАВИЛАМ И ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
Выполнение расчетов, обосновывающих полярный класс суша, сопряжено с необходимостью оперировать большим количеством переменных, зависящих от многих параметров. Целью работы является сокращение времени этих расчетов и быстрая оценка возможности рационализации конструкции. В результате решения ряда задач, таких как создание расчетной модели судна, учитывающей его конструктивные особенности, выделение н автоматизация повторяющихся в Правилах Регистра судоходства операций, автоматизация оформления отчета и т.д.. создано программное обеспечение, отвечающее главной цели работы.
Ключевые слова: Полярный кодекс. Правша РМРС. наставление по эксплуатации в полярных водах, полярный класс.
автоматизация расчетов, программное обеспечение.
Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
Для цитирования: Петров А.А.. Лебехов И.А. Программный комплекс автоматизации расчетов по Полярным правилам н выбора рациональных конструктивных решений. Труды Крыловского государственного научного центра. 2018: специальный выпуск 1:
"УДК 681.3.016 DOI: 10.24937/2542-2324-2018- 1-S-I-137-141
Petrov A., Lebekhov I.
JSC Central Research Institute of Marine Fleet (CNDMF), St. Petersburg. Russia
SOFTWARE FOR CALCULATION AS PER POLAR CODE AND SELECTION OF OPTIMAL DESIGN SOLUTIONS
Ice class justification of a ship requires calculations involving numerous variables dependent on numerous parameters. The purpose of this work is to make these calculations less time-consuming and enable fast assessment of design optimization potential. Successful solution of a number of tasks, e.g. development of analytical model for a ship taking into account her design specifics, identification and automation of the operations repeating in RS Rules, automatic compilation of report, etc.. made it possible to develop the software meeting the key objective of this work.
Key words: Polar Code. RS Rules. Polar Water Operational Manual, ice class, automation of calculations, software. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.
For citations: Petrov A.. Lebekhov I. Software for calculation as per Polar Code and selection of optimal design solutions. Transactions of the Krylov State Research Сentre. 2018; special issue 1:
UDC 681.3.016 DOI: 10.24937/2542-2324-2018-1-S-I-137-141
Введение
Introduction
Активное освоение арктических морей связано не толвко с развитием научно-технической составляющей шгрового судостроения, но и с изменением нормативного регулирования судоходства, что зачастую приводит к необходимости учета дополнительных требований к различным конструктивным и эксплуатационным характеристикам судов, работающих в этих районах. К примерам подобного явления мож-
но отнести Правила плавания в акватории Северного морского пути [1], Международный кодекс для судов, эксплуатирующихся в полярных водах (Полярнвш кодекс) [2]. и Руководство по применению положений Международного кодекса для судов, эксплуатирующихся в полярных водах (Полярного кодекса) [3].
Актуальность работы
Relevance of work
Согласно [2]. в зависимости от типа ледовых подкреплены!, суда разделяются на три категоршг - А, В и С,
каждой из которых соответствуют свои эксплуатационные ограничения. Суда категорий А и В. для которых подобных ограничений меньше, в части корпуса и механизмов должны отвечать Унифицированным требованиям МАКО для судов полярного плавания, также приведенным в главе 1 части XVII Правил клас-сификащш и постройки морских судов Российского морского регистра судоходства (Полярных правил) [4]. т.е. соответствовать одному in полярных классов PCI—PC7. В то же время, согласно [3], для выдачи судну Свидетельства судна полярного плавания при освидетельствовавши в Регистр должно быть представлено Наставление по эксплуатации судна в полярных водах, в котором в числе прочего дана оценка эквивалентности судна полярному классу. Такая оценка может быть произведена в соответствии с [4], так же как и для определения категории судна в [2]. Из сказанного следует, что расчетный анализ соответствия судна полярному классу является одним из важных условий его допуска к эксплуатации в полярных водах. Требования к судам полярных классов объединены в две группы - корпус и механические установки. Данная работа посвящена корпусной части.
Основные задачи
Main tasks
Выполнение расчетов, обосновывающих полярный класс судна, сопряжено с необходимостью оперировать большим количеством переменных, зависящих не только от класса судна, но и от его конструктивных особенностей. Это делает весьма трудной задачу создания универсального отчетного документа, по меньшей мере, с помощью таких инструментов, как MS Excel, MS Word. AutoCAD и т.д. Кроме того, в ходе выполнения расчета проектанту необходимо обращаться к различным сортаментам для поиска характеристик балок набора, а зачастую и для нестандартных сварных балок, определять их вручную
Указанные выше трудности могут быть решены за счет создания специализированного программного обеспечения (ПО), автоматизирующего как сами расчеты. так и процесс оформления отчета. Кроме того, использование ПО позволяет создавать и подключать к расчетам разшгчные базы данных, в том числе содержащие информацию из .любых сортаментов. Наконец, важнейшей задачей автоматизации любого процесса является его ускорение и минимизация возможных ошибок, обусловленных человеческим фактором. ПО. решающее эти задачи, было создано специалистами отдела конструктивной надежности и защиты судов от
коррозшг АО «ЦНИИМФ» в ноябре 2017 г. Его рабочее название - Marine Solutions, сокращенно MarSols.
Общая структура и описание работы в ПО MARSOLS
Overall structure of MARSOLS software and how to work in it
ПО MarSols состоит из двух приложений - клиентского. отвечающего за взаимодействие с пользователем (ввод исходных данных, графическое представление отдельных элементов, вывод результатов расчета), и серверного, в котором хранятся базы данных, в том числе по выполненным проектам, происходят все вычисления и формируется отчет.
Программа написана на языке С++ с использованием библиотек Qt: QtCore, QtGni, QtWidget, QtNetwork, QtSql. Выбор Qt в качестве основного инструмента обусловлен, во-первьгх, тем. что он изначально создавался для языка С++, а во-вторых, тем. что использование разных компиляторов при создании кроссплатформенного приложения еще больше повышает правильность гг надежность кода программы, поскольку предупреждающие сообщения и сообще-шгя об ошибках генерируются разными компиляторами [5]. В качестве системы управления базой данных использована MariaDB. являющаяся улучшенной версией MySQL [б]. Для автоматизацшг формирования отчета используется связка С++ и LaTeX. Последний является лучшим на сегодняшний день инструментом форматирования математических формул и оформления техническтгх отчетов [7].
Работа в ПО начинается с созданггя проекта, уникальным идентификатором которого является номер ИМО объекта. В первом модуле c_Slrip задаются исходные классификационные данные и главные размеренна судна, а также указывается количество всех типов судовьгх помещений (рис. 1).
Следующий модуль - cFraming - позволяет однозначно описать все практические шпации, что особенно актуально для судов с переменной шпацией, гг задать значения максимальных и минимальных эксплуатационных осадок на перпендикулярах, которые впоследствгпг будут использованы для опре-деленггя районов ледовых усилений корпуса. Также в данном модуле создается база уникальных балок набора корпуса, участвуюгшгх в обеспечении общей и местной прочности. Пользователю необходимо выбрать все профили поперечных сечений балок основного и рамного набора, которые применяются на судне. Выбор происходит с помощью раскрывающегося
Рис. 1. Фрагмент модуля cShip, классификационные данные о судне
Fig. 1. Fragment of c_Ship module (classification data for ship)
Номер ИМО 1
1M0 number /UJtJZl
1
* f General characteristics
Класс судна FMFC Ship's class of RMR5 -
3] ШЗВь
г судна Тип судно Порт приписки
Нордстраун
Name of Dps ig-,it I
R2
Нафтен оливное
шой порт Санкт-Петербург Port of R
Орана постройки ФРГ Country
Город постройки city of build
Флаг судна Российская Федерация Nationality
R2-RSN
R2-R£N(4r5)
R3
|А1Л~1 - 11 Ч Oil tanker (ESP}
Позывной сигнал Call agnal iker
Номер PC у port 5t.-Petersburg R5 number
Russian Federation
Дата постройки Date of build
Год постройки rear of build
923509
© I 01.01.2000
Примечание
Рис. 2. Фрагмент модуля c_Framing, профили балок набора
Fig. 2. Fragment of с_ Framing module (framing beam profiles)
Элементы набора корпуса f Hull framing
Шппция Основной набор | Рамный набор
Произвольный сварной профиль / Any profile weld
Количество , I ¡TT I Г ~ I
Number 3 I ДрБавить I 1 YflayThTTb 1
Профиль ГОСТ i GOST profile
—- 5 I Д*""" I I I
Профиль DIU / Dill profile
¡TZ7" 1 I 11 ^
N° Тип Туре Номер Number Толщина Thikness
1 [Уголо* (равнобокий) »
1 Angle fequable) т1
2 [Уголо* (равнобокий) •
1 Angle fequable} т]
Тип _Jj£EfL_
Тавр
¡Т-Ьиг
Номер Number
Толщина
Thikness
списка в одном из трех ОгоирВох - произвольны!! сварной профгшь, профишг отечественного ГОСТ и профишг зарубежного ОВД (рис. 2). Пользователь последовательно заполняет необходимые данные модуля с_Егапш1£ и добавляет все возможные профили балок набора, после чего на сервере формируется библиотека данных по конкретному судну, позволяющая однозначно описать его конструкцию.
Модули с_8Ыр и сРгатшд являются универсальными для всех судов и могут быть использованы в дальнейшем для расширения функционала ПО и работы в новых расчетных модулях.
Следующим этапом работы в ПО является непосредственно расчет по Полярным правилам, содер-жапппгся в отдельном модуле с_СНе1И_Ро1агС1а55. Д.ля начала пользователю необходимо внести 13 параметров. отвечающих за районирование корпуса, такие как угол наклона форштевня, сечение, где ширина корпуса впервые принимает максимальное значение, высота от основной плоскости, где угол наклона обшивки составляет 7°, и т.д. После этого на
схематлгчном рисунке автоматически проставляются точки, характеризующие границы районов ледовых усилений по высоте и по длине (рис. 3).
Затем пользователь вводит данные о форме корпуса. определяющие величину и характер распределения ледовой нагрузки. На этом этапе пользователь работает, как правило, с теоретическим чертежом, при этом зачастую разные проектанты по-разному оформляют чертежи, поэтому для удобства пользователя предусмотрены три варианта локализации рассматриваемого поперечного сечения - абсолютная величина отстояния сечения от носового перпендикуляра (кормового - для случая судна двойного действия), относительная величина х/Ь и номер практической шпации.
В следующем окне модуля с_СНе1П_Ро1агС 1азк происходит описание листов наружной обшивки -их локализация по длине, высоте, а также задание проектных характеристик - толщина, материал, элементарная ячейка листа и наличие защиты от коррозии.
Рис. 3. Модуль c_Client_ PolarClass, районы корпуса судна
Fig. 3. c_Client_PolarClass module (hull zones)
X 7851321
»eip« ркчета ! Ca* Ehpffnllirdm*'** I™ * пип^'р^}"* 12 :
• i
■
Tj
EL
bs;
■/. | о iv> ' | : ••!':•" ' |
03,00X33 3,4« Jn>i,Mi< пищч.ьи
■ I I I
ж №1Ь nc
81.ЭОЕМ.71 №1?. 50 iJi53.ee
I I I '
/ | | | | 61-8QX131.4« |
MMXKUS4&«
■г | мпп | | M.?P>l/,-Ki |
т, папкобрьб (cwwprpwiHWl) 1031. n
1»МЮЙ475,00
Рис. 4. Модуль c_Client_ PolarClass, результат расчета балок основного набора
Fig. 4. c_Client_PolarClass module (calculation results for main framing beams)
Закончив работу с наружной обшивкой, поль-зоватепв переходит к расчету характеристик балок набора. Для этого из выпадающего списка столбца «Профиль» (список был сформирован ранее в модуле с Ргапшщ) выбирается нужная балка, она привязывается к конкретному району ледовых усилений, и. в зависимости от системы набора, описываются ее дополнительные конструктивные характеристики, такие как материал, тип закрепления, наличие стрингера или бракеты и т.д. Заполнив все поля исходных данных по наружной обшивке, основному и рамного набору, в последнем столбце указывают соответствие конструкции требованиям Правил.
Д.ля случаев, когда условия соответствия не выполняются, предусмотрена возможность рационализировать конструкцию (рис. 4): например, заменить лист обшивки на более толстый, уменвшить поперечную шпацию или пролет шпангоута. Выбор
способа конструктивного изменения остается за пользователем, однако его необходимо указать для корректного формирования отчета.
В результате заполнения всех форм посылается команда на сервер, где с помощью С++ и LaTeX автоматически формируется отчет в формате PDF, содержащий все исходные данные, результаты расчетов и. при необходимости, обоснование и описание конструктивных изменений: затем отчет передается обратно на клиентский компьютер. Помимо стандартного вывода, формирующегося с учетом вышесказанного, полвзователв может написатв собственный. заполнив предлагаемую форму.
Заключение
Conclusion
С учетом постоянного развития и ужесточения международных требований к безопасности и экологич-
ноет судоходства, внедрение новых средств автоматизированных расчетов в техническое сопровождение эксплуатирующихся судов представляется все более обоснованным и заслуживающим внимания. Созданное на базе отдела конструктивной надежности и защиты судов от коррозии АО «ЦНИИМФ» ПО Marine Solutions (MSRSOLS) может использоватвся для расчетного обоснования полярного класса судна, выполнение которого актуалвно в рамках оценки соответствия судна Полярному кодексу и при ра зработке Наставления по эксплуатации судна в полярных водах.
ПО MARSOLS существенно упрощает и ускоряет расчеты по Полярным правилам, исключает необ-ходимоств обращаться к третьим источникам в процессе выполнения расчета и сводит к минимуму влияние «человеческого фактора» на качество расчета. В результате выполнения ряда проверочных расчетов установлено, что один и тот же инженер, имеющий определенный опыт работы с Полярными правилами, способен выполнить все необходимые расчеты по корпусу, включая оформление отчета, с использованием ПО MARSOLS в 2,5-3 раза быстрее, чем при помощи стандартных средств MS Word. MS Excel и AutoCAD. Кроме того, данное ПО дает возможноств, варвируя некоторые значимые параметры (шпацию, пропет балки), оперативно и обоснованно сформулировать предложения по приведению конструкции в соответствие с требованиями Полярных правил.
Библиографический список
Refe reces
1. Правила плавания в акватории Северного морского пути. Утверждены Приказом Минтранса России от 17 января 2013 г. № 7. [Northern Sea Route Navigation Rules. Approved by Russian Ministry of Transport Directive No. 7, dt. January 17, 2013. (in Russian)].
2. International code for ships operating in polar waters (Polar code). Resolution MEPC.264(68), Resolution MSC.385(94).
3. Руководство по применению положений Международного кодекса для судов, эксплуатирующихся в по-
лярных водах (Полярного кодекса). СПб.: Российский морской регистр судоходства. 2017. [Guidelines on application of the International Code for Ships Operating in Polar Waters (Polar Code). RS, St. Petersburg. 2017. (in Russian)].
4. Правила классификации и постройки морских судов. В 17 ч. Ч. 1. СПб.: Российский морской регистр судоходства. 2017. [Rules for Classification and Construction of Sea-Going Ships (17 parts). Part 1. RS. St. Petersburg. 2017. (in Russian)].
5. Шлее M. Qt 5.3. Профессиональное программирование на С++. СПб.: БХВ-Петербург. 2015. [Schlee М. Qt 5.3. Professional programming in С++ SPb.: BHV-Peterburg. 2015. (in Russian)].
6. Гольцман В. MySQL 5.0. Библиотека программиста. СПб.: Питер. 2010. [Golzman V. MySQL 5.0. Programmer's library. SPb.: Piter. 2010. (inRussian)].
7. Котельников ИЛ., Чеоотаев П.З. LaTex по-русски. Новосибирск: Сибирский хронограф. 2004. [Kotelnikov I.. Chebotaev P. LaTex in Russian. Novosibirsk: Sibirsky Khronograph. 2004. (in Russian)].
Сведения об авторах
Петров Ачексей Анатольевич, заведуюппш отделом конструктивной надежности и защиты судов от коррозии АО «ЦНИИМФ». Адрес: 191015, Россия, г. Санкт-Петербург, Кавалергардская ул., д. 6, лит. А. Тел.: 8 (812) 271-12-67; E-mail: Petrov25@cniimf.ru. Лебехов Иннокентий Андреевич, инженер-программист АО «ЦНИИМФ». Адрес: 191015, Россия, г. Санкт-Петербург, Кавалергардская ул., д. 6, лит. А. Тел.: (812) 271-12-67: E-mail: lebelioff@gmail.com.
About the authors
Petrov A., Head of StrucHiral Reliability and Corrosion Protection Department, JSC CNIDVIF. Address: Kava-lergardskaya st. 6, building A, St. Petersburg, Russia, 191015. Tel.: 8 (812) 271-12-67: E-mail: Petrov25@ cniimf.ru.
Lebekhov I., Engineer-Programmer, JSC CNIIMF/ Address: Kavalergardskaya st. 6. building A, St. Petersburg, Russia, 191015. Tel.: 8 (812) 271-12-67; E-mail: lebe-hoff@gmail.com.
Поступила / Received: 12.03 18 Принята в печать / Accepted: 18.04Л8 © Петров AA, Лебехов ИА_, 2018
