Совершенствование методів проектування кораблів та обґрунтування проектних рішень

Совершенствование методів проектування кораблів та обґрунтування проектних решений

И.Г. Захаров, доктора технічних наук, професор, контр-адмірал; В. В. Емельянов, кандидат технічних наук, капітан 1 рангу; В. П. Щеголихин, доктора технічних наук, капітан 1 рангу; В. В. Чумаков, доктора медичних наук, професор, полковник медичної службы Корабли є найважливішим компонентом сил, які у збройної боротьби на море. Вони уявляють собою складні технічні системи високого рівня ієрархії. У них об'єднують у єдиний комплекс різноманітні зброя терористів-камікадзе і технічні засоби з різним характером бойового і повсякденного функціонування, і навіть ступенем впливу ефективність виконання поставлених завдань. Нарешті, на відміну інших бойових систем (танки, літаки тощо.) кораблі є найдорожчими і малосерийными системами. Тож потрібно упевненість у доцільності створення тієї чи іншої корабля з відповідними тактико-технічними елементами (ТТЭ). Це обумовлює труднощі і многоступенчатость проектування корабля, і навіть значний консерватизм рішень під час цього процесу. У класичному разі процес проектування включає кілька етапів:

исследовательское проектування, має метою розробку оперативно-тактичного завдання (ОТЗ) і тактико-технічного завдання (ТТЗ) проектування. Дослідницька проектування визначає й доцільність створення корабля, перевіряє реалізація основних технічних прийняття рішень та принципів конструктивного оформлення корабля;

эскизный проект, у якому уточнюються основні ТТЭ кораблі та вибирається кілька найоптимальніших варіантів для подальшої роботи;

технический проект, остаточно який встановлює основні ТТЭ і завершальний творчу пошукову роботу вибором єдиного варіанта;

рабочий проект, яким починається на будівництво корабля.

Начальный етап проектування, до розробки ТТЭ включно, завжди виконувався у наукових організаціях ВМФ (ЦНИВК, НТК, 1-ї ЦНДІ МО) за участю кількох спеціальних науково-дослідних установ. Саме це етап проектування є найважливішим і менше відомим. Тим більше що за весь післявоєнний період на цьому етапі сталися найбільших змін. Отже, процес проектування починається з формування задуму створення корабля, який виходить із покладених вздовж завдань і полягає в досягненнях науково-технічного прогресу. Відповідно до загальним задумом визначається технічний образ з оптимальним поєднанням ТТЭ, необхідні розробки науково обгрунтованого завдання на наступні стадії проектування. Розробку таких завдань і називають дослідницьким проектуванням. Дослідницька проектування як самостійна область у спільній теорії проектування кораблів сформувався порівняно нещодавно у 50−60-ті роки, коли кораблебудування перейшло на шлях комплексного запровадження науково-технічного прогресса.

Сравнение з кораблями-аналогами, як засіб вибору ТТЭ нових кораблів, багато в чому втратило своє значення у зв’язку з суттєвими змінами у характері озброєнь боротьби на море, а роль конкретних прототипів зменшилася внаслідок високих темпів науково-технічних досягнень за низкою видів озброєння і технічних засобів. Бойові дії сучасних кораблей-аналогов можуть різко відрізнятися в залежність від розв’язуваних кораблями завдань, загальної оперативно-стратегічної обстановки і военно-географических умов, що неминуче позначиться на задумі створення і образі кораблів і, отже, на ступеня розвитку та співвідношенні окремих їх якостей. Нарешті, безмежні можливості науку й техніки, відкриті на початку 1960;х років, породили в ряді військових та закордонних вчених ілюзію можливість створення принципово нових кораблів, здатних замінити традиційні класи. Ця обставина певною мірою привели не лише у волюнтаризму у створенні кораблів, до значним перекосів в розвитку науки проектування як кораблів, а й вооружения.

Так, в 60−70-х роках сформувався погляд в розвитку техніки, як повністю підлегле тактиці бойового використання. Це спричинило ігнорування та ціна, яку виходили задані ТТЭ. Але об'єк-тивні наукові результати під час проведення досліджень з обгрунтуванню ТТЭ були отримані лише за розгляді єдиної системи корабль-вооружение. На початку 1970;х років така точку зору на цю проблему проектування вже стало домінуючим, хоча й всеосяжним. Разом із цим у вітчизняному кораблебудуванні у 70-х почався перехід до створення кораблів, їх озброєння і технічних засобів з повнішої взаємної ув’язкою. Проте й 90-х років такий трактувався лише у теории.

В методологічному плані потреби практики дослідницького проектування й відповідний науковий доробок зумовили подальше вдосконалення графоаналитического методу проектування з урахуванням спільного використання методів подібності та математичної статистики. У поєднанні з приватними графічними проработками це дозволило багато в чому від конкретного прототипу. Вагомий внесок у розвиток цих методів внесли А. И. Балкашин, С. А. Базилевский, Л. Б. Бреслав, Б. А. Колызаев, А. И. Косоруков, В. А. Литвиненко, Г. И. Попов, А. Э. Цукшвердт та інші вітчизняні вчені ВМФ.

Наконец, зусиллями вітчизняних і зарубіжних провідних вчених розробили методи оцінки кількісних показників, і навіть математичні моделі оцінки бойової ефективності і військово-економічній оптимізації ТТЭ на стадії проектування кораблів. Дані моделі базуються на вероятностном описі процесу бойових діянь П. Лазаренка та моделюванні не окремих тактичних ситуацій, а операцій чи систематичних бойових дій на цілому, і екологічні показники ефективності вибираються згідно з поставленими цілями — основним принципом, сформульованим теоретично бойової ефективності академіком А. Н. Колмогоровым. У розв’язанні цих питань брали участь В. А. Абчук, И. Я. Динер, Ф. А. Матвейчук, М. П. Прохоров, С. К. Свирин, В. Г. Суздаль, Л. Ю. Худяков і другие.

Любое проектування, зокрема і дослідницьку, виходить з величезному кількості вихідних даних. У цьому перспективні які протидіють бойові системи на даний момент проектування нового корабля достовірно невідомі, внаслідок чого виникла потреба отримання прогнозу їх характеристик. З цієї причини велике значення в дослідницькому проектуванні мають методи наукового прогнозування, які отримали значного розвитку в 70−80-х років у розробках В. П. Кузина, В. М. Пастушенко, Ю. П. Убранцева і других.

Все це розширило можливості розробки та об'єктивної порівняльної оцінки варіантів проектованого корабля з істотно відмінними друг від друга технічними решениями.

Новым у вирішенні окремих завдань дослідницького проектування було використання коштів ЭВТ, хоча вона ще повною мірою забезпечувало комплексну оптимізацію процесу з урахуванням необхідної багатоваріантності, глибини і оперативності проектних исследований.

Существенным кроком у розвитку методів дослідницького проектування у роки стало створення та впровадження у 1-му ЦНИИМО системи автоматизованого проектування (САПР) — принципово нового програмно-технічного інструмента проектних досліджень. Зазначена систему було створена великим колективом учених ВМФ: В. Н. Буровым, Ю. С. Вольфсоном, Б. А. Колызаевым, Л. Ю. Худяковым, П. А. Шаубом і другими.

Благодаря створенню САПР можна було розв’язувати всі завдання дослідницького проектування комплексно, починаючи з розробки варіантів корабля і закінчуючи оптимізацією його ТТЭ за критеріями бойової частини і військово-економічній ефективності з урахуванням багатоваріантних розрахунків з точнішим математичним моделям. Створення САПР значною мірою виправила розриви між об'єктивної потребою збільшення багатоваріантності, глибини і підвищення оперативності проектних досліджень, обчислювальними можливостями фахівців і коштами інженерного праці, наявні до цього часу їх розпорядженні. Стали реальними проробка і комплексна оцінка за кілька сотень варіантів проектованого корабля.

В 80-ті роки у розвитку теорії та методів дослідницького проектування відзначається подальше вдосконалення підходу до створення кораблів на комплексі зі своїми зброєю і технічними засобами, і навіть засобами бойового і повсякденного забезпечення. Саме системний підхід став головною методичної основою для створення математичних моделей для САПР. Системний підхід визначається як оптимальна технічна реалізація задуму створення корабля за такими основним чинникам:

боевой ефективності і під час бойових завдань у різних умовах і різними способами;

научно-техническим можливостям створення технічних засобів до необхідного терміну;

взаимосвязи окремих підсистем корабля між собою, зокрема побудові структури корабля як взаємодіючих функціональних комплексів з урахуванням динаміки їх співпраці принципу ієрархічної оптимізації;

экономической обгрунтованості і забезпеченості створення потрібної кількості кораблів на задані терміни;

наличию і стану взаємодіючих і забезпечувальних зусиль і коштів.

Отдельные принципи підходу, що стосуються переважно оцінки технічної сумісності і приватної оптимізації підсистем корабля, бралися до уваги протягом усього історії кораблебудування. У цьому відповідні завдання у минулому були щодо простими через порівняно слабкої технічної взаємозв'язку подсистем.

После створення САПР поняття підходу істотно розширилося. У ньому відбито облік багатьох чинників, які забезпечують оптимізацію ТТЭ кораблів як єдиної системи корабль-вооружение-средства забезпечення, що потребує розробки та вдосконалення відповідних кількісних методів. Значний внесок у розвиток методології підходу внесли вчені ВМФ: И. Г. Захаров, М. М. Четвертаков, П. А. Шауб та інші. Завдяки впровадженню принципів системного підходу в 80-ті роки колективу учених ВМФ вдалося розробити досить багато математичних моделей для САПР 1-гоЦНИИМО, пов’язаних за інформацією, і, отже, вперше здійснилося автоматизоване дослідницьку проектирование.

Многие створені для САПР математичні моделі мали значної новизною і оригінальністю. До таких моделям можна віднести: операційну модель (моделювання бойової операції) з метою оцінки підводних човнів (Л.Ю.Худяков) і надводних кораблів (В.И.Никольский), оцінку живучості надводних кораблів (А.М.Иванов, А.И.Косоруков), имитационные моделі бойових дій оцінку надводних кораблів (С.А.Иванов), спільне проектування «корабель — основне зброю» (С.А.Губкин, М.М.Четвертаков-младший), і кілька других.

С початку 80-х років САПР 1-гоЦНИИМО стала активно використовуватися для обгрунтування ТТЭ на всі кораблі. Першої підводним човном, обгрунтування якого було проведено на САПР. стала атомна підводний човен проекту 945А, та якщо з надводних кораблів — СКР проекту 11 540.

В кінці 80-х років значного розвитку в САПР отримали методи геометричного моделювання щоб одержати графічного зображення варіанта корабля в процесі її проектування більш пізніх етапах автоматизованого дослідницького проектування (АИП) й у отримання координат різних його елементів у процесі різноманітних розрахунків, зокрема та живучість. І тому в математичну модель АИП було включено геометрична модель корабля (розроблена Н.В.Никитиным).

Вместе з методами визначення кількісних характеристик автоматизованого дослідницького проектування постійно вдосконалювалися й методи оптимізації. Так було в кінці 80-х в САПР, поруч із традиційними методами оптимізації, упровадили і апробований ряд ТТЭ метод многокритериальной оптимізації багатоцільового корабля, розроблений І.Г. Захаровим. Поруч із створенням математичних моделей визначалася, і спеціальна технологія роботи на САПР: розроблялися послідовність виконання моделей, організація даних для розрахунків (розробка баз даних), форма уявлення отриманих результатів і що другое.

Первоначально САПР створювалася як система для стадії дослідницького проектування з метою вироблення рекомендацій керівництву прийняття рішень на стадії формування ТТЭ. Та краще пізно, використовуючи досягнутий раніше результат, є можливість автоматизувати також інші важливі завдання, які вирішуються науковими організаціями ВМФ, такі як:

обоснование планів військового кораблебудування;

отработка загальних вимог до кораблів і пасажирських суден та обґрунтування цих вимог;

обоснование напрямів розвитку корабельного озброєння і корабельної техніки на перспективу;

оптимизация терміну служби кораблі та оцінка доцільності модернізації;

оценка нових проектних рішень, що безпосередньо не впливають на ТТЭ (наприклад, компонування кораблі та її на ефективність через живучість тощо.);

научно-техническое супровід, коли з допомогою САПР здійснювалася оцінка відхилення від ТТЭ і виходили кількісні показники для експертизи готового проекту.

В цілому теорія та художні засоби дослідницького проектування постійно вдосконалюються та його запровадження у практику сприяє прискоренню науково-технічного прогресу в кораблестроении.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.