Как узнать характеристики будущего судна и снизить время и стоимость проектирования?

Автоматизация проектирования

Как узнать характеристики
будущего судна и снизить время
и стоимость проектирования?

В
     ыбор двигателя и подбор движителя является одной      Как снизить время проектирования?
     из главнейших задач при проектировании судна.
     При неправильном определении этих элементов суд-         Время – важнейший фактор при проектировании.
но может не выйти на заданную скорость. Важной харак-     Даже для оценочного расчета ходкости численными ме-
теристикой будущего судна, от которой зависит выбор       тодами необходимо много часов подготовки, настройки,
данных элементов является сопротивление движению.         анализа результатов. Если проводить расчеты без долж-
Поэтому для определения сопротивления разработано         ного уровня опыта и знаний, можно получить результат,
множество методик, программ, комплексов модельных         очень далекий от реальности. Поэтому необходимо сни-
испытаний, данные которых можно соотнести с проекти-      жать время расчета без ущерба качеству.
руемым судном и получить достаточно точный результат.
    Способы определения сопротивления отличаются в
зависимости от типа судна:
    для стандартных судов, все характеристики которых
    известны, при необходимости можно вычислить этот
    показатель по эмпирическим формулам и получить
    результат с известной точностью;
    для инновационных и высокоскоростных судов эм-
    пирические формулы либо не подходят вовсе, либо
    дают очень большую ошибку. В этом случае исполь-
    зуются модельные испытания.                           Волнообразование в STAR CCM+
    Модельные испытания – надежный способ опреде-
ления характеристик будущего судна, но стоимость этих
испытаний высока, особенно если нужно проводить се-
рию испытаний для получения максимально хорошего
результата.

          Как снизить затраты
        на модельные испытания?
    Допустим, для нового судна или ледокола с иннова-
ционными обводами необходимо определить мощность
его двигателя, тип двигателя, параметры качки, ледопро-
ходимость. На начальных стадиях проектирования за-        Вычисление ходового дифферента
казывать модельные испытания очень накладно, в этом
случае поможет численное моделирование CFD. В сущ-
ности, этот способ наиболее выгоден именно на началь-
ных стадиях проектирования, так как дает результат с
известной точностью, при не больших затратах.
    Также CFD-методы будут максимально эффективны
для расчетов показателей управляемости судна. Для
получения этих данных зачастую либо заказывают доро-
гостоящие модельные испытания, либо проводят эти ис-
пытания на реальном судне, что в свою очередь может
привести к невыдаче свидетельства из-за плохой управ-
ляемости построенного судна.                              Вычисление просадки

  68                                               # 1/2021        Р а ц и о н а л ь н о е Уп р а в л е н и е П р е д п р и я т и е м

Автоматизация проектирования
    При работе с CFD-пакетами одна из самых затрат-
ных по времени задач – это подготовка к расчету. За-
траченное на этом этапе время может составлять до
80% от времени всего расчета.
    На сегодняшний день существуют программы, ко-
торые способны упростить жизнь проектанту, беря на

                                                                                                                         Автоматизация судостроения
себя процесс подготовки к расчетам. Эти программы в
сущности представляют собой оболочки (как Windows),
которые помогают общению человека с программой,
выполняя львиную долю работ с машинной скоростью.
    Одна из таких программ, с которой работает ПКБ
“Петробалт”, – Siemens Star CCM+. В ней реализова-
ны численные методы практически во всех направлени-
ях, CFD является только небольшим подразделом. Ис-
пользование программы позволило заметно снизить
время, затрачиваемое на подготовку расчета.
    В данной программе возможно определять сопро-
тивление достаточно точно за счет того, что возмож-
но учесть ходовой дифферент и просадку судна. Воз-
можно также определить пропульсивный коэффициент,
причем движитель может быть абсолютно любым, что
в свою очередь не ограничивает инженера в выборе
подходящего движительного комплекса.
    Перспективными задачами, решаемыми с помощью
данного программного продукта, являются расчеты кач-
ки судна, взаимодействия нескольких корпусов (швар-
товка в море), буксировки судов (в том числе “на усах”).   Расчеты сопротивления и пропульсивного коэффициента
                                                           в программе Star CCM+ и сравнение полученных данных
                                                           с модельными испытаниями в Крыловском государственном
            Как сделать процесс                            научном центре
          автоматизированным?
    Полностью обойтись без человека в процессе про-
ектирования невозможно, ведь только хороший инже-
нер способен качественно и быстро заложить в судно
необходимые характеристики и подтвердить их либо
расчетными методами, либо модельными испытаниями.
Для того чтобы помочь инженеру в решении его задач,
было создано множество программ, участие человека
в которых может быть минимизировано. К сожалению,
полное отсутствие человека в процессе может привес-
ти к серьезным ошибкам. Программа должна позво-
лять оператору на любом этапе подготовки контроли-
ровать процесс и вносить изменения, при этом давать
подсказку и указывать на ошибки.
                                                                                                                        ТЕМА НОМЕРА
    При всех этих условиях работа в программе будет
максимально удобной и быстрой, и положительный ре-
зультат не заставит себя ждать.

    Как снизить количество ошибок
            и неточностей?
    Расчеты в CFD-пакетах имеют максимальную эф-
фективность на начальных стадиях проектирования,
так как выдерживается баланс между точностью и ско-
ростью расчета. На следующих этапах с повышением
точности возрастает время подготовки и расчета. Са-
мым лучшим способом является проведение модельных
испытаний и сравнение результатов. Вторым по точно-
сти способом является сравнение с прототипами, но у        Примеры волнообразования при расчетах
этого способа тоже есть ограничения по точности, за-       и при модельных испытаниях

Rational Enterprise Management             # 1/2021                                                                69

Автоматизация проектирования
висящие от качества прототипа. Третий вариант – рас-          данные прототипов не могут быть получены из расче-
чет численными методами, точность расчета в данном            тов численными методами, только модельные испытания
случае определяется квалификацией инженера и на-              предоставляют максимально правильные данные. То
личием хороших судов-прототипов, по которым можно             есть, модельные испытания и расчеты численными мето-
тарировать расчетную модель. Также точность расчетов          дами дожны дополнять друг друга. Модельные испытания
зависит от сходимости исследуемого параметра с изме-          лучше проводить после оценочных расчетов численны-
нением параметров расчетной области или решателей.            ми методами, чтобы минимизировать затраты. Точность
    Сегодня для исследования ходкости судна использу-         CFD-расчетов возможно подтвердить только модельны-
ются модельные испытания, результаты которых являют-          ми или натурными испытаниями.
ся подтверждением характеристик будущего судна.
                                                                  Современные методы определения характеристик
        Возможно ли использовать                              судна весьма перспективны и имеют очень хорошие по-
         CFD-методы для замены                                казатели на начальных (оценочных) стадиях проектиро-
                                                              вания. Расчеты численными методами дают быстрый и
         модельных испытаний?                                 достаточно точный ответ, но при увеличении точности и
    В сущности, качество расчетов в CFD-пакетах зави-         время, и затраты начинают приближаться к модельным
сит от квалификации оператора и времени, выделенного          испытаниям, причем эти результаты должны быть под-
на расчет. Грамотный инженер, владеющий знаниями и            тверждены модельными испытаниями хотя бы судов-про-
опытом работы с численными методами, может получить           тотипов. Из этого можно сделать вывод, что для точных
достаточно точные данные будущего судна. Однако для           расчетов численными методами необходима внушитель-
проверки результата необходимо достаточное количе-            ная база модельных испытаний различных судов, с помо-
ство судов-прототипов с известными характеристиками           щью которых можно будет тарировать аналитическую
для тарировки расчетной модели. При этом для каждой           модель. В этом случае CFD-метод будет выгоден и точен.
задачи надо подобрать расчетную область и решатель
так, чтобы получить максимально точный результат. Но                                   Владимир Кузей, ПКБ “Петробалт”

                                                                                                                 НОВОСТИ

           Мобильная                 Рабочая станция комп-        В рабочую станцию               демонстрировать свои ра-
      рабочая станция           лектуется профессиональ-      можно установить ОЗУ объ-           боты вне офиса. CELSIUS
    Fujitsu CELSIUS H7510       ными графическими картами     емом до 128 ГБ и твердо-            H7510 хорошо подходит для
      Fujitsu дополнила свою    вплоть до NVIDIA Quadro       тельные накопители (SSD)            таких задач благодаря соче-
 линейку мобильных рабочих      RTX 3000 с поддержкой VR и    объемом до 4 ТБ. Также есть         танию производительности и
 станций CELSIUS флагманом      сертифицирована разработ-     возможность выбрать между           компактности. Пользователи
 FUJITSU Workstation CELSIUS    чиками программного обес-     самыми современными про-            могут носить устройство на
 H7510. Новая модель с экра-    печения. Это обеспечивает     цессорами Intel Core десято-        различные мероприятия или
 ном в 15,6 дюймов пред-        производительность корпора-   го поколения и мощным Intel         площадки заказчика и по-
 лагает пользователям вы-       тивного уровня для основных   Xeon W-10885M.                      казывать свои идеи дизайна,
 сокую производительность       приложений, применяемых           Современные творче-             в том числе с использова-
 и надежную защиту данных       в творчестве, инженерном      ские и инженерные проекты           нием средств виртуальной
 даже в дороге. Эта рабочая     проектировании и архитек-     отличаются как постоянно            реальности. При работе в
 станция прекрасно подходит     турном дизайне (например,     растущими объемами дан-             офисе производительность
 инженерам, архитекторам,       Adobe Premiere Pro, 3dsMax,   ных, так и необходимостью           также будет максимальной
 людям творческих профес-       Creo, SolidWorks,                                                 – к CELSIUS H7510 мож-
 сий и создателям цифрового     CATIA, AutoCAD                                                    но подключить репликатор
 контента.                      и ALLPLAN). Экран                                                 портов через механический
      Благодаря использова-     устройства поддер-                                                разъем или через разъем
 нию современных процессо-      живает разреше-                                                   Thunderbolt 3.
 ров, графических карт, памя-   ние Full HD и стан-
 ти и дисплеев CELSIUS H7510    дарт HDR400, а
 стала передовой моделью в      также обеспечива-
 линейке мобильных рабочих      ет до 100% охвата
 станций CELSIUS. Помимо        цветового прост-
 выдающихся вычислительных      ранства sRGB для
 и графических возможно-        оптимальной пе-
 стей Fujitsu также предла-     редачи цвета и
 гает максимальную защиту:      контраста, поэтому
 устройство можно дополнить     пользователи смо-
 биометрической системой        гут в полной мере
 аутентификации PalmSecure,     ощутить качество
 которая распознает пользо-     изображения на
 вателя по венам на ладони.     экране.

  70                                                  # 1/2021         Р а ц и о н а л ь н о е Уп р а в л е н и е П р е д п р и я т и е м