Об'єкт і мета наукової роботи. Об'єктом статті є теорія проектування суден. Мета полягає в аналізі найбільш складних завдань теорії і методичних проблем, що виникають при навчанні їх вирішенню. Матеріали та методи. Використовувалися праці провідних фахівців в області проектування кораблів і суден, таких як В.Л. Поздюнін, Л.М. Ногід, В.М. Пашин та інші. Основним методом дослідження був системний аналіз існуючих проблем теорії проектування. Основні результати. Успіхи математичних наук і комп'ютеризація дозволяють переосмислити класичні задачі проектування суден як визначення головних розміреним, форму обводів, розробку загального розташування. З'явилася можливість вставити в навчальні курси завдання, які раніше були трудомісткими. Аналіз комп'ютерних експериментів дозволяє поглибити уявлення учнів про кораблі як про складну технічної системі. Висновок. Основними напрямками поглиблення теорії проектування представляються завдання, пов'язані з загальним розташуванням, місткістю, коефіцієнтами зворотного зв'язку типу коефіцієнта Нормана, модульного проектування.

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Гайковіч Олександр Йосипович


Ship design theoryand its teaching

This paper discusses ship design theory from a teacher's standpoint, analyzing the issues that might be very hard to properly explain to students. Materials and methods. This study relies on the findings of outstanding ship designers, such as V. Pozdyunin, L. Nogid, V. Pashin, and others, offering a system analysis of current challenges in ship design theory. Main results. Advances in mathematics and computers make it possible to rethink such classic problems of ship design as determination of main dimensions and hull lines, development of general arrangement, etc. Nowadays some practical ship design challenges that used to be tedious and time-consuming can be conveniently included to university curriculum. Analysing computer-based simulations, students can deepen their understanding of the ship as a complex technical system. Conclusion. At present, ship design theory could be deepened in terms of such practical tasks as general arrangement, capacity, feedback coefficients (e.g. Norman coefficient) and modular design.


Область наук:
  • Будівництво та архітектура
  • Рік видавництва: 2020
    Журнал: Праці Криловського державного наукового центру
    Наукова стаття на тему 'ПРОБЛЕМИ ТЕОРІЇ ПРОЕКТУВАННЯ СУДЕН ТА ЇЇ ВИКЛАДАННЯ'

    Текст наукової роботи на тему «ПРОБЛЕМИ ТЕОРІЇ ПРОЕКТУВАННЯ СУДЕН ТА ЇЇ ВИКЛАДАННЯ»

    ?DOI: 10.24937 / 2542-2324-2020-1 ^ 4-137-141 УДК 629.5.01

    А.І. Гайковіч

    Санкт-Петербурзький державний морський технічний університет, Росія

    ПРОБЛЕМИ ТЕОРІЇ ПРОЕКТУВАННЯ СУДЕН ТА ЇЇ ВИКЛАДАННЯ

    Об'єкт і мета наукової роботи. Об'єктом статті є теорія проектування суден. Мета полягає в аналізі найбільш складних завдань теорії і методичних проблем, що виникають при навчанні їх вирішенню. Матеріали та методи. Використовувалися праці провідних фахівців в області проектування кораблів і суден, таких як В.Л. Поздюнін, Л.М. Ногід, В.М. Пашин та інші. Основним методом дослідження був системний аналіз існуючих проблем теорії проектування.

    Основні результати. Успіхи математичних наук і комп'ютеризація дозволяють переосмислити класичні задачі проектування суден як визначення головних розміреним, форму обводів, розробку загального розташування. З'явилася можливість вставити в навчальні курси завдання, які раніше були трудомісткими. Аналіз комп'ютерних експериментів дозволяє поглибити уявлення учнів про кораблі як про складну технічної системі. Висновок. Основними напрямками поглиблення теорії проектування представляються завдання, пов'язані із загальним розташуванням, місткістю, коефіцієнтами зворотного зв'язку типу коефіцієнта Нормана, модульного проектування.

    Ключові слова: теорія проектування суден, навчання, системний аналіз, загальне розташування, модульне проектування.

    Автори заявляють про відсутність можливих конфліктів інтересів.

    DOI: 10.24937 / 2542-2324-2020-1-S-I-137-141 УДК 629.5.01

    A. Gaikovich

    St. Petersburg State Marine Technical University, Russia

    SHIP DESIGN THEORY AND ITS TEACHING

    Object and purpose of research. This paper discusses ship design theory from a teacher's standpoint, analyzing the issues that might be very hard to properly explain to students.

    Materials and methods. This study relies on the findings of outstanding ship designers, such as V. Pozdyunin, L. Nogid, V. Pashin, and others, offering a system analysis of current challenges in ship design theory.

    Main results. Advances in mathematics and computers make it possible to rethink such classic problems of ship design as determination of main dimensions and hull lines, development of general arrangement, etc. Nowadays some practical ship design challenges that used to be tedious and time-consuming can be conveniently included to university curriculum. Analysing computer-based simulations, students can deepen their understanding of the ship as a complex technical system. Conclusion. At present, ship design theory could be deepened in terms of such practical tasks as general arrangement, capacity, feedback coefficients (e.g. Norman coefficient) and modular design.

    Keywords: ship design theory, teaching, system analysis, general arrangement, modular design. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.

    Для цитування: Гайковіч А.І. Проблеми теорії проектування суден і її викладання. Праці Криловського державного научнго центру. 2020; Спеціальний випуск 1: 137-141.

    For citations: Gaikovich A. Ship design theory and its teaching. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2020; Special Edition 1: 137-141 (in Russian).

    Фаза проектування займає близько 10% у вартості корабля і трудомісткості робіт по його реалізації в металі, а з урахуванням вартості комплектуючих ще менше. Однак ця фаза на 90% визначає ефективність корабля. Процес проектування повинен спиратися на міцну науково-методологічну базу, якою є теорія проектування кораблів і суден. Розвиток теорії проектування і методології її викладання - дві сторони однієї медалі.

    В останні десятиліття намітилися два основних напрямки в розвитку теорії проектування водоизмещающих судів і кораблів. Перше - конкретизація загальних положень теорії стосовно до окремих типів і класів судів і кораблів. Друге - розвиток власне теорії, її математичного апарату з урахуванням можливостей, які надає комп'ютеризація.

    Базою теорії проектування є системний аналіз і математичне програмування (теорія оптимізації). Теорія проектування завжди розглядалася як синтетична наукова дисципліна, яка спиралася на досягнення інших кораблебудівних дисциплін [1, 2]. Проектування корабля як елемента системи «Флот» спричинило за собою залучення нових наукових дисциплін для розробки власної методології теорії проектування (рис. 1).

    Мал. 1. Математичний апарат теорії проектування

    Fig. 1. Mathematical apparatus of ship design theory

    Комп'ютеризація в проектуванні змушує переглянути місце емпіричних формул в теорії. Емпіричні залежності теорії проектування завжди будуть затребувані як для перевірки правильності проміжних результатів, так і для простої демонстрації впливу параметрів проекту корабля на його властивості в процесі навчання. Крім того, створення досить деталізованих комп'ютерних моделей дозволяє отримувати нові емпіричні залежності шляхом статистичного моделювання, пов'язуючи вхідні параметри моделі з вихідними за допомогою простих формул.

    Найважливішим поняттям теорії проектування є прототип. Емпіричні залежності спираються на статистику характеристик побудованих судів. Причому статистика тим надійніше, чим більше суден увійшло в відповідну вибірку. Збільшення вибірки можливо лише за рахунок включення в неї судів попередніх років споруди. Це означає, що надійність формули забезпечується її консервативністю. Дане протиріччя можна подолати, якщо явно ввести в емпіричні залежності як параметр час. Однак тенденції розвитку техніки носять нелінійний і стрибкоподібний характер, тому проблема якості емпіричних формул трансформується в проблему методів науково-технічного прогнозування.

    У разі розробки проекту корабля або судна принципово нової концепції потрібне створення промальовування схеми загального розташування майбутнього проекту. На сьогоднішній день розділ, пов'язаний з проблемою промальовування, в теорії проектування відсутня. Складність полягає в тому, що при створенні схеми загального розташування необхідно вирішувати не стільки кількісні, скільки якісні завдання. Можливим підходом до вирішення подібних важко формалізованих завдань є застосування методів штучного інтелекту [3]. Однак використання такого апарату вимагає відповідних знань, якими сучасний студент кораблебудівного факультету не володіє.

    Весь комплекс проблем, пов'язаний із загальним розташуванням, вимагає розвитку методики навчання цього розділу теорії проектування. Сьогодні при розробці диплома загальне розташування просто «здирається» з прототипу без необхідних обґрунтувань. Слід навчати створенню «нульового» прототипу за допомогою прорісовок. Для цього потрібно про-

    Математична модель корабля

    Мал. 2. Приклад формування розмірних ланцюжків для визначення довжини корабля прорисовкой Fig. 2. Example of dimension chain development for drawing-based determination of ship length

    вести відповідні дослідження по створенню розмірних ланцюжків для поздовжнього розрізу проектованого корабля (рис. 2).

    Тісно з проблемою загального розташування пов'язано проектування кораблів і суден модульної конструкції (рис. 3) [4, 5]. Сутність впровадження модульних концепцій в суднобудування - забезпечення можливості комплектування кораблів різного архітектурно-конструктивного типу та різних розмірів з обмеженої кількості типових (або стандартних) конструктивних і функціональних модулів.

    Модульне проектування суден передбачає проектування не зроблено одиничного судна, а сімейства однорідних судів на основі спільності технічних рішень. З позицій теорії проектування застосування модульних принципів означає, що тра-

    Діціон структура рівнянь навантаження, місткості, остійності і т.д. перестає існувати, оскільки характеристики більшості підсистем корабля утворюють дискретні ряди і, отже, водотоннажність корабля, його головні розміри також стають дискретними.

    Традиційно основні кораблебудівні характеристики перебували методом послідовних наближень з включенням в його кроки оптимізаційних процедур. У разі модульного проектування пошук проектного рішення є переборну завдання великої розмірності, подібну грі в шахи. Шахова партія має на увазі наявність алгоритмів відсікання, що дозволяють зменшити дерево перебору за рахунок відмови від безперспективних ходів. У теорії проектування

    подібні Переборні завдання не розглядаються, алгоритми відсікання, що враховують специфіку завдання проектування корабля, не досліджені.

    Проблема місткості як альтернатива загального розташування на початкових стадіях проектування, також потребує додаткових дослідженнях. По суті, в курсі теорії проектування розглядається тільки один вид рівняння місткості - баланс обсягів у формі рівняння Ноги-да - Толоцкого [2]. Такий підхід виправданий, якщо мова йде про транспортні судах, де є домінуючий обсяг, навколо якого і будується судно. Рівняння В.Л. Поздюнін [6], будучи універсальним, є надзвичайно трудомістким в реалізації, оскільки немає надійного статистичного матеріалу по измерителям залежних обсягів.

    Для рибопромислових суден, бойових кораблів більш актуальним є баланс площ. Більш того, цей баланс повинен враховуватися окремо для корпусу і надбудов. Необхідні статистичні дослідження, які дозволили б отримати зв'язок між коефіцієнтами «насичення» палуб, платформ і ярусів з характеристиками розміщується обладнання та іншими елементами технічного завдання (для незалежних площ), а також головними розміреннями і коефіцієнтами повноти ватерліній для залежних площ. Виконання прорісовок по розмірним ланцюжках призводить до необхідності дослідження місткості як балансу габаритів. Це зближує методики проектування надводного корабля та підводного човна.

    Потребують переосмислення і класичні поняття теорії проектування. Коефіцієнт Нормана за водотоннажністю, з позицій теорії систем, є коефіцієнтом зворотного зв'язку, цілком аналогічним коефіцієнтом зворотного зв'язку в кібернетиці, що має ідентичне математичний вираз. Сенс коефіцієнта - оцінка впливу якостей підсистем на якість системи в цілому. Отже, подібні коефіцієнти зворотного зв'язку повинні існувати для всіх якостей корабля. Такий коефіцієнт для місткості отриманий Л.Г. Соколовим [7].

    Ввівши поняття передавальної функції як властивості елемента або підсистеми, а також аксіоми взаємодії між елементами системи в залежності від характеру зв'язків між ними (послідовне або паралельне з'єднання, а також з'єднання зі зворотним зв'язком), можна формально отримати вираз для коефіцієнта Норма-

    на 3]. Формальний висновок коефіцієнта Нормана дозволяє поставити важливе методологічний питання: чи можливий висновок основних рівнянь теорії проектування при опорі тільки на гіпотезу про структуру корабля як системи?

    Найважливішим завданням навчання курсу проектування суден є вироблення у студентів підходу до корабля як до складної системи. Наприклад, розглядаючи рівняння остійності [2], необхідно звернути увагу студентів на його зв'язку з іншими властивостями проекту:

    до "1 T a2 B _ H T

    B C 1 + 5 / a B р 5 T G T B

    де до * - нормована поперечна метацентрическая висота; kC, kp, aG - коефіцієнти емпіричних формул; 5, а - коефіцієнти повноти (загальний і конструктивної ватерлінії відповідно); В - ширина судна по конструктивної ватерлінії; Т - осаду при повній водотоннажності; Н - висота борту. Співвідношення H / T пов'язує дане рівняння з запасом плавучості і вимогою місткості.

    Потрібно повернути в курсове і дипломне проектування метод варіацій [2]. Цей метод ідеально підходить для навчання навичок системного аналізу і показує взаємовплив характеристик проекту друг на друга. Метод варіацій цілком доступний студенту навіть на рівні курсового проекту, легко вкладаючись в електронні таблиці Excel. На рис. 4 показаний результат навчанням оптимізації по минималь-

    DH03 10,6 10,4 10,2 10,0 9,8 9,6 9,4 9,2

    N = 7000 к.с.

    ^ \ ^ "N = 6500 к.с.

    k W \ \\ Оптимум

    / AW ^ A>V \ v -5 = 0,675

    / Г ..... ^ 5 = 0,700

    m = 2,0 м3 / т, - ' ">4 \ Л s N -, -5 = 0,725

    _ \ H = 0,15 4 ^^ ..... ІТЦ ^ Ч 1 - 5 = 0,750

    5,0

    5,5

    6,0

    Мал. 4. Графічна інтерпретація методу варіацій при оптимізації водотоннажності

    Fig. 4. Variation method for displacement optimization: graphical interpretation

    т

    I

    ному водотоннажності до вимог остійності, питомої вантажної кубатури і готівкового тіпоря-да головних двигунів при варіації коефіцієнта загальної повноти і відносної довжини.

    Наявність невирішених завдань, на думку автора, свідчить, що теорія проектування кораблів і суден на сучасному етапі - це динамічно розвивається наукова дисципліна. Теорія проектування не може навчити проектування, але як робочий інструмент визначає якість проекту.

    бібліографічний список

    1. Пашин В.М. Ще раз про роль і завдання теорії проектування суден // Суднобудування. 2012. № 2. С. 9-13.

    2. Ногід Л.М. Теорія проектування суден. Л .: Суд-промгіз, 1955. 480 с.

    3. Гайковіч А.І. Теорія проектування водоизмещающих-щих кораблів і суден. Т. 2. Аналіз і синтез системи «Корабель». СПб .: Морінтех, 2014. 819 с.

    4. Маров Б.Г. Особливості проектування та будівництва кораблів концепції MEKO / FES західнонімецької компанії BLOHM und VOSS / AG // Суднобудування за кордоном. 1984. № 11. C. 15-48.

    5. Захаров І.Г., Шляхтенко А.В. Корвети: концептуальне проектування. СПб: ТОВ «Береста», 2012. 228 с.

    6. Поздюнін В.Л. Теорія проектування суден. Ч. 1. Загальні питання проектування. Л.-М .: ОНТИ, 1935. 108 с.

    7. Соколов Л.Г. Застосування диференціальних методів при проектуванні місткості і основних елементів суховантажного судна // Праці ЦНИИМФ. 1961. Вип. 36. С. 69-76.

    References

    1. Pashm V. Once again about role and tasks of ship design theory // Sudostroyeniye (Shipbuilding), 2012. No. 2. P. 9-13 (in Russian).

    2. NogidL. The theory of ship design. Leningrad: Sudprom-giz, 1955. 480 pp. (In Russian).

    3. Gaikovich A. Theory of displacement ship design. Vol. 2. Analysis and synthesis of «Ship» system. St. Petersburg: Morintech, 2014. 819 pp. (In Russian).

    4. Marov B. Design and construction peculiarities of Blohm und Voss MAKO / FES ships // Sudostroyeniye za rubezhom (Naval Engineers Journal). 1984. No. 11. P. 15-48 (in Russian).

    5. Zakharov I., Shlyakhtenko A. Corvettes: conceptual design. St. Petersburg: Beresta LLC, 2012. 228 pp. (In Russian).

    6. Pozdyunin V. Ship design theory. Part 1. General design issues. Leningrad-Moscow: ONTI, 1935. 108 pp. (In Russian).

    7. Sokolov L. Application of differential methods in design of capacity and main elements for a cargo carrier // Transactions of TsNIIMF. 1961. Vol. 36. P. 69-76 (in Russian).

    Відомості про автора

    Гайковіч Олександр Йосипович, д.т.н., професор Санкт-Петербурзького державного морського технічного університету. Адреса: 190121, Росія, Санкт-Петербург, вул. Лоцманська, 3. Тел .: +7 (921) 922-22-05. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    About the author

    Gaikovich, Alexander I., Dr. Sci., (Eng), Prof., St. Petersburg State Marine Technical University. Address: 3, Lots-manskaya st., St. Petersburg, Russia, post code 190121. Tel .: +7 (921) 922-22-05. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    Надійшла / Received: 27.01.20 Прийнята до друку / Accepted: 05.02.20 © Гайковіч А.І., 2020


    Ключові слова: ТЕОРІЯ ПРОЕКТУВАННЯ СУДЕН / НАВЧАННЯ / СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ / ЗАГАЛЬНИЙ РОЗТАШУВАННЯ / МОДУЛЬНЕ ПРОЕКТУВАННЯ / SHIP DESIGN THEORY / TEACHING / SYSTEM ANALYSIS / GENERAL ARRANGEMENT / MODULAR DESIGN

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити