Россия выстроит собственную навигационную систему 3 страница

3.11. Недостатки метода проектирования судовых кабельных сетей

Основным принципиальным недостатком существующего метода проектирова­ния судовых кабельных сетей и технологии прокладки магистральных кабелей явля­ется отсутствие формальных правил разработки, элементов количественного анализа и численных критериев оценки качества разработки.

Фактически все действия на каждом этапе проектирования судовых кабельных сетей носят субъективный характер, т.к. принятие того или иного решения зависит от исполнителя, его квалификации, опыта, производственных навыков. Например, ва­рианты судовой кабельной сети, разработанные для одного и того же судна разными проектными организациями, отличаются номенклатурой кабелей, структурой судовой кабельной сети, стоимостными и весовыми характеристиками.

Недостатком метода можно считать то, что сфера деятельно­сти каждого разработчиках локализована и направлена на созда­ние одного или нескольких чертежей. Это приводит к значитель­ным трудностям согласования проектных решений и выявлению до­пущенных в процессе создания документов ошибок и неточностей.

Также процесс проектирования трудоемок, длителен, содержит много рутинной работы.

Многие из частных задач проектирования судовых кабельных сетей имеют следующие характерные свойства, благодаря которым их целесообразно решать с помощью ЭВM:

- решение задач, имеющих итерационный характер, состоит в выполнении однообразных логических и арифметических операций;

- в процессе решения задач часто изменяется информация и ограничения;

- объем исходной информации велик, сфера деятельности каждого разработчика локализована, поэтому получение решения вручную затруднительно.

4. Применение ЭВМ для проектирования судовой кабельной сети

4.1. Причины применения САПР судна

С целью повышения технологической обработки проектной документации и по­вышения производительности труда технологов активно разрабатыва­ются методы автоматизации проектирования кабельных сетей.

В целом для автоматизации проектирования сетей необходимо, во-первых, представить всю информацию о кабелях и соединяемых ими элементах электрооборудования в виде, пригодном для обработки на ЭВМ, во-вторых, принять метод поиска необходимых сечений элементов кабельной сети. На ЭВМ производится перебор всех возможных сочетаний, упомянутых элементов с тем, чтобы выбрать варианты сочетаний, удовлетворяющих заданным условиям и наложенным ограничениям.

В настоящее время разрабатываются два главных направления автоматизации:

- автоматизация составления технологических схем затяжки кабеля на основе спроектированной кабельной сети;

- автоматизация процесса проектирования кабельной сети в целом. Второе направление эффективнее, т.к. при его осуществлении проектанты освобождаются от множества ненужной работы. С помощью ЭВМ вся схема кабельной сети полагается в виде как бы промежуточного результата.

Комплекс задач по проектированию кабельной сети охватывают:

- разработку принципиальной схемы электрической сети;

- установление кабельных связей между элементами сети;

- расчет и выбор кабеля;

- разработку структуры кабельной сети, выбор маршрутов трасс;

- разделение совокупности кабелей на группы;

- определение мест подачи кабеля;

- установление последовательности затяжки кабелей в очереди;

- составление плана затяжки кабелей;

- расчет и выбор кабельных конструкций.

Основные принципы разработки, построения и использования САПР

- принятие оптимальных решений на всех стадиях проектиро­вания для всех эле­ментов;

- обеспечение максимальной технологичности рабочего про­екта с учетом особенностей завода-строителя;

- сокращение сроков проектирования и повышение качества выпускаемой доку­ментации;

- улучшение условий и создание предпосылок для роста производительности труда проектировщиков.

При создании САПР необходимо разработать алгоритмы и оп­ределить очередность решения конкретных задач, а также отра­ботать взаимодействие подразделений, как в организации-про­ектанте, так и между проектантом и заводом-изготовителем.

Подсистема проектирования электротехнической части явля­ется одной из наиболее сложных в САПР судна в силу целого ряда причин, основные из которых следующие:

- сложность формализации процесса выполнения многих расче­тов и принятия технических решений;

- наличие задач схемного характера;

- большое разнообразие типов задач, технических узлов из­делий;

- особенности расположения электрооборудования;

- взаимосвязь с техническими решениями, принимаемыми в других подсистемах.

САПР должна функционировать в режиме диалога, т.к. при решении ряда задач может возникнуть необходимость в получе­нии промежуточ­ных результатов или вне­сении изменений в ис­ходные данные или алгоритм решения с целью оперативного вме­шательства в процесс проектирования.

Имеющийся на предприятиях опыт, позволяет сделать следую­щие выводы:

- применение САПР приводит к замене эмпирических и гра­фических методов, используемых в расчетах и при разработке схем, аналитичес­кими. Такой переход уже сделан применительно к задачам прокладки, расчетов переходных процессов в СЭЭС и проектирования систем управления с обратными связями;

- при использовании САПР большинство рабочих конструк­торских и технологических документов выдаются в окончатель­ном виде почти одновременно, что усложняет взаимодействие между проектантом и заводом, особенно в период подготовки производства и установки насыщения в секциях;

- форма представления конструкторской и технологической документации должна быть переработана. Схемы, описания, спе­цификации, чертежи общего расположения по возможности необ­ходимо заменить таблицами.

Независимо от назна­чения в со­ставе САПР выделяют три части: функциональная, программное обеспе­чение и информационное обеспечение.

Функциональная часть САПР судна характеризует решение об­щих технических задач и включает следующие подсистемы, отно­сящиеся к электромонтажным работам:

- состав и расположение электрооборудования;

- проектирование судовых кабельных сетей;

- определение принципиальной технологии, трудоемкости, стоимости постройки и эксплуатационно-экономических показа­телей судна;

- технологическая подготовка производства.

Каждая подсистема представляет собой законченный элемент функциональной части САПР, в котором на основе математиче­ских моделей и алгоритма расчета решается цикл задач, фор­мируются исходные данные. Подсистемы функционируют как еди­ное целое. Между ними происходит взаимный обмен информаций.

Программное обеспечение включает базовое обеспечение ис­пользуе­мой ЭВМ и специальное обеспечение, которое состоит из пакетов программ для решения задач соответствующей подсис­темы и управленческих программ, обеспечивающих получение и использование необходимой информации в нужной последователь­ности.

Информационное обеспечение, которое строится на основе базы данных, содер­жит массивы информации, необходимые для решения задач. Информация может быть оперативной и постоян­ной. Кроме информации база данных содержит комплекс про­грамм, которые обеспечивают ввод данных, их контроль, поиск, обновление и др.

4.2. Подсистемы САПР электротехнической части судна

Для подсистемы "Состав и расположение электрооборудова­ния" пакеты программ расчетного характера в основном разра­ботаны. В частности имеются программы: расчет токов корот­кого замыкания с выбором автоматических выключателей, расчет переходных процессов СЭЭС, расчет весовой нагрузки по электрооборудо­ванию и кабелям. Кроме того, существуют специальные программы для составления ведомостей заказа и ряд других.

Типовая схема моделирования задач на ЭВМ представлена на рис.4.1.

Рис.4.1. Типовая схема моделирования задач на ЭВМ

Подсистема "Автоматизированное проектирование судовых ка­бельных сетей" (АПСКС) носит наиболее однородный характер. Она разработана достаточно полно и апробирована на практике. АПСКС предназначена для автоматизации проектирования, опти­мального решения задач формирования кабельных сетей и вы­пуска конструкторской и технологической документации. Функциональная часть системы АПСКС обеспечивает на стадии рабо­чего проектирования выполнение следующих основных операций: разра­ботка кабельных трасс судовых электрорадиосистем, расчет и выбор кабелей, их размещение, разработка технологий про­кладки кабелей, расчет и выбор элементов судовой кабельной сети и ее центра масс, планирование организационно-технологических мероприятий по монтажу кабельных сетей.

Одной из основных особенностей базы данных АПСКС является большой объем текстовой информации. Уплотнение такого рода информации постигается путем кодировки, обработки текстов, а также создание словаря и программы хранения.

По­сле­довательность ре­шений прикладных задач в подсистеме АПСКС изображена на рис.4.2.

Рис.4.2.Решение задач в подсистеме автоматизированное проектирование судовых кабельных сетей

Легкость доступа к информации достигается благодаря специальной иерархиче­ской структуре базы данных. Состав её поясняется на рис.4.3

Рис.4.3. Схема формирования исходной информации на базе данных АПСКС

Автоматизированная подсистема технологической подготовки электромонтажного производства (ТПэмП), схема которой изо­бражена на рис.4.4., должна решать задачи выбора оптималь­ной техноло­гии подготовительных работ в электромонтажном цехе, а также задачи планирования, организации производства и выпуска организационно-технологической документации.

На всех этапах построения автоматизированной системы важно выделить ее постоянную часть, которая не зависит от особенностей конкретного проекта, организации-проектанта, завода и переменную, отражающую эти особенности.

Рис.4.4. Схема автоматизированной подсистемы технологической подготовки электромонтажного производства

4.3. Программы САПР судна

4.3.1. Система проектирования TRIBON

TRIBON - семейство приложений, разработанных для исполь­зования в судостроительной промышленности. Определенные при­ложения скомпонованы вместе, чтобы создать решения TRIBON для любого клиента.

Система судостроения TRIBON охватывает полный процесс от концептуального проекта до реального воплощения в металл всех типов судов.

Семейство TRIBON - приложений состоит из:

Initial Design для создания начальной геометрии корпуса судна;

Work Preparation для определения стратегии строительства судна и создания (сбора) производственной информации;

Hull для проектирования главного корпуса;

Pipe для трубопроводов и проектирования вентиляции;

Components для обработки всего купленного сырья и состав­ляющих частей;

Equipment для определения всего оборудования в проекте;

General Design для составления обобщенного проекта;

Material для всех аспектов, связанных с покупкой материа­лов и расчетом материальных затрат.

Семейство TRIBON создано Kockums Computer Systems (KCS), все­мирным ведущим поставщиком информационных технологий для судострои­тельной промышленности. Системы KCS сегодня используются судостроителями, судоремонтниками, и проектными организациями и институтами во всем мире и множество судов разра­ботаны и построены с помощью этих систем.

Система общего проектирования TRIBON предназначена для выполнения конструкторских и чертежных работ. Она охватывает следующие области деятельности (в дальнейшем пойдет описание только электрической части системы TRIBON):

- выполнение чертежей двухмерных (2D) объектов. В ней пре­дусмотрены возможности, как для вычерчивания любых объек­тов, так и текстового их описания для последующего создания мате­матической модели на базе созданного описания, например, соз­дание ка­бельных журналов и инструкций по монтажу электрооборудования;

- моделирование трехмерных (3D) объектов. Имеется возмож­ность получать про­екции и сечения и использовать их для создания трех­мерных чертежей, например, схемы прокладки кабель­ных трасс.

Все эти возможности сведены в одну программу и отражены в одном меню Tribon Manager. Система TRIBON имеет уникальный подход к проектированию и созданию ин­формации для судостроительной промышленности. Этот подход сосредотачивает всю основную информацию о проекте и данные, о производстве не только в черте­жах, но и в трехмер­ных графических моделях. Главная особенность этого подхода - общая база данных, в которой сосредоточена вся информация об изделиях, приме­няемых в судостроении, например, кабели и электрооборудование.

База данных осуществляет интеграцию данных так, что новая информация немедленно становится доступной всем пользователям каждой специальности. Структура базы данных такова, что ин­формация может быть легко извлечена для целого проекта в со­ответствии с любым критериям выбора. С помощью системы TRIBON можно повысить эффективность судостроительной и судоремонтной промышленности, что в условия нынешнего времени и нашей страны очень эффективно. А огромная база данных позволяет вы­полнить работу любого заказчика.

4.3.2. Система проектирования FORAN

Краткий обзор

Система ФОРАН - программный продукт фирмы Sener (Испания) - это специализированная судостроительная система CAD/CAE/CIM- система, разработанная с применением единого подхода и единой базы данных, охватываю­щая полностью весь процесс проектирования и подготовки строительства судов и плавучих платформ.

Интересно отметить, что компания Sener создавалась в 1956 г. как специализированное проектное бюро, которое и по сей день продолжает успешно самостоятельно выполнять весь ком­плекс проектных работ по проектированию судов всех типов, применяя систему ФОРАН, первоначальная разработка и по­стоян­ное совершенствование которой осуществляется другим отделе­нием фир­мы. Компания Sener также занимается разработкой технических обоснованных в области судостроения, морского транспорта и эксплуатации морских ресур­сов. Она предоставляет по просьбе судостроительных предприятий необходимую им техниче­скую помощь, работает в области проектирования судостроитель­ных предприятий (проекты новых заводов или модернизация существующих).

Существует прямая и постоянная связь между про­ектным бюро Sener и отделением Sener, занимающимся разработкой CAD/CAM программ­ного обеспечения для судостроения - системой ФОРАН. Это обеспечива­ет, с одной стороны, постоянное отслеживание новых методов производства и новейших техно­логий в области судостроения, а с другой - имеется исключи­тельная возможность "внутреннего" апробирования постоянно развиваю­щейся системы до выхода ее оче­редной версии на судостроитель­ный рынок. В июле 1994 года фирма Sener получила Сертификат ISO 9001 для всех видов деятель­ности фирмы и ее рабочих цен­тров. Эта аттестация является официальным при­знанием факта соответствия самым жестким международным требованиям ка­че­ства.

Подтверждением признания преимуществ, предоставляемых системой ФОРАН, является тот факт, что на сегодняшний день система эксплуатируется более чем на 121 судостроительной верфи и в специализированных конструкторских бюро в 21 стране мира. В России и на Украине версия системы ФОРАН V30 успешно внедрена и эксплуатируется на АООТ Балтийский завод (Петербург), АО Kvaerner Vyborg Shipyard (Выборг), Северное про­ектно-конструкторское бюро, подписан контракт с Севмашпред­приятием (Северодвинск), ЦКБ Коралл (Севастополь), Черномор­ским Судостроительным заво­дом (Николаев). На ряде предприятий России и Украины до сих пор использу­ется 10-я версия системы, закупленная в 1979 по линии МинСуд­Прома СССР.

Система построена по модульному принципу, что позволяет выбирать соответствующую конфигурацию в каждом конкретном случае.

Во всех модулях системы применяется принцип топологиче­ского определения поверхностей, что позволяет вводить измене­ния и осуществлять необходимую модернизацию на любой стадии проектирования, а также сокращает потребности аппаратного и системного программного обеспечения.

Система имеет в своём составе модули, позволяющие генери­ровать сглаженные и согласованные обводы на основе задания основных размеров судна и набора ос­новных параметров, что яв­ляется оригинальной разработкой фирма Sener, не имею­щей дру­гих аналогов.

При разработке эскизных и технических проектов использу­ется единая трехмерная модель. Окончательная "производствен­ная” относится к полному судну и включает атрибуты, позволяю­щие получать информацию о судне в целом, так и об отдельных его системах, обеспечивая выпуск всей не­обходимой рабочей документации. Наличие проверки на несанкционированные пересече­ния в режиме on-line позволяет исправлять ошибки на начальных эта­пах проектирования и сокращать затраты на этапах строи­тельства.

Система ФОРАN обеспечивает передачу данных в стандартную базу данных ORACLE через SQL с генерацией отчетов для работы с другими независимыми приложениями, предоставляя информацию для других отделов и цехов судостроительного предприятия, та­кую, как контроль качества, управление материалов, планирование и контроль, и т.д.

В целом, благодаря функциональным возможностям, предос­тавляемым системой, затраты в чел/час на стадии проектирова­ния снижаются на 40% и на стадии строительства - на 15% при несравнимом повышении точности и надежности полученной инфор­мации. Система предоставляет возможность формирования отчетов и чертежей в соответствии с определяемыми пользователем уровнями сборочных единиц (детали, узлы, подсекции, секции). Па­кеты рабочей документации, ориентированны на конкретное предприятие - пользователь системы, генерируются, автоматизиро­вано прямо из трехмерной модели, включая входные данные для специализированного производственного оборудования верфи, для станков с ЧПУ, роботов и т.д.

Система проектирования FORAN включает е себя следующие подсистемы:

"Корпусные конструкции”;

"Системы и оборудование";

"Общее проектирование";

"Электричество";

“Достройка".

Мы рассмотрим только подсистему "Электричество".

Проектирование в электротехнической части.

Подсистема "Электричество” является интегрированным при­ложением назначе­ние, которого является охват наиболее важных аспектов проектирование и изготов­ления электрических систем как судовых, так и общего назначения. Приложение поддерживается базой данных FORANa, пользова­тельским интерфейсом и всеми средствами трехмерной модели, что обеспечивает очень тесную интеграцию и пол­ную совмес­тимость с другими подсистемами FORANа. Подсистема "Электричество", состоящая из трех модулей “Elink”, Epower" и "Eroute", способна среди прочих, выполнять следующие задачи:

- определение электрооборудования или назначение электриче­ских данных эле­ментам оборудования, ранее определен­ных в модулях насыщения;

- размещение элементов оборудования в трехмерной модели;

- определение клеммных коробок и точек на оборудовании.

- создание каталогов, содержащих характеристики кабелей управления, прибор­ных силовых и осветительных;

- привязка кабельных жил или перемычек к клеммным точкам оборудования на обоих концах кабеля, и автоматическая генера­ция таблиц соединений (программа гарантирует, что процесс со­гласован);

- определение маршрутов прокладки кабелей в трехмерной модели (все средства трехмерной визуализации корпусных конст­рукций и элементов насыщения, а также определение несанкцио­нированных пересечений в режиме on-line);

- определение условий для каждого участка маршрута про­кладки кабелей, таких как размеры и число уровней, проходящих по одному участку, определение разре­шенного количества слоев в одном желобе, допустимой плотности кабелей и допус­тимых ти­пов кабелей, проходящих в каждом из уровней;

- прокладка кабелей в соответствии с маршрутами (предусмот­рены различные режимы прокладки - полностью автома­тический, полу­автоматический, ручной);

- автоматическое получение маршрутной документации, такой как перечни кабе­лей, на каждом сегменте и чертежи прокладки кабелей (включена информация о длине кабеля, весе и центре тяжести);

- создание трехмерной модели кабельных желобов в соответст­вии с геометрией маршрутов и условий прокладки.

Модуль Elink

Задачей этого модуля является задание кабелей и подсоединение электрического оборудования с их помощью.

Любой элемент, подсоединяемый к электросети, может быть определен как электрическое оборудование. Оборудование созданное в подсистеме "Системы и оборудование" также может считаться электрическим, если ему припи­сан соответствующий статус.

Задание кабеля проводится посредством каталогов. Кабельные каталоги содержат информацию о видах и основных характеристиках кабелей, которые могут быть найдены на рынке.

Каталоги организовываются в кабельные спецификации. Каждая спецификация на кабели соотносится с каждым типом закупаемого кабеля. Определяется распреде­ление жил и защитных изолирующих материалов, указывается стандартное обозна­чение.

Для каждого семейства кабелей может быть составлена таблица сечений. Такая таблица содержит некоторые механические и электрические свойства каждого воз­можного сечения. Кабели могут быть определены поштучно и как группа, если они соеди­няют одно и то же оборудование.

Описание подключений требует выбора соединительных точек на терминальной панели каждого оборудования, и определения жилы подсоединяемого кабеля. Должны определяться соединительные жилы в соответствующих контактных колод­ках.

Выходной информацией являются листы подключений и соответствую­щие им спецификации генерируются автоматически.

Модуль Epower. Однопроводные электрические схемы

Модуль создает двухмерную графическую поддержку для описания кабелей электрического оборудования. Процесс полностью интегрирован с подсистемой.

Такие электрические диаграммы - это начальные точки для всей работы по про­ектированию электрических систем. Иерархия электрооборудования и размещения силовых осветительных кабелей основываются на таких схемах.

Схема электрических соединений.

Представляет собой альтернативу листу подключений (из модуля Elink). Созда­ние таких листов должно проводиться на основе схем электрических соединений (контактные колодки, состав кабелей, соединительных проводов, множественных соединений и т.д.).

Электрические расчеты.

Модуль проводит следующие виды расчетов:

Допустимого падения напряжения;

Нагрев кабеля при нормальных условиях;

Нагрев кабеля при коротком замыкании.

Данные о кабелях автоматически берутся из Базы Данных. Если кабель проложен, длина его автоматически берется из его маршрута.

Модуль Eroute. Маршруты кабелей

Пользователь может выполнять следующие операции:

- размещать электрическое оборудование;

- прокладывать кабели. Процесс может быть автоматическим, полуавтоматическим и ручным;

- моделировать кабельные желоба;

- проводить маршрутизацию кабелей или создавать функцио­нальную схему.

Маршрутный лист (путь прокладки) - это графическое изо­бражение нескольких ветвей трасс кабелей. Кабельные трассы состоят из узлов и соединительных линий (перемычек). Положе­ние узлов может определяться положением оборудования, мес­тами разветвлений кабеля или изменением его направле­ния, любой другой вспомо­гательной геометрией.

Существуют три различных типа узлов; соединенные с обору­дованием, узлы прохождения и узлы разветвления (поворота, пе­ресечения). Первые два вида могут быть присвоены электриче­скому оборудованию.

Каждой соединительной линии (между двумя узлами) могут быть приписаны определенные свойства, включая количество слоев и допустимое количество кабелей. При прокладке кабелей посредством кабельных трасс, поль­зователь может выбрать тип прокладывания:

- автоматический. Указывается начальная и конечная точки (узлы) система авто­матически прокладывает кабель кратчайшим путем;

- полуавтоматический. Указываются обязательные и "запрещен­ные" узлы. Система автоматически прокладывает кабеля кратчайшим путем, но с учетом заданных условий;

- ручной. Все узлы, через которые должен пройти кабель ука­зываются вручную.

Когда кабель проложен, то система автоматически рассчиты­вает его вес, длину, центр тяжести и состав. Любые изменения, вносимые в маршрут кабеля, автоматиче­ски обновляют результаты. Программа автоматически проверяет правильность про­кладки ка­беля, проверяя, проложен ли кабель в соответствии с его свой­ствами и про­ектными условиями.

Кабельные желоба моделируются в соответствии с типом ка­беля и желобом, предварительно заданным для каждой соедини­тельной линии функциональной схемы.

Несанкционированные пересечения контролируются в режиме реального времени в момент моделирования кабельных лотков, что помотает избежать ошибок при монтаже и изготовлении. Учи­тываются два вида пересечений – жесткие и мягкие.

4.3.3. Себестоимость судостроения

Судостроение признано приоритетной отраслью машинострое­ния. К сожалению, сегодня судостроение переживает не лучшие времена. Его спасением, сохранением и развитием занимаются на самом высоком правительственном уровне. Правительством ак­тивно разрабатывается законодательное поле для судостроения, маркетинговые службы судостроительных заводов постоянно ведут поиск заказчиков, однако сегодня загрузка судостроительных заводов далека от оптимальной. Анализ сложившейся ситуации выполнен в национальной программе развития судостроения, раз­работанной Министерством промышленной политики по поручению Президента. Головной разработчик программы ОАО "ЦКБ "Шхуна".

Рассмотрим изменение численности работающих на судострои­тельных предприятиях Украины (в эквиваленте полной занятости) по годам, а также выпуск судов за этот период. Данные приве­дены в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

В 1997 году показатель выработки на одного работающего в судостроении некоторых европейских стран приведен в табл. 4.2.

Таблица 4.2.

Как известно, стоимость судна складывается в основном из стоимости материалов и оборудования, а также стоимости труда. В различных странах стоимость труда оценивается по-разному, однако стоимость комплектующего оборудования и мате­риалов практически близка. Таким образом, стоимость ра­бочей силы является косвенным показателем себестоимости строитель­ства суд­на,в данной стране. Рассмотрим эти затраты на примере стоимости строительства танкера, дедвейтом 28,8 тыс. т (ва­ловая регистровая вместимость — 21.6 тыс. брт). Трудозатраты на строительство такого судна в различных странахприведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3..Трудозатраты на строительство танкера дедвейтом 28,8 тыс. т.

Средняя стоимость комплектующего оборудования и материалов для танкера дедвейтом 28,8тыс. т — 20 млн. долларов США. В развитых странах соотношение между стоимостью трудозатрат и накладными расходами в сред­нем составляет 1:1. Для Украины это соотношение необходимо принять как 1:2. Исходя из этого, в таблице 4.4 представлена оценка средней себестоимости строительства танкера дедвейтом 28,8тыс. т. в различных странах.