Разработка и оптимизация судового машиностроительного оборудования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, доктор технических наук Суслов, Валерий Федорович

• Суслов, Валерий Федорович
• доктор технических наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор технических наук Суслов, Валерий Федорович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДОВОГО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И МЕХАНИЗМОВ.

1.1. Палубные механизмы.

1.1.1. Якорно-швартовные механизмы.

1.1.2. Буксирные лебедки.

1.2. Устройства управления направлением движения судна.

1.2.1. Рулевые машины.

1.2.2. Приводы успокоителей качки.

1.2.3. Подруливающие устройства (ПУ).

1.3. Грузоподъемные механизмы.

1.3.1. Грузоподъемные устройства.

1.3.2. Судовые краны.

1.4. Комплексы корабельных устройств и механизмов.

1.4.1. Комплексы устройств передачи сухих и. жидких грузов между кораблями в море на ходу.

1.4.2. .Комплекс устройств для транспортировки вертолета на палубе корабля.

1.4.3. Комплекс машин и устройств для взлета и посадки самолетов. на палубу авианесущего корабля.

1.5. Особенности работы и требования к основным типам судовых механизмов.

1.5.1. Требования к характеристикам рулевых, якорных, швартовных и буксирных устройств.

1.5.2. Особенности работы грузовых устройств и требования к их характеристикам.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СУДОВОГО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

2.1. Якорно-швартовные механизмы.

2.1.1. Оснащение отечественного флота судовыми лебедками и якорно-швартовными механизмами.

2.1.2. Якорно-швартовные шпили с электрическим и электро-гидравлическим приводом.

2.1.3. Типоразмерный ряд швартовных безбаллерных шпилей.

2.1.4. Лебедки швартовные автоматические и неавтоматические.

2.1.5. Брашпилъные приставки.

2.2. Рулевые машины, приводы успокоителей качки и подруливающих устройств.

2.2.1. Перспективы развития отечественных рулевых машин для судов морского флота и кораблей ВМФ.!.

2.2.2. Адаптация отечественных рулевых машин к зарубежным системам управления.

2.2.3. Развитие приводов отечественных успокоителей качки.

2.3. Судовые грузоподъемные механизмы.

2.3.1. Совершенствование технических характеристик и эксплуатационных качеств судовых электрогидравлических кранов общего назначения.

2.3.2. Судовые вспомогательные краны.

2.3.3. Разработка комбинированных кран-балок для обеспечения спуска-подъема шлюпок, спасательных плотов и грузов различного назначения.

2.3.4. Типоразмерный ряд кранов. манипуляторов со складыва-ющейся стрелой.

2.3.5. Универсальный судовой кран.

2.3.6. Кран-трап для пожарно-спасательных судов.

2.3.7. Специальные судовые краны для работы в условиях волнения моря.

2.4. Комплексы корабельных устройств и механизмов.

2.4.1. Комплексы устройств передачи сухих и жидких грузов между кораблями в море на ходу.

2.4.2. О возможности моделирования судовых канатных дорог.

2.4.2.1. Основные уравнения.

2.4.2.2. Уравнения движения системы движения СКД в безразмерной форме.

2.4.2.3. Основные параметры модели СКД.

2.4.3. Комплекс устройств для транспортировки вертолета на палубе корабля.

2.4.4. Комплекс машин и устройств для взлета и посадки самолетов. на палубу авианесущего корабля.

2.4.4.1 Аэрофинишер.

2.4.4.2. Математическое моделирование основных функций аэрофинишера.

2.4.4.3. Описание модели клапана управления.

2.4.4.4 Паровая катапульта.

ГЛАВА 3 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ СУДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

3.1. Формулирование целей и задач оптимизационного исследования.

3.2. Выбор типовых представителей судового оборудования для отработки методик оптимизации

3.3. Анализ состава разработок ипостановка задачи оптимизационного исследования.

ГЛАВА 4 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ.

4.1. Анализ сложных технических систем и обоснование критериев эффективности объектов и оборудования морской техники.

4.2. Согласованная системная оптимизация судового машиностроительного оборудования.

4.3. Модели экономического анализа объектов морской техники.

4.4. Методы комплексной оценки качества изделий.

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ДЛЯ СОГЛАСОВАННОЙ СИСТЕМНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ СУДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

5.1. Использование согласованного критерия эффективности для сравнительной оценки качества судового машиностроительного оборудования.

5.2. Выражение для согласованного критерия эффективности.

5.3. Понятие о сухой, рабочей и полной массе судового оборудования.

5.4. Качественный и количественный анализ связей совокупности контролируемых параметров с показателями качества судового оборудования.

5.5. Методика определения локального критерия эффективности.

5.6. Методика определения системной поправки к значению критерия эффективности.

5.7Применение стандартного программного обеспечения для расчета составляющих согласованного критерия эффективности.

5.8 Разработка математической модели для расчета согласованного критерия эффективности судового машиностроительного оборудования.

ГЛАВА 6 АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СУДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

6.1. Алгоритм расчета грузовых электрических лебедок.

6.2. Алгоритм расчета судовых электрогидравлических подъемных кранов.

6.3. Моделирование электрогидравлических рулевых машин.

6.4. Модели поиска оптимальных решений.

ГЛАВА 7 ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПО СУДОВОМУ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМУ ОБОРУДОВАНИЮ.

7.1. Методика применения программного обеспечения и баз данных при проведении оптимизационных исследований судового оборудования.

7.2. Применение средств визуального проектирования для анализа согласованной эффективности судового оборудования.

7.3. Оптимизация судовых грузовых лебедок.

7.4. Анализ эффективности технических решений по судовым электрогидравлическим подъемным кранам.

7.5. Анализ эффективности систем траверзной передачи грузов в море.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и оптимизация судового машиностроительного оборудования»

Гражданские суда и корабли ВМФ - это одни из наиболее сложных инженерных сооружений, которые создало человечество за период своего исторического развития. Они включают в свой состав большое число разнообразных механизмов, оборудования, систем и комплексов, обеспечивающих выполнение задач, стоящих перед судном или кораблем.

В судовом оборудовании протекают сложные физические процессы, не поддающиеся в полной мере теоретическому описанию. Именно поэтому создание новых образцов судовой техники сопровождается трудоемкими исследованиями на моделях, опытных и головных образцах и требует значительных периодов времени - нередко достигающих трех - пяти и более лет.

Несмотря на указанные трудности, практически возможно создавать суда и корабли и за более короткие сроки. Такая возможность существует за счет создания комплектующего оборудования заранее - до начала проектирования кораблей и судов.

Характерной особенностью современного этапа развития мировой цивилизации является стремительная глобализация явлений и процессов, происходящая в различных сферах деятельности человека. Производства становятся взаимоувязанными и взаимообусловленными.

Современный этап развития информационных технологий представляет возможности для углубления глобализации процессов производства судового оборудования, например, средствами информационных сетей, и для налаживания взаимодействия между Потребителем и поставщиком. Последняя проблема может быть решена как традиционными Средствами вычислительной техники и программирования, так и продвинутыми в последние годы методами оптимизации и визуального проектирования. Наряду с взаимодействием в мировых производствах имеет место жесткая конкуренция. Широкое открытие отечественных границ доступу зарубежных товаров и услуг, отсутствие достаточной поддержки отечественных производителей, ставит наши производства в худшие условия по сравнению С зарубежными поставщиками.

В этих условиях выживание и развитие высокотехнологичных производств возможно только за счет полного использования возможностей повышения эффективности производимого оборудования, прежде всего за счет всех технического совершенствования, согласования характеристик оборудования с характеристиками объектов, включающих данное оборудование.

Именно эти проблемы явились основанием для выполнения настоящей работы, посвященной оптимизации судового машиностроительного оборудования и систем морской техники. Термин " оптимизация" в последнее время утратил присущую ему ранее четкость. Сейчас под оптимизацией понимают любое, подчас незначительное, улучшение проектируемого объекта, нередко Относительное и неоднозначное. Поэтому в работе определяются те аспекты оптимизации судового оборудования, которые предполагается развить, а именно, техническое совершенствование изделий с отслеживанием как положительных, так и отрицательных факторов применяемых новаций, применение технико -экономических методов оптимизации сложных технических систем, включающих проектируемые объекты в качестве элементов и подсистем, и использования этих методов в процессе опережающего проектирования судового машиностроительного оборудования. В области оптимизации судов эти методы успешно развиты В.М. Пашиным.

В процессе внедрения системных методов в оптимизацию судового оборудования возникает масса проблем, три основополагающие из которых определены во введении. Это проблемы достоверности и информативности критериев эффективности и проблема разрыва во времени между созданием и применением Судового машиностроительного оборудования.

Последняя проблема вполне очевидна и заключается в том, что создание серийных образцов изделий судового машиностроения требует значительного периода времени для исследований, проектирования, изготовления и испытания образцов, организации производства. В этих условиях разрабатываемые модели системной оптимизации позволяют определить наиболее перспективные образцы, сконцентрировать на них имеющиеся резервы и продвигать их, доводя до инновационного уровня с последующим возвратом вложенных средств. При определении характеристик перспективных образцов помогают государственные и отраслевые стандарты.

В процессе опережающего системного проектирования судового оборудования оптимизироваться должны не только проектируемые образцы, но и те суда и другие объекты морской техники, на которых проектируемое оборудование будет применено. Существует неопределенность в характеристиках этих объектов, вызванная разрывом во времени, обозначенным выше, а также периодом последующего использования оборудования. В этом направлении помогают перспективные сетки типоразмеров судов, анализ текущего состояния и тенденций создания объектов морской техники, а также разработка типо-размерных рядов оборудования с главными параметрами, изменяющимися по определенной закономерности, в частности на основе рядов Ренара.

К неопределенности характеристик объектов верхнего иерархического уровня добавляется значительная погрешность прогнозирования их технико-экономических характеристик и незначительный вклад проектируемого оборудования в состав эффективности систем верхнего уровня иерархии. Превышение погрешности определения глобальных критериев эффективности над приращением этого критерия от применения проектируемого объекта, лишает возможности прямого применения этих критериев для оптимизации судового оборудования.

Ведущим отечественным производителем судового машиностроительного оборудования является ОАО "Пролетарский завод". Этим предприятием производится широкий спектр рулевых и якорно-швартовных машин, грузоподъемных механизмов с обширной областью применения, в том числе для передачи грузов в море, устройств водоподготов-ки, значительное количество судовых и корабельных машин, механизмов, устройств и систем, а также их компонентов, значительное количество типов конверсионного оборудования, ряд типов лицензионного оборудования и компонентов. Большинство перечисленного оборудования разработано научным и проектным центром ОАО "Пролетарский завод" - ЗАО "ЦНИИ судового машиностроения" (ЦНИИ СМ),- созданного в 1970г на базе ЦКБ Пролетарского завода. В значительной мере материал настоящей работы построен на опыте, накопленном ЦНИИ СМ за более чем тридцать лет своей работы.

Основной целью диссертации является обоснование и разработка основных направлений совершенствования и повышения качества судового машиностроительного оборудования.

В качестве методической основы решения этой проблемы принят системный подход, при котором объекты исследований рассматриваются как часть весьма сложной системы-судна, которая в свою очередь является объектом проектирования, производства и эксплуатации.

В итоге получены следующие основные научные результаты:

1.Проведен анализ судового машиностроительного оборудования и механизмов. По функциональному признаку выделены для исследования следующие группы судового оборудования:

-палубные механизмы: якорно-швартовные шпили и брашпили, лебедки всех типов и назначений;

-устройства управления направлением движения судна: рулевые машины, приводы подруливающих устройств, силовые приводы успокоителей качки;

-грузоподъемные механизмы: стреловые устройства, судовые краны, кран-балки: кран-манипуляторы, мостовые краны машинных отделений;

-комплексы корабельных устройств: устройства для приема и передачи сухих и жидких грузов в море на ходу, комплексы устройств для приема летательных аппаратов на палубу корабля.

2.Рассмотрены особенности работы и требования к характеристикам основных типов судовых механизмов.

Показаны технические предложения по совершенствованию якорно-швартовных механизмов, рулевых машин, приводов успокоителей качки, судовых электрогидравлических кранов общего и специального назначения.

Разработан универсальный судовой палубный кран, обеспечивающий как выполнение обычных погрузо-разгрузочных операций, так и передачу грузов траверзным способом с судна на судно или на стационарный объект в условиях волнения моря.

3.Представлены различные схемы передачи грузов в море на ходу, среди них наиболее популярные системы траверзной передачи грузов, обеспечивающие передачу не только сухих и жидких грузов, но и передачу на принимающее судно людей сменных команд экипажей и др. Приведены основные управления динамики судовых канатных дорог (СКД) безразмерной форме. Определены основные параметры модели СКД, позволяющие распространить результаты моделирования на натурные условия.

4.Предложена оригинальная конструкция устройства для транспортировки вертолета по палубе корабля. В ее основу заложен принцип обеспечения синхронной работы гидравлических лебедок с постоянным натяжением тросов, сохранением неизменного расчетного усилия в тянущем тросе, варьированием усилия в тормозном тросе в зависимости от условий качки и ветровой нагрузки. Устройство автоматически реагирует на внешние вращающие воздействия качки и ветра, не допускает провисания тросов и, как следствие, рывков и неравномерности движения транспортируемого объекта на палубе корабля.

5.Приведены технические решения по созданию тросового аэрофинишера, предназначенного для использования на современных авианесущих кораблях с целью эффективного сокращения длины пробега и торможения палубных летательных аппаратов при их посадке на полетную палубу корабля с высокой посадочной скоростью. Разработаны математические модели основных элементов гидравлической системы аэрофинишера, позволяющие определить функциональные и конструктивные параметры основных узлов аэрофинишера в зависимости от характеристик летательных аппаратов.

6. Для решения задач оптимизации судового машиностроительного оборудования обосновано построение критериев эффективности проектируемых объектов и доказательное принятие технических решений, оптимизирующих сложную техническую систему в целом, а не объект проектирования в ущерб сложной системе. В процессе обоснования параметров объектов морской техники использованы критерии эффективности трех типов - локальные, глобальные и согласованные. Первые рассчитываются на уровне объекта проектирования. Эти критерии эффективности могут найти применение в случае, если системно-важные параметры объекта проектирования, оказывающие влияние на характеристики других объектов входящих в состав сложной технической системы, остаются неизменными или их изменение пренебрежимо мало. В качестве локального критерия экономической эффективности судового оборудования может быть использована полная совокупность затрат, связанная с эксплуатацией этого оборудования, находящая свое выражение в форме приведенных затрат по оптимизируемому оборудованию. В случае изменения в процессе проектирования оборудования его системно-важных параметров, например, массы, габаритов или затрат топлива, локальный критерий эффективности не обеспечивает достоверной оптимизации объекта верхнего уровня - транспортного судна.

7. Показано, что при помощи глобальных критериев могут обосновываться лишь крупные технические решения, изменения которых приводят к изменениям критерия большим, чем погрешность его определения. На разных стадиях проектирования судна эта погрешность различна, особенно она велика на ранних стадиях, в том числе при обосновании типоразмерных рядов и проектировании типоразмеров судового оборудования. Учитывая, что на этих этапах стоимость судна определяется с погрешностью до ± 30%, в этот доверительный интервал укладывается любое техническое решение по судовому оборудованию. Можно сделать вывод о неприменимости глобальных критериев, рассчитываемых по объекту верхнего уровня, для оптимизации технических решений по судовому оборудованию.

8. Для обоснования решений по таким объектам предложено применение согласованных критериев эффективности, являющихся приложением к данной проблеме метода системного анализа. В первоисточниках эти критерии носят название локальных, чем подчеркивается, что они рассчитываются на уровне оптимизируемого объекта. В данной работе предлагается использовать для них наименование "согласованных критериев", поскольку к собственно локальным критериям, рассчитываемым исключительно по параметрам объекта проектирования, вводится согласующая поправка, учитывающая дифференциальные характеристики объекта верхнего иерархического уровня и позволяющая определить полный вклад проектируемого объекта в значение глобального критерия с учетом влияния данного объекта через изменение его системно-важных параметров, как прямо на сложную систему в целом, так и опосредствованно через его влияние на прочие элементы сложной системы. Получено аналитическое выражение для такого приращения, основанное на замене частных производных глобального критерия эффективности по системно-важным параметрам на значение дифференциала, вычисляемого в базовой точке. Устранение из рассмотрения большей части подсистем судна, не изменяющихся от применения рассматриваемого технического решения и в то же время создающих основную долю погрешности, позволяет существенно увеличить достоверность выбора решений оптимизирующих судно. Согласованный критерий обладает достаточной информативностью - комплексным свойством объективности и достоверности, позволяющим проводить оптимизацию технических решений, не обладающих требуемым уровнем значимости (величиной приращения эффективности) по сравнению с погрешностью определения глобального критерия на ранних стадиях проектирования судов.

9. Рассмотрены способы оценки влияния показателей качества судового оборудования, устройств и систем на показатели эффективности морских транспортных судов, оснащаемых этим оборудованием. Применение согласованного критерия эффективности способно обеспечить требуемый уровень информативности при оптимизации судового машиностроительного оборудования при его опережающем проектировании. Предложены аналитические методы определения комплексных показателей качества оборудования в виде локальных критериев и системных поправок. Получены зависимости для составляющих согласованного критерия в функции системно-важных показателей качества и технических параметров судового оборудования. Предложены алгоритмы для обоснования технических решений по судовому оборудованию.

10. Установлено, что избранная для анализа совокупность представителей судового машиностроительного оборудования - судовые подъемно-транспортные машины и палубные механизмы при всем их разнообразии по существу идентичны по своей структуре, функциям и составу оборудования. Во всех них в том или ином варианте повторяется грузовая лебедка с приводом, соединительными устройствами, передачей, тормозными устройствами, грузоподъемным механизмом - барабаном, звездочкой или турачкой, тросом, шкентелем или цепью, системой блоков. Методика их проектирования в основе едина с частными вариациями относительно режима работы и диапазонов рекомендуемых значений параметров. Таким образом, разработка методики оптимизации одного типа оборудования - грузовых лебедок охватывает большую группу оборудования - кранов всех типов и назначений, буксирных устройств, рыбопромысловых механизмов, якорно-швартовных машин, лебедок всех назначений.

11. Показано, что важнейшим фактором проектирования судового оборудования является стандартизация конструкций, материалов, узлов, элементов судовых устройств, изделий конечного уровня, поскольку в процессе проектирования грузовых лебедок и других подобных им элементов судовых устройств происходит варьирование совокупности контролируемых параметров, в том числе конструктивной схемы, типов и типоразмеров приводных двигателей, конструктивных элементов, соединений, опорных узлов, передач мощности, материалов, способов обработки, взаимного расположения и компоновки и др.

12. Доказано, что достижение экстремума функции цели возможно только комплексное -компромиссное, характерное для каждого конкретного сочетания внешних факторов. В связи с опережающим проектированием судового оборудования оценка его оптимальных параметров производится с учетом типоразмеров судов перспективной постройки. В процессе же выбора типоразмера машины для вновь проектируемого судна оценивается эффективность существующих типоразмеров, планируется возможное изменение цены в зависимости от показателей качества оборудования, реализуемого на данном судне, и рассматриваются возможные изменения комплектации с учетом типорядов комплектующего оборудования машин.

13. Разработанные алгоритмы анализа расчета согласованной эффективности реализованы в виде программного обеспечения оптимизации судового машиностроительного оборудования и систем. Модель обеспечивает сравнение вариантов судового оборудования, отличающихся анализируемыми техническими решениями, с достаточной достоверностью и информативностью.

Учитывая широкий спектр номенклатуры судового машиностроительного оборудования, модель согласованной оптимизации разрабатывалась как универсальная - инвариантная к виду и типу проектируемого оборудования. Особенности должны учитываться при разработке моделей проектирования конкретного оборудования, которые, очевидно, специфичны. Подобные модели должны обеспечить выработку численных значений технических характеристик, входящих в состав показателя качества анализируемого оборудования и определяющих эффективность функционирования оборудования в составе судна.

14. В качестве критерия согласованной системной эффективности судового оборудования разработанная модель использует величину дополнительно получаемой прибыли от эксплуатации судна, оборудованного анализируемым оборудованием по сравнению с этим же судном с базовым вариантом оборудования. Дополнительная прибыль может быть получена от экономии расходов по оборудованию, включая плату за пользование капиталом в размере стоимости оборудования и расходов энергии на функционирование оборудования. Кроме этого прибыль может быть получена от изменения годового объема транспортной работы судна вследствие изменения системно-важных параметров оборудования.

15. Установлено, что дополнительная прибыль - основной критерий эффективности. При получении его положительного значения прибыль увеличивается. Однако в тех случаях, когда увеличивается первоначальная стоимость оборудования, следует проанализировать эффективность использования дополнительных капитальных вложений. Для реализации такой возможности модель обеспечивает вычисление нормы прибыли -выраженного в процентах отношения годовой прибыли к дополнительным капитальным вложениям.

Объективная оценка эффективности судового оборудования и систем обеспечивается одновременным анализом двух выражений эффективности. При получении дополнительной прибыли следует оценить объем этой прибыли, сравнить его с дополнительными капитальными вложениями и установить период их окупаемости.

16. Разработаны реализации методики анализа согласованной эффективности в среде WINDOWS - приложения, обеспечивающего дополнительные возможности -визуализацию процесса проектирования. В качестве примера применения средств визуализации выполнено исследование влияния скорости подъема груза на согласованную эффективность грузовой системы сухогрузного судна. Применение визуальных моделей позволяет облегчить проведение исследований влияния изменения параметров судового машиностроительного оборудования на эффективность их применения на судах.

17. Разработаны модели проектирования принятой для анализа номенклатуры судового машиностроительного оборудования, в том числе грузовых лебедок с электроприводом, палубных кранов общего назначения с электро-гидро приводом основных механизмов, электро-гидроприводных рулевых машин плунжерного типа. Разработанные модели позволяют установить количественное влияние контролируемых при проектировании параметров на составляющие критериев согласованной системной эффективности.

18. С использованием разработанных моделей критериев эффективности и моделей проектируемого оборудования выполнены примеры расчетных исследований эффективности грузовых лебедок, электрогидравлических палубных подъемных кранов, систем траверзной передачи грузов в море на ходу судна, рулевых машин плунжерного типа.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Суслов, Валерий Федорович

Результаты работы модели САПР при TRGD = 0

Типоразмер ZC NEL VD BE GD LDR LMKO HRPR UDPZ ZRE

J=26 типоразмер ДВС L35MC 4 2600,0 13,91 0,1775 47,50 3,48 12,25 4,79 0,02835543 7,200

J=27 типоразмер ДВС S26MC 6 2400,0 13,54 0,1791 42,00 3,95 12,67 4,30 0,02814693 7,200 соответствует характеристике судна прототипа Л1; - WINT- тип движителя. WINT= 1 -применен винт фиксированного шага; - TCS - код наличия и типа ТКС - газовой турбины на выхлопных газах дизеля. ТКС =0 - ТКС отсутствует; - TWG - код наличия и тип валогенератора. TWG = 0 - валогенератор отсутствует; - IZVR- доступно ли изменение заданной скорости. Возможны два значения этой переменной: 0 - заданную скорость менять нельзя, 1 - возможна некоторая оптимизация скорости в пределах дополнительного запаса мощности одного цилиндра; - TRGD- выбран типоразмер цилиндра с J = TRGD. J - индекс типоразмера цилиндра из типоразмерного ряда B&W 2001 года МС фирмы MAN . В случае TRGD = 0 просматривается применение всех типоразмеров цилиндров из типоразмерного ряда. Если задано TRGD > 0, то расчет будет выполнен только для одного типоразмера, но подробный с полным анализом экономических характеристик судна и параметров рейса.

Заключение

1.Рассмотрены особенности работы и требование к характеристикам основных типов судовых механизмов, которые по функциональному признаку выделены в следующие группы судового оборудования:

-палубные механизмы: якорно-швартовные шпили и брашпили, лебедки всех типов и назначений;

-устройства управления направлением движения судна: рулевые машины, приводы подруливающих устройств, силовые приводы успокоителей качки!

-грузоподъемные механизмы: стреловые устройства, судовые краны, кран-балки, кран-манипуляторы, мостовые краны машинных отделений;

-комплексы корабельных устройств: устройства для приема и передачи сухих и жидких грузов в море на ходу, комплексы устройств для приема летательных аппаратов на палубе корабля. Рассмотрены особенности работы и требования к характеристикам основных типов судовых механизмов.

2.Показаны технические предложения по совершенствованию якорно-швартовных механизмов, рулевых машин, приводов успокоителей качки, судовых электрогидравлических кранов общего и специального назначения. Разработан универсальный судовой палубный кран, обеспечивающий как выполнение обычных погрузо-разгрузочных операций, так и передачу грузов траверсным способом с судна на судно или на стационарный объект в условиях волнения моря.

3.Пред ставлены различные схемы передачи грузов в море на ходу, среди них наиболее популярная система траверсной передачи грузов, обеспечивающий передачу не только сухих, жидких грузов, но их передачу на принимающее судно людей - сменных команд экипажей и др. Приведены основные управления динамики судовых канатных дорог (СКД) в безразмерной форме. Определены основные параметры модели СКД, позволяющая распространить результаты моделирования на натурные условия.

4.Предложена оригинальная конструкция устройства для транспортировки вертолета на палубе корабля. В ее основу заложен принцип обеспечения синхронной работы гидравлических лебедок с постоянным натяжением тросов, сохранением неизменного расчетного усилия в тянущем тросе, варьированием усилия в тормозном тросе в зависимости от условий качки и ветровой нагрузки. Устройство автоматически реагирует на внешние возмущающие воздействия качки и ветра, не допускает провисания тросов и, как следствие, рывков и неравномерности движения, транспортируемого объекта на палубе корабля.

5.Проведены технические решения по созданию тросового аэрофинишера, предназначенного для использования на современных авианесущих кораблях с целью эффективного сокращения длины пробега и торможения палубных летальных аппаратов при их посадке на полетную палубу корабля с высокой посадочной скоростью. Разработаны математические модели основных элементов гидравлической системы аэрофинишера, позволяющие определить функциональные и конструктивные параметры основных узлов аэрофинишера в зависимости от характеристик летательных аппаратов.

6. В настоящей работе разработаны подходы применения методов системного анализа к решению задачи оптимизации судового машиностроительного оборудования. Реализация этих методов в значительной мере базируется на возможности определения характеристик судов -объектов для будущего применения оборудования. Последняя задача может быть решена различными методами, среди них - заказ оборудования под судно с определенными характеристиками, разработка проекта оборудования под судно перспективной постройки и выработка для заказчика взаимно приемлемых предложений. Не исчерпали своей значимости программно-целевые и статистические модели для разработки сеток типоразмеров судов перспективной постройки. В значительном числе случаев параметры оборудования в большой степени определяют характеристики судна. В этом помогает обратный процесс определения параметров на основе требований Регистра РФ.

7. Основное достижение системного анализа - обоснованное построение критериев эффективности проектируемых объектов и доказательное принятие технических решений, оптимизирующих сложную техническую систему в целом, а не объект проектирования. В процессе обоснования параметров объектов морской техники используются критерии эффективности трех типов - локальные, глобальные и согласованные. Первые рассчитываются на уровне объекта проектирования. Эти критерии эффективности могут найти применение в случае, если системно-важные параметры объекта проектирования, оказывающие влияние на характеристики других объектов входящих в состав сложной технической системы, остаются неизменными или их изменение пренебрежимо мало. В качестве локального критерия экономической эффективности судового оборудования может быть использована полная совокупность затрат, связанная с эксплуатацией этого оборудования и находящая свое выражение в форме приведенных затрат по оптимизируемому оборудованию. В случае изменения в процессе проектирования оборудования его системно-важных параметров, например, массы, габаритов или затрат топлива, локальный критерий эффективности не обеспечивает достоверной оптимизации объекта верхнего уровня - транспортного судна. В этом случае локальный критерий в определенных условиях не обладает требуемой степенью объективности.

8. Объективная оценка эффективности верхнего иерархического уровня сложной технической системы может быть получена с применением глобальных критериев эффективности, рассчитанных по судну в целом. Для транспортных судов критерием оптимальности является критерий экономической эффективности: для судовладельца наилучшим является вариант судна, обеспечивающего получение наибольшей прибыли П на капитал Кс> вложенный в его приобретение, или их отношения - нормы прибыли.

При помощи глобальных критериев могут обосновываться лишь крупные технические решения, изменения которых приводят к изменениям критерия большим, чем погрешность его определения. На разных стадиях проектирования судна эта погрешность различна, особенно она велика на ранних стадиях, в том числе при обосновании типоразмерных рядов и проектировании типоразмеров судового оборудования. Учитывая, что на этих этапах стоимость судна определяется с погрешностью до ± 30%, в этот доверительный интервал укладывается любое техническое решение по судовому оборудованию. Можно сделать вывод о неприменимости глобальных критериев, рассчитываемых по объекту верхнего уровня, для оптимизации технических решений по судовому оборудованию.

9. Для обоснования решений по таким объектам предложено применение согласованных критериев эффективности, являющихся приложением к данной проблеме метода системного анализа. В первоисточниках эти критерии носят название локальных, чем подчеркивается, что они рассчитываются на уровне оптимизируемого объекта. Мы предлагаем использовать для них наименование согласованных критериев, поскольку к собственно локальным критериям, рассчитываемым исключительно по параметрам объекта проектирования, вводится согласующая поправка, учитывающая дифференциальные характеристики объекта верхнего иерархического уровня и позволяющая определить полный вклад проектируемого объекта в значение глобального критерия с учетом влияния данного объекта через изменение его системно-важных параметров, как прямо на сложную систему в целом, так и опосредованно через его влияния на прочие элементы сложной системы. Может быть получено аналитическое выражение для такого приращения, основанное на замене частных производных глобального критерия эффективности по системно-важным параметрам на значение дифференциала, вычисляемого в базовой точке. Устранение из рассмотрения большей части подсистем судна, не изменяющихся от применения рассматриваемого технического решения и в то же время создающих основную величину погрешности, позволяет существенно увеличить достоверность выбора решений оптимизирующих судно. Согласованный критерий обладает повышенной информативностью - комплексным свойством объективности и достоверности, позволяющим проводить оптимизацию технических решений, не обладающих требуемым уровнем значимости (величиной приращения эффективности) по сравнению с погрешностью определения глобального критерия на ранних стадиях проектирования судов.

10. Рассмотрены способы и сделаны предложения по оценке влияния показателей качества судового оборудования, устройств и систем на показатели эффективности морских транспортных судов, оснащаемых этим оборудованием. Применение согласованного критерия эффективности позволило обеспечить требуемый уровень информативности при оптимизации судового машиностроительного оборудования при его опережающем проектировании. Предложены аналитические методы определения комплексных показателей качества оборудования в виде локальных критериев и системных поправок. Разработаны выражения для составляющих согласованного критерия в функции от системно-важных показателей качества и технических параметров судового оборудования. Предложены алгоритмы для обоснования технических решений по судовому оборудованию, пригодные для разработки программ.

11. Избранная для анализа совокупность представителей судового машиностроительного оборудования - судовые подъемно-транспортные машины и палубные механизмы при всем их разнообразии по существу идентичны по своей структуре, функциям и составу оборудования. Во всех них в том или ином варианте повторяется грузовая лебедка с приводом, соединительными устройствами, передачей, тормозными устройствами, грузоподъемным механизмом - барабаном, звездочкой или турачкой, тросом, шкентелем или цепью, системой блоков. Методика их проектирования в основе едина с частными вариациями относительно режима работы и диапазонов рекомендуемых значений параметров. Таким образом, разработка методики оптимизации одного типа оборудования - грузовых лебедок охватывает большую группу оборудования - кранов всех типов и назначений, буксирных устройств, рыбопромысловых механизмов, якорно-швартовных машин, лебедок всех назначений.

12. В процессе проектирования грузовых лебедок и других подобных им элементов судовых устройств происходит варьирование совокупности контролируемых параметров. Важнейшим фактором проектирования является стандартизация конструкций, материалов, узлов, элементов судовых устройств в целом, изделий конечного уровня.

13. Цель проектирования состоит в определении совокупности контролируемых параметров, обеспечивающих достижение экстремума согласованного критерия эффективности. Достижение экстремума функции цели возможно только комплексное -компромиссное, характерное для каждого конкретного сочетания внешних факторов. В связи с опережающим проектированием судового оборудования оценка его оптимальных параметров производится с учетом характеристик типоразмеров судов перспективной постройки. В процессе же выбора типоразмера машины для вновь проектируемого судна оценивается эффективность существующих типоразмеров, планируется возможное изменение цены в зависимости от показателей качества оборудования, реализуемых на данном судне, и рассматриваются возможные изменения комплектации с учетом типорядов комплектующего оборудования. 1

14. Разработанные алгоритмы анализа согласованной эффективное™ реализованы в виде программного обеспечения оптимизации судового машиностроительного оборудования и систем. Математическая модель обеспечивает сравнение вариантов судового оборудования, отличающихся анализируемыми техническими решениями, с достаточной достоверностью и информативностью.

Учитывая широкий спектр номенклатуры судового машиностроительного оборудования, модель согласованной оптимизации разрабатывалась как универсальная -инвариантная к виду и типу проектируемого оборудования. Особенности должны учитываться при разработке моделей проектирования оборудования, которые, очевидно, специфичны. Вследствие сложного совокупного влияния изменения параметров судового оборудования при проектировании на эффективность их использования на судах, основным вариантом применения разработанных моделей является их использование при вариантных проработках.

15. В качестве критерия согласованной системной эффективности судового оборудования разработанная математическая модель обеспечивает определение величины дополнительно получаемой прибыли от эксплуатации судна, укомплектованного анализируемым оборудованием по сравнению с базовым вариантом этого судна.

16. Дополнительная прибыль - основной критерий эффективности. При получении его положительного значения прибыль увеличивается. Однако одновременно может быть увеличена первоначальная стоимость оборудования. Поэтому следует проанализировать эффективность использования дополнительных капитальных вложений. Для реализации такой возможности модель обеспечивает вычисление нормы прибыли - выраженного в процентах отношения годовой прибыли к дополнительным капитальным вложениям.

17. Объективная оценка эффективности судового оборудования и систем обеспечивается одновременным анализом двух выражений эффективности. При получении дополнительной прибыли следует оценить объем этой прибыли, сравнить его с дополнительными капитальными вложениями и установить период их окупаемости.

18. Разработаны реализации методики анализа согласованной эффективности, обеспечивающие дополнительные возможности - визуализацию процесса проектирования. В качестве примера применения средств визуализации выполнено исследование влияния скорости подъема груза на согласованную эффективность грузовой системы сухогрузного судна с использованием интегрированной среды Delphi.

19. Разработаны модели проектирования принятой для анализа номенклатуры судового машиностроительного оборудования, в том числе грузовых лебедок с электроприводом, палубных кранов общего назначения с электро-гидро приводом основных механизмов, электро-гидроприводных рулевых машин плунжерного типа.

20. С использованием разработанных моделей критериев эффективности и моделей проектируемого оборудования выполнены примеры расчетных исследований эффективности грузовых лебедок, электрогидравлических палубных подъемных кранов, систем траверзной передачи грузов в море на ходу судна.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Суслов, Валерий Федорович, 2005 год

1. Абдрашитов Р.Т., Колосов В.Г., Тукель И.Л. Теория и практика регионального инжиниринга. СПб, Политехника, 1996.

2. Акофф Р., Сасиени М. Основы исследования операций. М., Мир, 1971.

3. Алабужев П.М., Геронимус В.Б., Минкевич Л. Г., Шеховцов Б.А. Теория подобия и размерностей. Моделирование. М., Высшая школа, 1968.

4. АльтшульА.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. М., Изд-во лит-ры по строительству, 1965.

5. Бавыкин Г.В. Реновация морской техники. Энциклопедия транспорта, 2000г.

6. Балин В.М., Денисов А.И. Лебедки швартовные автоматические и неавтоматические (АШЛ и ШЛ)//Судостроительная промышленность. Сер. Технология и организация производства. Судовое машиностроение. Опыт проектирования и создания судовых механизмов. 1994.

7. Балицкая Е.О., Золотухина Л.А. Описание системы программ статистической обработки малого числа наблюдений. Труды ЛКИ: Автоматизация проектирования СЭУ, 1985.

8. Беляев Н.М., Уваров Е.И., Степанчук Ю.М. Пневмогидровлические системы. Расчет и проектирование. Под ред. Н.М. Беляева. М.: Высш. шк., 1988, 271 с.

9. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Р. Экспертные оценки в принятии плановых решений. М.: Экономика, 1976.

10. Блинов В. Добровольное применение и обязательное исполнение требований документов по стандартизации. // Стандарты и качество, 2003, №5.

11. Бородин Ю.Л., Рощанский В.И. О теоретических моделях динамического исследования судовых канатных дорог. Вопросы судостроения, серия "Технология и организация производства судового машиностроения", 1981,№ 26.

12. Булгаков А.А. Взлетно-посадочный комплекс авианесущего крейсера //Судостроительная промышленность. Сер. Технология и организация производства. Судовое машиностроение. Опыт проектирования и создании судовых механизмов. 1995.

13. Версан В. Сильные и слабые стороны стандартов ИСО серии 9000 новой версии: стратегия внедрения в действие// Стандарты и качество, 2001, №12.

14. ВНИИПТМаш. Расчеты крановых механизмов и деталей подъемно-транспортных машин, 1959.

15. Воронин Г.П. Качество одна из составляющих развития экономики. //Стандарты и качество. 2000, № 1

16. Гандлевский М.М. Силовой следящий привод. М.: Оборонгиз, 1997, 198 с.

17. Гличев А.В. Основы управления качеством продукции. М: РИА «Стандарты и качество», 2001.

18. ГОСТ 27.301-83. Прогнозирование надежности изделий при проектировании. М.: Издательство стандартов, 1983.

19. Гурович А.Н., Родионов А.А., Асиновский В.И., Гринберг Д.А. Судовые устройства. Справочник. Изд. Судостроение, 1987.

20. Даниловский А.Г. Оптимизация агрегатированной СЭУ на основе САПР. Труды НТО СП. Вып.482, 1989г.

21. Даниловский А.Г. Основные принципы разработки и практической реализации режима диалога "ПРОЕКТАНТ ЭВМ" при внешнем проектировании СЭУ. Труды ЛКИ: Автоматизация проектирования СЭУ, 1982.

22. Даниловский А.Г., Андронов ДА., Орлов М.А. Проектирование расположений СЭУ морских транспортных судов. Монография. Изд. С-ПбГУВК, 2004 г.

23. Даниловский А.Г., Козлов В.К Алгоритм блока массогабаритных характеристик дизельных энергетических установок транспортных судов для модели внешнего проектирования СЭУ. Труды ЛКИ: Автоматизация проектирования СЭУ, 1982.

24. Даниловский А.Г.,Иванов Д.С. О сравнении вариантов технических решений, оцениваемых распределениями //Автоматизация проектирования судовых энергетических установок: Сб.научн.тр./ЛКИ. Л., 1985.

25. Даниловский А.Г.,Иванов Д.С.,Архипов Г.А. Критерии для согласованной оптимизации судовых энергетических установок, систем и оборудования//Совершенствование конструкций судовых систем: Сб. научн.тр./ЛКИ. Л.,1987.С.88-95.

26. Деминг Э. Выход из кризиса. Тверь: «Альба», 1994.

27. Демченко С.В. Учет неопределенности исходных данных при внешнем проектировании энергетической установки судна с использованием имитационной модели. Труды ЛКИ: Автоматизация проектирования СЭУ, 1985, с. 58-65.

28. Джуран Дж. М. Качество и прибыль. В Сб. Качество, торговля, экономика. -М.: Изд-во стандартов, 1970.

29. Долгачев Ф.М., Лейко B.C. Основы гидравлики и гидроприводов. М.: Стройиздат, 1981, 184 с.

30. ИСО 9001:2000 Новый подход к созданию менеджмента качества. - М.:РИА «Стандарты и качество», 2001.

31. Испытания устройства "Струна" для передачи грузов на ходу в море. Технический отчет ЦНИИ им. Акад. А.Н. Крылова, вып. 16674, 1974.

32. Камнев Г.Ф., Кипарский Г.Р., Балин В.М. Подъемно-транспортные машины и палубные механизмы. Учебное пособие. Л.: Судостроение, 1976.

33. Канторович Л.В. Экономический расчет наилучшего использования ресурсов. М.: Изд. АН СССР, 1959.

34. Кисилев Н.В. , Мядзель В.Н., Рассудов Л.Н. Электроприводы с распределенными параметрами. Ленинград: Судостроение, 1985, 220 с.

35. Коллектив авторов. Методические рекомендации «Разработка, внедрение исертификация систем менеджмента качества на соответствие требованиям ИСО 9001:2000 и систем41