Компания «Си Плаз» запустила сайт для программы САПР Sea Solution AT: портфолио моделей, инструкции, видеоуроки и ответы на часто задаваемые вопросы все в одном месте.

Sea Solution AT позволяет создавать математическую модель корпуса судна, а также надстроек, рубок, мачт и переборок и использовать систему на разных этапах проектирования — от первоначального эскиза до выпуска рабочей документации.

Новый ресурс создан, чтобы закрыть главные вопросы проектировщиков: «Как быстро освоить программу?», «Где искать техподдержку?» и «Какие суда уже спроектированы на ней?».

Теперь вся техническая документация, релизы и обучающие материалы собраны в одном месте.

Отдельный раздел посвящен интерактивной галерии с моделями, реализованным с помощью Sea Solution AT. Вдохновляйтесь примерами или найдите аналог для своей задачи. Среди пользователей программы разработчик указывает, в частности, «Видсон», «Нордик Инжиниринг», «Конструкторское бюро А4», ГЦКБ Речного флота, Енисейское речное пароходство, ГК «Си Тех» и «Невское ПКБ».

На сайте также опубликованы ответы на часто задаваемые вопросы, инструкция по работе с системой, информация о лицензировании и возможность скачать программу. Для новых пользователей разработчики отдельно рекомендуют раздел «Первый проект», где пошагово показано построение поверхности корпуса судна, и бесплатные видеоуроки по использованию инструментов ПО.

Научно-производственная компания «Си Плаз» представляет релиз 2026 года в рамках программного комплекса для проектирования судов Sea Solution AT.

Основные улучшения затронули интерфейс, геометрическое моделирование и интеграцию с другими системами. Ключевые изменения — появление типовых блоков, новый принцип привязок и унификация команд выбора.

Библиотека блоков и ускорение начального этапа проектирования

• В модель введены различные типы блоков, что позволяет создавать библиотеки типовых корпусов.
• Можно загрузить корпус целиком или отдельные блоки оконечностей из разных проектов.
• Программа автоматически подстраивает геометрию под новые размерения при вставке блока.
• Создание предварительной модели теперь занимает минуты, а не часы и дни.
• Это особенно полезно на ранних стадиях, когда контракт ещё не подписан, а работы ведутся за счёт внутренних ресурсов.

Передача гидростатических данных

• Блоки теперь могут описывать не только корпус, но и отсеки с цистернами.
• Вся гидростатическая информация передаётся в расчёты одной командой.
• Раньше при изменении формы корпуса все отсеки и цистерны в зоне изменений приходилось передавать вручную — теперь это автоматизировано.
• Это позволяет быстрее перебирать варианты общей компоновки и выбирать оптимальный.

Упрощение привязок

• Привязка к точке, линии или поверхности выполняется одной кнопкой.
• Тип привязки выбирается клавишами Shift (для точки) и Ctrl (для линии/поверхности) перед кликом.
• Привязка к сетке теперь определяется автоматически — пользователю не нужно выбирать её вручную.

Новые инструменты работы с поверхностями

• Добавлена опция копирование поверхности по прототипу:

задаётся новый контур;

указывается поверхность-прототип;

программа строит новую поверхность, похожую на прототип, но с новыми границами.

• Расширены возможности редактирования формы поверхности.
• Добавлено автоматическое сглаживание с перераспределением контрольных точек при максимальном сохранении формы.
• Появилась функция тонкой полировки, которая устраняет большинство мелких дефектов без ручного вмешательства.
• Усовершенствован алгоритм автоматического приближения к прототипу: теперь он игнорирует обрезанные области поверхности.

Импорт и экспорт

• Полностью переработан импорт DXF:

поддерживаются любые графические элементы, включая сплайны и внутренние блоки;

работают все версии DXF;

сохраняется оригинальный цвет элементов.

• Добавлен экспорт листов обшивки в IGES для использования во внешних редакторах.
• Добавлен импорт и экспорт STL-файлов.

Улучшения интерфейса и производительности

• Ускорена визуализация больших объёмов графики.
• Упрощены функции выбора объектов и блоков.
• Для ряда команд добавлена возможность группового выбора элементов.

Судостроение — одна из самых технологически сложных отраслей промышленности, где процесс проектирования требует тесного взаимодействия множества участников: верфей, проектных бюро, классификационных обществ и поставщиков оборудования. До недавнего времени ключевой проблемой оставался обмен 3D-данными между различными CAD/PLM-системами, каждая из которых использовала собственные закрытые форматы. С увеличением числа различных программ, используемых в проектировании, постройке и обслуживании судов, число различных используемых форматов растет в геометрической прогрессии. Большая часть этих форматов закрытые. Часто обмен между различными приложениями осуществляется при помощи стандартных машиностроительных форматов, не учитывающих специфику судостроения.

Open Class 3D Exchange Format (OCX) — стандарт, созданный для решения этой проблемы. Он обеспечивает передачу не только геометрии, но и семантической структуры судна, что делает его перспективной основой для цифровой трансформации судостроительной отрасли. Благодаря своей гибкой структуре формат OCX не только более полно позволяет передавать данные из одного судостроительного пакета в другой, но и имеет возможность дополнения формата специфическими данными конкретных судостроительных программ.

Оценив возможности данного формата, перспективы его дальнейшего развития и удобство работы с структурированной судостроительной информацией, разработчики систем Sea Solution AT (компания «Си Плаз»), Sea Hydro (компания «Си Тех») и K3‑Ship (Центр развития САПР «Геос») приступили к разработке трансляторов данных в формате международного открытого стандарта OCX для обмена 3D‑данными в судостроении.

Что же такое OCX?

До появления OCX в судостроении предпринимались попытки стандартизации обмена 3D-данными, однако все они имели ограниченный успех.

STEP (AP203 / AP214 / AP242) — универсальный стандарт для машиностроения. Его главный недостаток заключается в том, что он хорошо передает геометрию, но плохо описывает специфическую судостроительную структуру. STEP не оперирует понятиями панелей, секций и блоков, что критически важно для судостроения.

STEP AP218 (Ship Structures) — попытка адаптировать STEP под судостроение. Несмотря на потенциал, этот формат не получил широкого распространения из-за сложности внедрения и отсутствия поддержки со стороны ключевых вендоров.

Проприетарные форматы — AVEVA Marine, Tribon/AVEVA Hull, NAPA, FORAN. Каждая система имела свой закрытый формат, что делало обмен данными между разными системами крайне затруднительным. Обмен требовал либо ручной адаптации модели, либо сопровождался потерей критически важной информации.

Главная проблема заключалась в отсутствии формата, который одновременно описывает геометрию и производственную структуру судна. Именно эту проблему призван решить OCX.

OCX создавался для решения конкретной отраслевой задачи — обмена цифровой моделью судна между разными CAD/PLM-системами без потери смысловых данных.

Основные задачи стандарта:

• Передача корпусной геометрии (поверхности, панели, детали)
• Передача конструктивной структуры судна (блоки, секции, панели)
• Сохранение технологической информации (толщины, материалы, типы профилей)
• Интеграция верфей, проектировщиков и поставщиков в единый цифровой процесс

Важно отметить, что разработчики OCX учли опасения судостроительных компаний относительно утечки интеллектуальной собственности. Стандарт передает ровно столько информации, сколько необходимо классификационному обществу для верификации, но не раскрывает детали производства, составляющие коммерческую тайну верфи.

Какие преимущества имеет OCX и какие перспективы ее развития и применения видят специалисты, читайте в полной версии статьи.

Материал подготовлен специалистами Научно-производственной компании SeaPlaz

Проектирование судна — это всегда компромисс. Между скоростью и остойчивостью, между грузоподъемностью и мореходными качествами, между стоимостью постройки и эксплуатационными расходами. Сердце этого компромисса — обводы корпуса. Их геометрия определяет, как судно будет взаимодействовать с водой, и именно здесь закладывается его экономическая судьба.

Часто на этапе проектирования основное внимание уделяется прямым затратам: стоимости материалов, трудоемкости изготовления сложных форм. Однако роковые ошибки в обводах влекут за собой шлейф скрытых издержек, которые многократно превосходят первоначальную «экономию» или цену просчета. Эти затраты не всегда очевидны при спуске на воду, но неумолимо накапливаются на протяжении всего жизненного цикла судна.

Прямые последствия: что видно сразу

Сначала о том, что относительно легко выявить на ходовых испытаниях:

• Превышение сопротивления и перерасход топлива. Неоптимальные обводы создают избыточное сопротивление (волновое и вязкостное). Для поддержания контрактной скорости судну требуется больше мощности, что напрямую ведет к повышенному расходу топлива — главной статье эксплуатационных расходов. Разница в 5-10% на первый взгляд кажется незначительной, но в масштабах года постоянных рейсов это выливается в сотни тысяч, а то и миллионы долларов.
• Ухудшение мореходных качеств. Неправильно спроектированные носовые обводы могут приводить к сильной килевой и бортовой качке, заливанию палубы, сильным ударным нагрузкам. Это не только дискомфорт для экипажа, но и риск повреждения палубного груза и оборудования, а также снижение скорости на волнении.

Но настоящая «черная дыра» для финансов начинается за пределами этих очевидных факторов.

Категория 1: Скрытые издержки на этапе постройки: цепная реакция технологических проблем

Ошибки в проектировании обводов — это не только гидродинамика. Это, в первую очередь, геометрия, которая ложится в основу всей технологии постройки. Сложная, нелогичная или плохо продуманная поверхность корпуса создает колоссальные проблемы в цеху.

• Плохое сглаживание и наличие локальных дефектов сглаживания сечений поверхности. Когда теоретическая поверхность обводов имеет изъяны или излишне сложна для изготовления, это приводит к появлению вмятин и выпуклостей на готовых листах обшивки. Это не просто косметический дефект.
• Зазоры и война с металлом. Главное следствие плохо сглаженной поверхности — неплотное прилегание обшивки к внутреннему набору (шпангоутам, бимсам, флорам).

При гибке лист обшивки всегда будет гнуться исходя их физических свойств металла, контуры листовых деталей внутреннего набора вырезаются по обводу, полученному после сглаживания. Вместо плотного прилегания деталей к обшивке образуются зазоры, которые приходится «выбирать» с помощью грубой силы — талей, домкратов и мощных прихваток.

• Катастрофический рост трудоемкости. Каждый миллиметр такого зазора — это дополнительные объемы сварки, перенастройка режимов и время. Статистика верфей показывает, что увеличение среднего зазора сверх нормы всего на 2-3 миллиметра увеличивает время сборки и сварки секции на 50% и более. Сварочные работы — это одна из самых дорогих и длительных стадий постройки.
• Потеря доверия к качеству разверток листов – увеличение трудоемкости сборки. Верфи, столкнувшиеся с проблемами некачественной судовой поверхности, требуют добавление излишних припусков по всем кромкам гнутых листов обшивки. При этом в большинстве случаев считается, что это происходит из-за низкой квалификации гибщиков. Про ошибки моделирования поверхности никто не думает.
• Ухудшение качества сварных соединений. Принудительная стыковка деформированных листов приводит к:

1. Избыточным термическим деформациям: для заполнения зазоров требуется больше наплавленного металла, что создает мощные остаточные напряжения, локальный перегрев металла и изменение его физических свойств.
2. Внутренним напряжениям в конструкции: металл «запоминает» состояние напряжения, в котором его сварили.
3. Повышенной коррозии и усталостным трещинам: зоны высоких остаточных напряжений являются очагами для развития усталостных повреждений и увеличения коррозии, которые резко снижают ресурс корпуса.
4. Деформация корпусных конструкций. Вся эта борьба с геометрией приводит к тому, что собранные секции не соответствуют проектным размерам. Их стыковка на стапеле превращается в головоломку, требующую дополнительной подгонки, резки и правки, что снова увеличивает время и стоимость.

Вывод по этапу постройки: Ошибка в проектировании обводов запускает цепную реакцию: плохая геометрия → зазоры → рост трудоемкости сварки → остаточные напряжения → снижение качества и долговечности конструкции. Это скрытые издержки, которые верфь часто пытается компенсировать за счет сверхурочных работ и перерасхода материалов, но в конечном счете они закладываются в цену судна. Для судовладельца такой корпус как «мина замедленного действия».

Категория 2: Скрытые эксплуатационные издержки

Эти затраты проявляются в ежедневной работе и съедают рентабельность судна, усугубляя проблемы, заложенные при постройке.

• Хронический перерасход топлива — главная статья убытков. Это самый весомая и постоянная издержка. Судно с плохими обводами потребляет больше топлива для поддержания той же самой коммерческой скорости, что и его более удачный аналог. Владелец платит за этот перерасход ежедневно на протяжении 25-30 лет. В условиях высоких цен на топливо и ужесточения экологических норм это прямой удар по рентабельности.
• Повышенный износ из-за неоптимальных условий работы. Даже не «выжимая» мощность, двигатель и движительный комплекс работают в нерасчетных режимах.
• Кавитация: Неидеальное обтекание корпуса создает неравномерный поток воды, набегающий на винт. Это провоцирует кавитацию, которая разрушает лопасти винта, руль, и вызывает вибрации всего корпуса, ускоряя усталостный износ конструкций.
• Вибрации: Плохие обводы могут быть причиной возбуждения вибраций корпуса, что негативно сказывается на работе всего оборудования, условиях обитаемости экипажа и долговечности конструкции.
• Потеря гибкости и конкурентного преимущества. На рынке, где тарифы на фрахт часто одинаковы, побеждает тот, у кого ниже операционные расходы. Судно с высоким расходом топлива будет проигрывать более «зеленым» и экономичным конкурентам. В периоды низких фрахтовых ставок оно может стать вовсе нерентабельным, в то время как его эффективные аналоги будут продолжать работать.
• Увеличение времени и расходов на доковый ремонт. Ошибки в обводах и последствия некачественной сборки (остаточные напряжения) приводят к повышенному износу корпуса. Борьба с усталостными трещинами и коррозией — все это увеличивает время пребывания в доках и стоимость обслуживания.

Категория 3: Скрытые капитальные и репутационные издержки

Это долгосрочные последствия, которые бьют по стратегическим позициям компании.

• Снижение ликвидности и стоимости судна на вторичном рынке. Рынок хорошо информирован. Судно с известной репутацией «тихохода» или с историей конструктивных проблем будет стоить значительно дешевле своих аналогов. Потенциальные покупатели сразу заложат в цену будущие перерасходы на топливо и ремонт. Скрытый убыток — это потеря капитализации актива.
• Репутационный ущерб. Задержки рейсов, неспособность выполнить контрактные обязательства по скорости и потреблению топлива, а также преждевременные проблемы с корпусом наносят урон бренду судовладельца и верфи.
• Экологические риски и будущие штрафы. Перерасход топлива — это не только финансовые потери, но и повышенные выбросы CO2, SOx, NOx. В свете ужесточающихся требований IMO и CII (Индекс энергоэффективности судна) неэффективное судно может быстро оказаться нерентабельным или даже исключенным из эксплуатации.

Профилактика вместо лечения

Ошибки в обводах корпуса практически невозможно исправить после постройки судна. Никакая последующая оптимизация винта не компенсирует фундаментальные просчеты, а заложенные на стапеле остаточные напряжения и усталостные риски будут сопровождать судно на протяжении всей его жизни.

Инвестиции в качественное, всестороннее проектирование на самой ранней стадии — это не статья расходов, а самое эффективное капиталовложение. Это включает в себя не только продвинутое CFD-моделирование, но и технологический анализ свариваемости и собираемости конструкций. Современные CAD/CAM системы позволяют оптимизировать обводы не только для гидродинамики, но и для производства, минимизируя сложные кривизны и обеспечивая качественное изготовление деталей.

Правильные обводы — это не просто красивые линии на чертеже. Это финансовый и технологический ДНК судна, который определяет его способность быть построенным с минимальными затратами и приносить прибыль, а не становиться обузой для своего владельца. Осознание цены ошибок в проектировании — от стапеля до утилизации — первый шаг к созданию по-настоящему успешных и экономичных судов.

Проектирование судовой поверхности никогда не было тривиальной задачей и от использования правильного математического аппарата зависит многое. При всем изобилии программ моделирования поверхностей далеко не все можно успешно использовать применительно к поверхности судовой. Стандартные методы построения поверхностей, например, в машиностроении или в строительных САПР далеко не всегда можно успешно применять в судостроении. Да, такие программы могут быстро и просто строить сопряжения, скругления, винтовые поверхности и многие другие поверхности, которые используются в машиностроении. Так ли часто нужны такие поверхности при проектировании корпуса судна?

На большей части всех видео в интренете, которые показывают процесс моделирования судовой поверхности, показана лишь вершина айсберга моделирования. По большей части это построение «плавной и гладкой» поверхности по набору поперечных сечений. При этом у неискушенного пользователя возникает иллюзия, что это быстрый и простой процесс, и можно использовать любую программу, имеющую в своем математическом аппарате аналогичную функцию. На самом деле, для построения качественной поверхности нужно иметь под рукой намного больше различных инструментов. Очень многое зависит от того математического метода, который используется в той или иной программе. В этой статье рассматриваются различные методы формирования поверхности корпуса судна.

С момента появления первых компьютеров и развития систем автоматизированного проектирования одной из первых задач была — автоматизация сглаживания судовой поверхности. По сути, эта была одна из первых задач, на базе которой строились первые системы автоматизированного проектирования в судостроении. Высокая трудоемкость задания поверхности корпуса вручную и понимание того, что поверхность — это краеугольный камень для построения всей системы проектирования, заставляли разработчиков прикладывать максимум усилий в этой области.

Ограничения мощности компьютеров и оперативной памяти позволяли реализовывать наиболее простые методы, которые не требовали большого объема хранения данных и сложных вычислений. На начальной стадии развития САПР эти системы, в большинстве своем, повторяли ручные методы задания судовой поверхности. При этом в качестве исходной информации использовалась плазовая книга на основе теоретического чертежа. Сечения представлялись, как правило, виде кубических сплайнов, идентичных гибким рейкам плазовщиков. Из всего многообразия методов задания судовой поверхности внимания заслуживают несколько из них. Все остальные, как правило являются комбинацией методов, перечисленных далее.

Каркасный метод

Компьютерная модель судовой поверхности в этом методе представляет собой набор поперечных сечений в трехмерном пространстве — так называемую каркасную модель поверхности. Сечения представлялись, как правило, виде кубических сплайнов, идентичных гибким рейкам плазовщиков.

Сплайны используются для построения плавной кривой, проходящей через набор точек, то есть решения математической задачи интерполяции заданного набора точек. Часто это плоская функция, где x и y декартовы координаты на плоскости. Самым распространенным является полиномиальный кубический сплайн, где x и y декартовы координаты, а коэффициенты полинома a, b, c, d рассчитываются из условия прохождения сплайна через конечные точки с заданными значениями первых производных в этих точках. Набором их цепочки таких полиномов и описывались линии судовой поверхности.

Несмотря на кажущуюся простоту такое задание кривых влекло за собой очень большие издержки в процессе реализации компьютерных методов работы со сплайнами.

К ним относятся:

— Кубический сплайн имеет для каждого x только одно значение координаты y. Соответственно, построение кривой, описывающей форштевень с бульбовым носом, невозможно без преобразования локальной системы координат.

— Для задания пространственной криво требуется задание двух проекций кривой, например, XY и XZ. Такой способ задания требует наличие большого количества дополнительной семантической информации, связанной с кривой.

— Стыковка двух кубических сплайнов может быть выполнена только для первой производной. То есть непрерывность кривизны не обеспечивается. Это существенно влияет на эстетический вид кривой.

— При использовании модели со сплайнами более высоких порядков изменение положения одной точки влияет на форму всего сплайна целиком.

— Сложность контроля осцилляций сплайна. Невозможность представления части интерполяционного сплайна прямой.

Определение положения точки поверхности между линиями каркаса поверхности определялось как суперпозиция ограничивающих эту точку линий. Недостатком этого метода является то, что расчет положения точки не всегда отвечал условиям гладкости и точности расположения точки на реальной судовой поверхности. Это приводило к появлению непредсказуемых волн на сечениях и низкому качеству деталей корпуса. Увеличение количества линий каркаса увеличивало и трудоемкость определения поверхности корпуса, но не давало гарантии качества сечений поверхности. Вероятность того, что какое-либо из сечений сглаженного корпуса может дать нежелательные осцилляции, существовала в этом методе всегда. Поэтому от конструкторов и технологов, кодирующих детали корпуса, требовалась повышенная внимательность при работе с линиями поверхности корпуса.

Несколько позже для описания кривых использовались параметрические сплайны. Это тот же кубический сплайн, где координаты точки на кривой вычисляются в зависимости от определенного значения параметра:

Наиболее удобное представление параметрического сплайна было предложено Фергюсоном в векторной форме:

Где:

P0,P1 – начальная и конечная точка сплайна,

P0’, P1’ касательные в начальной и конечной точке соответственно,

t – параметр кривой, изменяющийся в интервалах от 0 до 1.

Такое представление позволяло избавится от части ограничений, налагаемых на обычный кубический сплайн. При этом трудоемкость расчета несколько возрастала. Так, чтоб рассчитать точку на кривой при заданном значении, например, X–координаты возникла необходимость применять численные методы.Чем точнее были исходные данные плазовой книги, тем успешнее и быстрее согласовывался чертеж на компьютере. Даже при использовании компьютера процесс согласования занимал довольно длительное время и вносил дополнительные ошибки и неточности, которых можно было избежать при ручной разбивке плаза.

Преимущество компьютерных методов было в любом случае очень велико, так как позволяло избавится от плаза и выполнять большую часть задач по определению геометрии деталей корпуса автоматически.

К наиболее успешным вариантам реализации этого метода можно отнести системы AutoCon и FORAN модуль FormF. Похожий метод используется в настоящее время в системе Napa. В системе Napa в качестве функции интерполяции между граничными линиями используется участок поверхности Безье. При всех недостатках каркасный метод представления поверхности просуществовал до начала 2000-х и в ряде систем используется и по сей день.

О других методах читайте в продолжении статьи на сайте НПК «Си Плаз» 

Сегодня на рынке присутствует множество программных комплексов, предлагающих автоматизированную гидродинамическую оптимизацию формы корпуса. Типичный цикл такого инструмента: параметрическая модель → генерация сетки → CFD → оптимизатор → новая форма. Задача формулируется как поиск геометрии с минимальным сопротивлением при фиксированном водоизмещении.

Однако в реальном конструкторском бюро, где проектируется новое судно, такой подход систематически дает сбои. Результат изолированной оптимизации либо не может быть внедрен из-за компоновочных, проектных или технологических ограничений, либо уже устаревает к моменту получения, поскольку параллельно изменились смежные разделы проекта.

В компании «Си Плаз» уже много лет практикуют иной подход: гидродинамическая оптимизация формы корпуса ведется параллельно и в тесной связке с общим проектированием судна. Специалисты не рассматривают оптимизацию как отдельный этап или автономный модуль. Более того, утверждается, что большинство современных средств оптимизации корпуса принципиально не учитывают этой специфики и потому малопригодны для реальной проектной работы.

В новом материале эксперты объясняют, почему классические алгоритмы оптимизации часто оказываются бесполезными в условиях постоянно меняющегося проекта, как на практике организован непрерывный цикл гидродинамической доводки корпуса и какими должны быть инструменты проектировщика, чтобы CFD действительно помогал создавать суда, а не генерировал красивые, но нереализуемые решения.

Полный текст статьи — на сайте.

Материал подготовлен специалистами Научно-производственной компании SeaPlaz

Работая с разными заказчиками над проектами судов различных типов, мы постоянно замечаем одни и те же проблемы возникающие при моделировании поверхности корпуса. Большинство из них относятся скорее к организационным. Возникает стойкое ощущение, что с применением компьютеров для проектирования судовой поверхности мы теряем часть тех знаний, которыми пользовались многие поколения судостроителей. Знания эти столь же необходимы и сегодня, но чрезмерное доверие компьютерным моделям поверхности раз за разом играет с нами злую шутку. Итак, несколько важных фактов о моделировании судовой поверхности. На фото ниже показан хорошо сглаженный корпус. Строители отмечают существенную экономию времени и средств при постройке корпуса.

Качественная модель судовой поверхности — это залог качественной сборки и сварки корпуса. Все это понимают, но мало кто знает, как проверить технологичность математической модели поверхности. На большинстве верфей качество сглаживания поверхности никак не контролируется. К сожалению, почти не осталось специалистов, которые занимались плазовой разбивкой корпуса судна вручную. Плазовщики знали о судовой поверхности все. С переходом на компьютерные модели ручная разбивка ушла в прошлое, вместе с теми знаниями, которые нужны и сейчас современным конструкторам, моделирующим судовые поверхности.

95% всех моделей поверхностей судов, с которыми приходилось работать за последние 30 лет, имели технологические дефекты сглаживания. Качество компьютерного сглаживания судовой поверхности очень часто намного ниже, чем если бы применялась сглаживание вручную на плазе. Конструктор слепо доверяет результатам компьютерного сглаживания. Работая с такими поверхностями у верфей возникают проблемы при гибке листов обшивки, сборке и сварке корпусных конструкций. Выяснить причину этих проблем на стадии сборки корпуса судна довольно проблематично. Верфи, которые серьезно относятся к процессу сглаживания судовой поверхности, существенно экономят время и деньги при сборке и сварке корпуса. Только на сварке можно выиграть до 10% времени, при этом качество сборки корпуса намного выше.

Выявить ошибки сглаживания на стадии выпуска рабочей документации по корпусу очень сложно, так как работа распределена по секциям корпуса судна и не дает возможности оценить форму всей поверхности в целом. Исправление же выявленных ошибок зачастую невозможно, так как часть секций, подлежащих изменению, возможно, уже отправлена на верфь и вырезана в металле. Многие компании, занимающиеся выпуском рабочей документации, не уделяют должного внимания качеству судовой поверхности. Проверять модель судовой поверхности начинают только тогда, когда программы моделирования конструкции корпуса начинают выдавать ошибки моделирования деталей и листов обшивки. На фото ниже пример того, что получается при некачественном моделировании поверхности корпуса.

Фото ниже показывает проблемный район в модели, которая, увы, пошла в производство.

Для моделирования и сглаживания поверхности корпуса зачастую используются не предназначенные для этого программы. Часто это программы моделирования классических поверхностей, используемых в машиностроении. Даже САПР для автомобильной промышленности не всегда удачный выбор для моделирования поверхности корпуса. Очень часто используются бесплатные или условно бесплатные программы. Многие компании считают, что этого достаточно для построения хорошей поверхности корпуса или просто экономят деньги, не задумываясь о результате.

Моделированию и сглаживанию поверхности не учат нигде. Общаясь со студентами различных университетов, я выяснил, что моделированию поверхности корпуса не уделяется никакого внимания. Часто преподаватель рекомендует ту или иную программу и отсылает студентов к инструкции. В лучшем случае это несколько часов лекций, описывающих метод, изобретенный преподавателем и использующий максимально простую программу. В результате студенты могут сделать лишь примитивный мятый корпус, по-настоящему годный только для расчетов гидростатики. В последствии, работая в проектной компании, они продолжают использовать полученные «навыки».

Технология сглаживания поверхности корпуса судна очень сильно зависит от той или иной используемой программы. Как правило, без курса обучения от разработчика программ, очень сложно освоить тот или иной метод самостоятельно. Очень часто в результате самостоятельного освоения программы появляются такие модели, которые состоят из хаотически расположенных заплаток поверхностей. По такой модели видно, как неправильное разбиение на поверхности, приводит к катастрофическим результатам. После того, как дизайнер понимает, что все плохо, а сроки сдачи поверхности нельзя переносить, начинается паника, затыкание дыр и новые заплатки на старых. Такая модель, кроме явных ошибок сглаживания, перегружена излишними участками поверхности, избыточным числом контрольных точек поверхности и зазорами между участками поверхностей. О качестве в этом случае говорить не приходится. Ниже фото того, как приходится выкручиваться верфи при работе с плохо сглаженной поверхностью. Обратите внимание на количество листов обшивки бульба.

Моделирование судовой поверхности существенно отличается от построения любых других трехмерных моделей. При моделировании важно иметь не только хорошее представление о математическом аппарате программы, но и знать правила построения классической судовой поверхности. Пренебрежение этими правилами часто наблюдается на множестве новых корпусов судов. Отсутствие, например выделенного плоского борта и плоского днища хорошо заметно на качестве обшивки корпуса. Часто моделированием такой поверхности занимается не инженер-кораблестроитель, а дизайнер, умеющий работать с программой и использующий простейшие приемы моделирования для быстрого получения результата. В результате страдает качество сглаживания поверхности корпуса судна. На фото ниже не судоремонт. Это новое (!) судно. Даже страшно подумать о том, как выглядела математическая модель поверхности этого красавца!

Часто, при передаче очередного сглаженного корпуса, заказчики спрашивают: «В какой программе сделана эта модель?». Безусловно программы сглаживания поверхности должны иметь функционал, достаточный для получения качественной модели поверхности. При этом конструктор, который работает с программой, должен уметь это делать и иметь необходимый набор знаний. Приобретение той или иной программы не решит проблем, если специалист недостаточно опытен. Это как выбирать рояль для начинающего пианиста.

Отсутствие фундаментальных знаний о моделируемых поверхностях у дизайнера приводит к тому, что он «соглашается» с тем вариантом поверхности, который предлагает программа. Это хорошо видно по моделям, присылаемым нам от разных заказчиков. В таких случаях речь о проектировании обводов судна практически не идет — удалось бы натянуть поверхность на несколько шпангоутов. Остается только угадывать, что имел в виду конструктор, а что изобразила та или иная программа. В довершение к этому наличие щелей между участками поверхностей и почти полное отсутствие точных размеров там, где это необходимо.

Вопрос, потратить немного больше времени и денег на финальное сглаживание поверхности и строить судно без проблем или запускать в работу поверхность, как кота в мешке, в любом случае остается за заказчиком.

Ошибки, допущенные во время цифрового моделирования корпуса, могут проявиться на верфи — в виде дополнительных зазоров, сложностей при гибке листов, роста объема сварки. А еще их может обнаружить судовладелец, когда начнет замечать ускоренный процесс коррозии корпуса во время эксплуатации.

При этом многие дефекты остаются незаметными вплоть до начала строительства. О том, почему качество судовой поверхности становится одной из самых недооцененных проблем современного судостроения, «Медиапалубе» на примерах рассказал технический директор НПК «СиПлаз» Александр Алексанов.

От плазовой разбивки к цифровой геометрии корпуса

П: Александр Валентинович, расскажите о компании: как она появилась и чем вы занимаетесь сегодня?

— Наши разработки в области программного обеспечения для проектирования и сглаживания судовой поверхности имеют очень длинную историю. Начиная с 1990-х годов мы занимались разработкой программы Apirs в нижегородской компании «Интерактивные графические системы». Позже работа продолжилась в совместной российско-норвежской компании «СиТех».

Apirs послужил прототипом для разработки программы SeaSolution, а мы, в свою очередь, получили неоценимый опыт и контакты с верфями и КБ по всему миру. Начиная с 2010 года разработка велась в большей степени в инициативном порядке. За это время накапливался опыт работы с различными заказчиками и типами судов. После создания нового математического ядра возникла необходимость сформировать компанию, которая бы специализировалась на разработке новой программы, ее распространении и выполнении работ для отечественных заказчиков. Так появилась НПК «СиПлаз».

Новая программа SeaSolution AT (Apirs Technology) не только вобрала в себя все лучшее, что было в SeaSolution с точки зрения сглаживания поверхности корпуса для производства, но и получила множество новых функций. Она позволяет использовать программу на всех стадиях — от начального проектирования до строительства судна.

Кроме разработки программного обеспечения мы выполняем и практические работы на базе собственного ПО. Это позволяет тестировать новые решения в реальных условиях проектирования. Мы работаем как с КБ, так и с верфями: проектируем корпус судна с нуля, оптимизируем сопротивление с использованием CFD, оптимизируем параметры винтов. Результатом становится поверхность корпуса, готовая к выпуску рабочей документации и строительству.

Для верфей мы, как правило, анализируем поверхность, полученную от проектанта, исправляем ошибки и приводим ее в соответствие с технологическими требованиями конкретного предприятия.

П: В чем суть ваших решений? Какие задачи вы помогаете решить?

— Наше программное обеспечение охватывает весь спектр задач проектирования, моделирования, оптимизации и сглаживания судовой поверхности — вплоть до разверток листов. При этом на всех стадиях используется одна и та же программная среда, без необходимости переносить модель из одной программы в другую.

Наш софт совместим практически со всеми программами расчетов и моделирования, применяемыми в судостроении. Сейчас мы также занимаемся разработкой интерфейса Open Class 3D Model Exchange (OCX) — универсального протокола обмена данными в судостроении. Это позволяет легко интегрировать наши программы в любые процессы проектирования как в КБ, так и на верфях.

Для рыболовного судна длиной около 70 метров снижение сопротивления воды на 10% может давать экономию топлива до 500 тысяч евро в год.

П: С какими типами заказчиков вы чаще всего работаете – проектные бюро, верфи, судовладельцы?

— В основном это КБ и верфи. С судовладельцами мы работаем редко, хотя по опыту взаимодействия с западными компаниями могу сказать, что там судовладельцы часто очень глубоко вовлечены в процесс проектирования и даже настаивают на обязательной оптимизации поверхности корпуса.

Их можно понять. Например, для рыболовного судна длиной около 70 метров снижение сопротивления воды на 10% может давать экономию топлива до 500 тысяч евро в год.

П: Почему вы сосредоточились именно на работе с геометрией корпуса и поверхностями? Считаете, что эта область сегодня недооценена в судостроении?

— Я занимаюсь этим практически со студенческой скамьи. Моя дипломная работа называлась «Разработка программы аналитического согласования корпуса судна». Мы были первыми, кто начал использовать B-сплайн-поверхности для описания формы корпуса.

SeaSolution AT — это специализированный инструмент именно для работы с судовой поверхностью. Ни одна из существующих на рынке программ, на мой взгляд, не дотягивает до ее возможностей с точки зрения функционала и контроля качества формы корпуса. Наш многолетний опыт проверки различных моделей показывает, что корпуса, изготовленные в нашей программе, содержат значительно меньше ошибок и проблем.

К сожалению, сегодня многие компании используют различные подручные, зачастую условно бесплатные средства для проектирования формы корпуса. Это не идет на пользу ни проекту, ни строящемуся судну.

Современные программы часто визуально «сглаживают» форму корпуса и скрывают дефекты. Очень легко посмотреть на красивую закрашенную в рендере картинку и отправить в производство фактически кривой корпус. Любая программа — это всего лишь инструмент.

П: Как менялось понимание этой задачи в отрасли за последние годы?

— Первое, что всегда пытались автоматизировать в процессе цифровой трансформации судостроения, — это моделирование судовой поверхности и замена ручной плазовой разбивки. В результате натурный плаз практически исчез, как и профессия плазовщика, точнее — плазового разметчика.

Сегодня все поверхности моделируются на компьютере, но многие в отрасли слабо представляют, насколько качественными они должны быть. Современные программы часто визуально «сглаживают» форму корпуса и скрывают дефекты. Очень легко посмотреть на красивую закрашенную в рендере картинку и отправить в производство фактически кривой корпус. Любая программа — это всего лишь инструмент. Решения все равно принимает конструктор.

Хорошо, что в процессах участвуют молодые специалисты и студенты, но отсутствие опыта и использование не самого подходящего софта часто играет злую шутку. Кроме того, профессии «плазовщика на компьютере» нигде не обучают. Хотелось бы, чтобы ситуация постепенно менялась, потому что судовая поверхность — это фундамент всего судна.

Почему качество судовой поверхности стало проблемой для верфей

П: С какими задачами к вам чаще всего приходят заказчики? 

— Бытует мнение, что на стадии проектирования нет необходимости качественно сглаживать поверхность. Но практика показывает обратное. Хотя бы для выполнения CFD-оптимизации корпуса. Некачественно сглаженная поверхность не позволяет корректно определить сопротивление, а значит, и результаты оптимизации нельзя считать достоверными.

Заказчики всегда просят выполнять модель поверхности максимально качественно, потому что геометрия используется для выпуска чертежей. А качество модели напрямую влияет на качество документации

П: Есть ли типичные проблемы в проектировании корпуса, которые повторяются от проекта к проекту?

— Из-за нехватки квалифицированных специалистов, способных оценивать качество формы корпуса на разных стадиях, заказчик начинает беспокоиться только тогда, когда проблема уже становится серьезной. Например:

• щели в поверхности при передаче модели в программы подготовки рабочей документации приводят к проблемам при выпуске листов обшивки и построении внутреннего набора;
• избыточное число точек и участков поверхности вызывает сложности при выпуске листов наружной обшивки;
• невозможность реализовать геометрию корпуса в металле — например, слишком маленькие радиусы гиба — приводит к ручной доводке конструкции уже на верфи.

В итоге приходится выполнять аварийное сглаживание с большим количеством ограничений, потому что часть корпуса уже может быть изготовлена или даже собрана. Все эти дефекты потом хорошо заметны на готовом судне.

П: Как именно качество геометрии корпуса влияет на строительство судна?

— Если говорить о сборке и сварке корпуса, то основные есть несколько типичных проблемных последствий применения низкого качества геометрии:

• локальные дефекты поверхности приводят к увеличению зазоров между листами обшивки и внутренними конструкциями;
• увеличение среднего зазора всего на 2-3 мм может увеличить трудоемкость сборки и сварки секции более чем на 50%;
• верфи теряют доверие к качеству разверток и начинают закладывать избыточные припуски по кромкам гнутых листов;
• ухудшается качество сварных соединений, появляются лишние термические деформации, внутренние напряжения, ускоряется коррозия и образование усталостных трещин;
• возникают сложности при стыковке секций на стапеле.

Здесь уже стоит задуматься и судовладельцам. Корпус, который начинает трещать и гнить раньше срока, — это серьезная эксплуатационная проблема.

Увеличение среднего зазора на поверхности корпуса всего на 2-3 мм может увеличить трудоемкость сборки и сварки секции более чем на 50%. 

П: Где последствия проявляются сильнее всего — на раскрое, гибке или сборке?

— В первую очередь проблемы возникают у корпусников, которые моделируют рабочую документацию на постройку судна. На плохой поверхности алгоритмы работают некорректно, построения требуют дополнительного времени.

Также сложности проявляются при сборке внутренних деталей корпуса, особенно если они вырезаны по дефектным линиям шпангоутов, а листы обшивки гнутся уже по естественным кривым с учетом физических свойств металла.

П: В чем принципиальное отличие вашей работы от стандартных инструментов, которые уже есть у проектировщиков?

— Наша программа является узкоспециализированной и изначально создавалась именно для судостроения.

Среди ключевых особенностей:

• развитые инструменты контроля качества поверхности;
• возможность создавать и повторно использовать модели на основе библиотеки прототипов;
• единый математический аппарат — от ранних стадий до производства;
• поддержка контроля версий проекта;
• совместимость практически со всеми основными программными комплексами в судостроении.

И главное — программа позволяет реализовать именно ту поверхность, которую задумал проектант, а не ту, которую способен автоматически построить софт.

Как геометрия корпуса влияет на экономику судна

П: Требует ли внедрение таких решений перестройки внутренних процессов?

— Нет. Наши решения легко встраиваются в существующие процессы проектирования. Интеграция осуществляется через обмен геометрическими файлами для различных САПР-систем.

С внедрением формата OCX этот обмен станет еще проще.

П: За счет чего достигается экономический эффект?

— Прежде всего, за счет повышения общей культуры производства. Когда между деталями набора и листами обшивки нет лишних зазоров, уменьшается объем сварки, снижаются термические напряжения и коррозия.

Отдельно отмечу минимизацию припусков на листах обшивки. Некоторые наши заказчики полностью отказываются от внутрисекционных припусков.

П: Может ли это отражаться и на эксплуатационных характеристиках судна?

— Безусловно. С точки зрения гидродинамики — это улучшенная мореходность и экономия топлива.
Например, разработанная нами носовая оконечность рыболовных судов обеспечивает более плавное движение при тралении и лучшую сохранность тралового оборудования.

Если говорить о самом корпусе, то это меньшая коррозия, лучшая сохранность конструкции и снижение затрат на капитальный ремонт.

П: Насколько российские верфи сегодня готовы к таким технологиям?

— Никакой специальной подготовки не требуется. Нужно просто начать работать с качественной поверхностью корпуса — и разница становится очевидной сразу.

Никаких серьезных инвестиций или перестройки технологических процессов для этого не нужно. При этом затраты на качественное сглаживание несопоставимы с расходами на исправление ошибок уже в процессе строительства.

Если у кого-то есть сомнения в корректности поверхности нового судна, мы всегда готовы провести экспертную оценку. Обычно на это уходит не более одного дня.

Материал подготовлен специалистами Научно-производственной компании SeaPlaz

Зачастую в процессе постройки корпуса судна мы сталкиваемся с рядом проблем, которые могут сильно увеличить затраты и удлинить сроки выполнения работ. Например, часто бывает необходимо гнуть листы обшивки, при этом, чтобы избежать зазоров при сборке, приходится давать припуска по кромкам. Это не только требует дополнительного времени, но и приводит к образованию слишком больших зазоров сварных швов, которые сложно заполнить.

Однако вопрос в том, как избежать подобных сложностей? Почему на одних верфях сборка проходит легко и без лишних затрат, а на других – приводит к убыткам и ухудшению репутации?

Ответ может быть проще, чем кажется. Важно обратить внимание на модель поверхности корпуса судна, используемую при подготовке рабочей документации. Проверка сглаженной поверхности до начала производства – идеальное решение. Такой подход позволяет избежать множества проблем, которые могут возникнуть на поздних этапах.

Давайте рассмотрим факты. Увеличение зазоров сверх допуска на 2-3 мм может привести к увеличению брака сварных швов на 10-15%, увеличению деформации конструкции от сварки в 1,5-2 раза, а также увеличению расхода сварочных материалов и времени на изготовление сварных конструкций. Это только проблемы, которые возникают на стадии сборки.

Кроме того, можно добавить затраты времени на гибку листов, которые невозможно согнуть, исправление ошибок при моделировании конструкций на базе некачественной формы поверхности, внутренние напряжения в конструкции и повышенную коррозию корпуса.

Основная проблема заключается в качестве модели поверхности корпуса судна. Если она не соответствует требованиям и не учитывает технологические особенности производства, то проблемы неизбежны. Часто проверка поверхности сводится только к демонстрации рендеринга, а надежные средства контроля качества в используемом программном обеспечении отсутствуют.

Если вы хотите избежать излишних затрат и рисков при постройке корпуса судна, то проверьте качество сглаженной поверхности до начала производства. Если есть сомнения в ее качестве, обратитесь к нам, и мы проведем экспертную оценку вашей модели абсолютно бесплатно.

Судостроение – это бизнес, связанный с высокими финансово-экономическими рисками. Избежать лишних затрат на сборку и сварку корпуса судна можно, используя качественную модель судовой поверхности. Не стоит допускать ошибок на этапе проектирования, чтобы сэкономить себе множество проблем и ресурсов в будущем.

Материал подготовлен специалистами Научно-производственной компании SeaPlaz

Нас часто спрашивают о математической модели поверхности корпуса судна, и мы все больше убеждаемся в том, что большая часть проектных компаний не уделяет этому должного внимания. В этой статье формулируются основные стадии работы с математической моделью судовой поверхности. Надеемся, что эта статья также будет полезна студентам судостроительных вузов.

Начальная стадия — форма корпуса определяется исходя из эскизов общего расположения (профиль, план, мидель-шпангоут) и близкого прототипа поверхности, если таковой существует. Самый быстрый способ получения поверхности на этой стадии — это трансформация прототипа под чертеж общего расположения. Новая поверхность может быть получена буквально за час, при этом теоретический чертеж будет выглядеть достаточно профессионально. Отметим, что ваш инструмент формирования поверхности должен поддерживать такие функции трансформации. Теоретический чертеж и модель поверхности на этой стадии используются для выпуска предварительных корпусных чертежей, расчетов гидростатики, уточнения чертежей общего расположения, выпуска презентационной модели для демонстрации внешнего вида судна заказчику.

Стадия эскизного проектирования. После заключения контракта возникает необходимость более детального уточнения поверхности корпуса в соответствии с контрактной спецификацией судна. На этой стадии требования к качеству сглаживания поверхности выше, и важно избегать зазоров между участками поверхности. Если на первой стадии использовался примитивный инструмент моделирования, потребуется конвертировать модель в программу, позволяющую более детальное моделирование. Этого можно избежать, используя одно и тоже программное обеспечение.

Стадия гидродинамической оптимизации. В настоящее время все больше компаний использует CFD (вычислительная гидродинамика) для оптимизации корпуса судна. Это позволяет уменьшить сопротивление движению судна, повысить экономичность и уменьшить вредные выбросы. Гидродинамическая оптимизация требует высокой точности модели поверхности и представления корпуса как твердого тела. На этой стадии происходит последовательная локальная модификация поверхности на основе результатов прогона модели в CFD.

Окончательное сглаживание поверхности для производства. После завершения большей части проектных работ выпускается окончательная сглаженная поверхность корпуса судна. На этой стадии моделируются не только корпус, но и все внутренние криволинейные поверхности, рубка и мачты. Важно учитывать технологические особенности судоверфи и прорабатывать детали поверхности.

Стадия архивации модели. Несмотря на завершение проекта и постройку судна, математическая модель поверхности должна сохраниться для модернизации и новых проектов. Это сокращает время и затраты при проектировании новых судов и является важной интеллектуальной собственностью компании.

Резюмируя, важно организовать процесс работы с математической моделью поверхности корпуса судна с учетом всех этапов ее жизненного цикла. Это обеспечит более эффективное проектирование и более точные результаты при оптимизации и строительстве судов.

Вопросы оптимизации судовых движителей и внешних обводов корпусов судов являются одной из наиболее актуальных задач в судостроении. Специалисты России и всего мира борются за повышение эффективности судов при одновременном снижении стоимости проектирования, строительства и обслуживания судна. Этих целей можно достичь, применяя на ранних этапах жизненного цикла изделия современные технологии математического моделирования модельных и натурных испытаний, а также параметрической 3D-оптимизации объектов морской техники.

На примере гидродинамической оптимизации лопастей гребного винта в однородном потоке «Медиапалуба» расскажет о российской технологии трехмерной параметрической оптимизации, которая стремительно набирает популярность и уже применяется на ведущих предприятиях РФ. Эксклюзивным поставщиков данного продукта является компания «ЛС-Технологии».

Разработка технологии оптимизации гребных винтов представляется весьма непростой задачей, — комментирует генеральный директор компании «ЛС-Технологии» Любовь Лаврищева, много лет посвятившая оптимизации объектов морской техники в Крыловском государственном научном центре. — Одним из главных вопросов при подходе к оптимизации гребного винта, который до недавнего времени оставался открытым, является его параметризация. Невозможность удовлетворительно параметризировать реальную геометрию винта в привычных САПР с целью дальнейшего изменения его формы в реальном времени и в широком диапазоне параметров, а также сложности с передачей модели на расчет в автоматическом режиме, привело к необходимости разработки такой технологии, полностью отвечающей всем требованиям судостроительной индустрии.

Описание геометрии гребного винта согласно ОСТ

Процесс оптимизации предполагает наличие параметрической модели объекта исследования, в котором выделена определенная группа управляемых параметров. Их последовательное варьирование и приводит к улучшению искомых характеристик. Таким образом, важно хорошо понимать, как в судостроении описывается геометрия движителя, в частности, гребного винта.

Согласно отраслевому стандарту или ОСТ в геометрии винта можно выделить основные величины, характеризующие модель по относительным радиусам лопасти. Этими элементами для лопасти движителя являются:

• хорда, толщина, кривизна, шаг, саблевидность, откидка, позиция максимальной кривизны и позиция максимальной толщины, а также профиль лежащий в основе модели.

Каждая из вышеперечисленных характеристик является сплайном, который содержит обычно от 8 до 13 точек. Таким образом, применяя нехитрую математику, можно посчитать, что только на лопасть винта приходится более 100 исходных точек. Немаловажно, что гребной винт может содержать не единую профилировку, то есть состоять из нескольких аэродинамических профилей, что еще больше осложняет вопросы его параметризации.

Именно такой гребной винт фиксированного шага с не единой профилировкой рассматривается в этой статье.

Проблемы параметризации

Итак, мы уже убедились в том, что только на лопасть гребного винта приходится более 100 исходных точек, а в данном кейсе – более 150 за счет не единой профилировки. Поэтому принять каждую опорную точку сплайна как параметр – невозможно, особенно в рамках проведения инженерной оптимизации с моделированием течения вязкой жидкости. Ни один оптимизатор не способен эффективно работать с таким количеством параметров и выдавать оптимальную геометрию за приемлемое время. Кроме того, трудоемкое ручное построение геометрии винта в САПР не дает нам возможности управлять ее формой в реальном времени и в широком диапазоне параметров по многим причинам, в числе которых и количество исходных точек, и осцилляции, неизбежно возникающие на поверхностях винта, и потеря доступа к исходной математике винта при сохранении в IGS или STEP и многое другое.

Как видно из рисунка, система создает модель, состоящую из набора поверхностей и для того, чтобы геометрия превратилась в твердотельную, необходимо, чтобы все эти поверхности были сшиты между собой. Однако, даже попытка внести самые незначительные изменения в форму лопасти приводит к тому, что между поверхностями образуются многочисленные зазоры, и геометрия теряет свою «твердотельность». Такая модель не может быть передана в решатель, пока не пройдет процедуру трудоемкого «лечения», выполненного инженером вручную. Получается, что такая геометрия не готова к изменению ее формы и, следовательно, к дальнейшей параметрической 3D-оптимизации.

Решение

Многолетние исследования в области проблем параметризации привели к созданию программного продукта Flypoint Parametrica, базирующегося на собственном геометрическом ядре, которое на фундаментальном уровне обеспечивает свободу при выборе управляемых параметров модели и дает инженерам полный контроль над формой изделия. В Flypoint Parametrica модель состоит из единой поверхности, а все примыкания – гладкие и согласованные. Кроме того, благодаря алгоритмам эффективного использования деформационных кривых, Flypoint Parametrica минимизирует количество управляемых параметров без необходимости упрощения исходного математического описания и позволяет деформировать модель в самом широком диапазоне параметров и что важно – делать это в реальном времени.

Математическое моделирование обтекания гребного винта

Для нахождения гидродинамических характеристик гребного винта модельных размеров на режиме максимального КПД было проведено численное моделирование обтекания движителя в «свободной воде». Расчет выполнен в стационарной постановке с использованием метода RANS.

Оптимизация лопастей гребного винта

Целью оптимизации данного гребного винта являлась максимизация КПД на заданном режиме работы движителя. Также были введены следующие ограничения:

• Упор на лопастях оптимального гребного винта не ниже исходного значения
• Момент на валу – не выше исходного значения
• Начальное минимальное давление в области вращения движителя не меньше оптимального. Это ограничение необходимо для минимизации рисков возникновения кавитации на лопастях винта.

В качестве управляемых параметров выбраны 3 параметра по шагу лопасти гребного винта и 2 параметра по кривизне лопасти с фиксацией на корневых и на концевых сечениях. Трехмерная параметрическая оптимизация судового движителя стала возможной благодаря эффективной работе с трехмерной моделью в Flypoint Parametrica и платформе LS-TECH Framework, обеспечивающей полную автоматизацию всех компонентов технологии оптимизации. В частности, в LS-TECH Framework все процедуры оптимизации, включая генерацию геометрии, управление настройками решателя, построение расчетной сетки, и предварительный анализ результатов на каждой итерации полностью автоматизированы, и не требуют от специалистов экспертных знаний в оптимизации для первичной настройки процесса. Кроме того, LS-TECH Framework позволяет проводить интеграцию с любыми программными продуктами как коммерческими, так и собственной разработки.

Разработчики «ЛС-Технологий» максимально упростили порог входа в задачи оптимизации, избавив пользователя как от проблем параметризации сложных криволинейных поверхностей, так и от непростого скриптования и интеграции с различными программами.

Компания «ЛС-Технологии» является аккредитованной IT-компанией и разработчиком LS-Tech Framework, а сам программный комплекс входит в Реестр Российского программного обеспечения.

Результаты 3D-оптимизации

По итогам оптимизации КПД гребного винта увеличен на 3,1% при сохранении всех заданных ограничений по минимальному давлению, упору и моменту. Особо отметим, что минимальное давление в области вращения движителя возросло на 12,8%, что положительно сказалось на кавитационных характеристиках движителя.

	До оптимизации	После оптимизации	Сравнение
Pmin	-117,8	-107,6	+12,8%
KT	0,104	0,109	+4,8%
10KQ	0,2180	0,2180	0,0%
η0	0,606	0,637	+3,1%

Обратимся к распределениям управляемых параметров шага и кривизны гребного винта до и после оптимизации. Красным цветом показаны исходные распределения, а темно-синим – значения параметров, полученные в результате оптимизации. Хорошо видно, что оптимизатор предложил увеличить значение шага на корневых и концевых участках лопасти винта, что положительно сказалось на показателях упора. Что касается кривизны, то здесь напротив по итогам оптимизации предложено уменьшить ее значение по всей длине лопасти.

Более того, предварительная оценка на кавитацию с помощью мониторинга мест на лопастях, в которых значение давления ниже давления насыщенных паров, показала, что, для модели гребного винта в результате оптимизации удалось сократить область пониженного давления на засасывающей стороне лопасти, а также повысить давление на концевых сечениях на нагнетающей стороне лопасти, что позволило увеличить подъемную силу, а, следовательно, и упор на лопастях гребного винта.

Итоги

Благодаря Flypoint Parametrica удалось решить одну из наиболее непростых и актуальных задач в судостроении – проблему параметризации сложной криволинейной поверхности гребного винта. Теперь формой модели можно с легкостью управлять в режиме реального времени и в широком диапазоне параметров! Компания «ЛС-Технологии« полностью автоматизировала процессы трехмерной параметрической оптимизации средствами LS-TECH Framework – программной платформы, которая помогает сделать оптимизацию доступной и понятной пользователям.