СУДОСТРОЕНИЕ 2'2004
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТОПОЛОГИИ ПРОКЛАДКИ И КОМПОНОВКИ КАБЕЛЬ-ТРАСС
А. В. Ярошенко, докт. техн. наук (ВМА им. Н. Г. Кузнецова)
УДК 591.1-74:629.5
Практика применения метода автоматического поиска топологически слабых мест в компоновке корабельных систем1 выявила факт того, что перекомпоновка идет «вслепую»: сначала конструктор моделирует на компьютере новый вариант прокладки кабеля или трубопровода, а уже потом делает количественную оценку выполненных действий. Поэтому поиск наилучшего варианта компоновки идет крайне неэффективным методом проб и ошибок. Исходя из этой ситуации, естественно возникла задача разработать такую систему автоматического проектирования (САПР), которая смогла бы автоматически проектировать прокладку электрических кабель-трасс наилучшим образом, а также компоновать межпереборочные и межпалубные сальники.
Для создания САПР топологии компоновки кабель-трасс необходимо решить следующие задачи: обосновать, разработать и математически описать критерий оптимальности, определить необходимые начальные условия, разработать алгоритм САПР и сам искомый метод, заключающийся в организации применения САПР.
Критерий оптимальности определяется рядом условий.
1. Поражение в произвольном месте любой кабель-трассы или произвольного межпереборочного или межпалубного сальника должно сопровождаться максимальной степенью сохранения функций корабля: Fх ^ max. В пределе ни одна функция при этом не должна потеряться ни на какую степень т. е. lim F1^ 1.
VR10
2. Протяженность всех кабель-трасс следует свести к минимуму: 1х ^ min.
3. Необходимо полностью исключить явление бифилярности силовых электрических кабелей постоянного тока: Bif = 0.
4. Следует разделить сильноточные и слаботочные электрические кабели по разным кабель-трассам межпереборочными и межпалубными сальниками с целью исклю-
чения наводок в слаботочных электрических кабелях от токов в сильноточных кабелях
V = 0).
Суть критерия оптимальности Кгор( состоит в том, что безусловно, в полном объеме, должны выполняться п. 3 и 4 и только после этого в максимально возможной степени п. 1 и 2. Математически это запишется следующим образом:
Kropt= (F1^ max)&(1x^ min)&(Bif = 0)&(Z = 0).
(1
Если из формулы (1) исключить ВН = 0 и V = 0 как безусловно выполняемые, а оставшиеся члены алгебраически представить в виде дроби, то окончательно математически критерий оптимальности можно записать следующим образом:
Kropt =
-->max
0 х
(2)
(Bif=0)&(Z=0)
Начальные условия. Алгоритм искомого САПР универсален. В качестве исходных данных он требует иметь конкретный проект корабля с уже выполненной компоновкой систем и механизмов, за исключением электрических кабель-трасс. Поэтому объективно у данного алгоритма должны быть некоторые начальные условия, обойти которые невозможно, а соблюдать — обязательно.
1. Все механизмы (т. е. вершины 1_-графа) имеют начально заданную компоновку2.
2. Все неэлектрические связи имеют начально заданную компоновку.
3. Компоновка петель любого цвета краски не рассматривается (так как этих связей фактически нет).
4. Все межпереборочные сальники располагаются только на 1 -й и 2-й палубах и обязательно только побортно (рис. 1).
5. Никакие электрические связи между элементами О и ТСК (вершинами 1_-графа) внутри одного отсека не рассматриваются
1 См. статью А. В. Ярошенко «Метод автоматического поиска топологически слабых мест в компоновке корабельных систем» (Судостроение. 2003. № 5).
2См. статью А. В. Ярошенко «Математическое описание технологической взаимозависимости всех систем и механизмов корабля и алгоритм его практического применения». (Судостроение. 2003. № 1).
\
Рис. 1. Расположение межпереборочных
сальников (заштрихованные области)
(так как предполагается, что компоновщик отсека это сделает сам в силу пока не формализованных соображений).
6. Все межпалубные сальники располагаются только побортно (рис. 2).
Рис. 2. Расположение межпалубных сальников
7. Конкретное количество межпереборочных и межпалубных сальников на конкретной переборке и (или) палубе определяет программа САПР.
8. Конкретное содержание каждой кабель-трассы (т. е. из каких
Рис. 3. Элемент прокладки кабель-трассы 20
конкретных электрических кабелей она состоит) определяет программа САПР.
9. Конкретное содержание каждого межпереборочного или межпалубного сальника (т. е. из каких конкретных электрических кабелей они состоят) определяет программа САПР.
10. Конкретные места расположения каждого межпереборочного или межпалубного сальника определяет проектировщик, но обязательно в местах их установки (см. рис. 1 и 2).
11. Электрическая связь от каждого механизма (вершины Аграфа) сначала должна идти перпендикулярно борту, а уже затем к тому или иному межпереборочному или межпалубному сальнику (рис. 3).
12. Предполагается, что в соответствующих массивах заданы все номера красок, математически описывающих электрические кабели сильного и слабого токов.
Алгоритм САПР. Опишем искомый алгоритм по пунктам и для наглядности дадим его блок-схему (рис. 4).
1. Берется /-я связь (первоначально / = 1).
2. У каждой переборки на 1-й и 2-й палубах с левого и правого бортов первоначально выделяется по одному межпереборочному сальнику сильного и слабого токов. Им присваивается № 1 (рис. 5).
Аналогично на каждой палубе каждого отсека с левого и правого бортов первоначально выделяются по одному межпалубному сальнику сильного и слабого токов. Им присваивается № 1 (рис. 6).
3. Если /-я связь электрического цвета краски, то переходим к следующему пункту алгоритма. Если нет, то к п. 15 алгоритма.
4. Если /-я связь связывает два механизма (вершины Аграфа), стоящих в одном отсеке, то переходим к п. 15 алгоритма, если нет, то к следующему пункту.
5. Проверяется, является ли /-я связь связью сильного тока или слабого? Если сильного, то все сальники, через которые она пройдет, будут относиться к сальникам сильного тока № 1. Если слабого, то к сальникам слабого тока № 1.
6. Если /-я связь — петля, то переходим к п. 15 алгоритма, если нет, то к следующему пункту.
С ПУСК )
Г1 i св =1
Г Первоначальное выделение сальников
Т7^—
"Зеркальный" путь
полученного решения
( ОСТАНОВ)
Рис. 4. Блок-схема алгоритма:
I — расположение всех межпереборочных сальников между этими отсеками по выбранному борту; II — то же, но в разных отсеках; III — у одного из механизмов, который стоит на более низкой палубе, делается ближайший переход из межпалубного сальника на нужную вышестоящую палубу
II
III
СУДОСТРОЕНИЕ 2'2004
ВОЕННОЕ КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ
Рис. 5. Пример расположения межпереборочных сальников между 1 -м и 2-м отсеками: 0 — сильного тока; 0 — слабого тока
7. Проверяется, является ли /-я связь резервной или бифилярной к ранее проложенной. Эта связь является резервной, если одновременно соблюдаются следующие условия: если она входит в ту же вершину [-графа, что и ранее проложенная; имеет тот же номер цвета краски и другой номер приоритета.
ся вдоль левого борта, в противном случае — вдоль правого.
9. Проверяется, стоят ли оба механизма (вершины [-графа), которые нужно связать электрическим кабелем, в трюме (3-я палуба)? Если да, то переходим к п. 11 алгоритма, если нет, то к следующему пункту.
10. Проверяется, на одной ли палубе, но в разных отсеках (см. п. 5 алгоритма) расположены эти два механизма? Если да, то предварительно принимается их расположение на всех межпереборочных сальниках между этими отсеками по выбранному борту (см. п. 8). Если нет, то у одного из механизмов (у того, который стоит на более низкой палубе) делается ближайший переход у межпалубного сальника на нужную вышестоящую палубу. Далее электрический кабель прокладывается по этой вышестоящей палубе у выбранного борта. Затем идет переход к п. 12 алгоритма.
11. Рассматриваемый электрический кабель сначала идет на 2-ю палубу через соответствующие межпалубные сальники, а потом вдоль выбранного борта через соответствующие межпереборочные сальники в другой отсек. Затем у ближайшего (вдоль своего борта!) межпалубного сальника снова в трюм и далее к исходному механизму.
12. Затем сразу же идет проверка (при помощи программы Е№кОУ_2.РАБ алгоритма «Энергия»1 всех межпереборочных и межпалубных сальников на максимальную степень сохранения всех функций корабля Р^. Если у какого-то межпереборочного или межпалубного сальника обнаружится потеря хоть части одной из функций Р^ < 1, то переходим к п. 13 алгоритма. В противном случае, т. е. когда ни у одного межпереборочного и межпалубного сальника не теряется ни одна функция, данный путь окончательно принимается и запоминается. Затем переходим к п. 15 алгоритма.
13. У того межпереборочного или межпалубного сальника, у которого Р^ < 1, открывается следующий по порядку новый сальник сильного или слабого токов соответственно рассматриваемой /-й электрической связи. Эту связь пропускаем именно через этот новый сальник (рис. 8, 9). Если у данного межпереборочного
Рис. 6. Пример расположения межпалубных сальников по левому и правому бортам (2-я палуба, 4-й отсек): 0 — сильного тока; 0 — слабого тока
Для определения бифилярности двухсилового электрического кабеля постоянного тока необходимо проверить его номер краски. Согласно начальным условиям следует задать пару бифилярных номеров цветов красок для силовых электрических кабелей постоянного тока. Если эти номера заданы, то переходим к п. 14 алгоритма, если нет, то к следующему пункту.
8. Определяется кратчайшее расстояние до одного из бортов для двух элементов (вершин [-графа), связанных данной /-й электрической связью (рис. 7). Если а1+02<Ь1+Ь2, то электрический кабель прокладывает-
1См. статью А. В. Ярошенко «Математическое описание технологической взаимозависимости его практического применения». (Судостроение. 2003. № 1).
Рис. 7. Условие выбора борта прокладки кабель-трассы:
1—5 — номера отсеков
или межпалубного сальника, у которого для /-й связи Р^ < 1 уже имеется несколько (два или более) сальников сильного и слабого токов, то проверяется Р^ у сальника № 2. Если и там
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.