СУДОСТРОЕНИЕ
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ CAD-СИСТЕМ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОБВОДОВ КОРПУСА
А. Л. Ходоровский (ЦКБ МТ
Сегодня трудно представить процесс проектирования без применения компьютерной техники, особенно в крупных проектных организациях.
Рассмотрим опыт использования CAD-систем применительно к проектированию обводов теоретической поверхности корпуса подводной лодки (ПЛ). Следует отметить, что проектирование обводов корпуса ПЛ во многом отличается от проектирования обводов надводных кораблей.
На протяжении многих лет для задания обводов ПЛ в ЦКБ МТ «Рубин» используется метод радиусографии. Это объясняется необходимостью использования дуговых обводов для прочных конструкций корпуса, более высокой технологичностью таких обводов, обеспечением гладкости поверхности на начальной стадии ее задания, адекватностью воспроизведения обводов на плазе, простотой работы с сечениями шпангоутов, состоящими из участков дуг окружностей.
Метод радиусографии имеет две основные особенности:
поверхность строится путем «протягивания» сечения, состоящего из участков дуг и прямых, вдоль направляющих линий, причем параметры каждого элемента сечения меняются по своему определенному закону. При грамотном задании метод обеспечивает гладкость обводов уже на начальной стадии проектирования. Кроме того, можно модифицировать поверхность, сохраняя ее гладкость, путем изменения закона ее построения;
полученная поверхность имеет в любом шпангоутном сечении контур, состоящий из участков дуг и прямых, причем это происходит не аппроксимацией криволинейного сечения, а обеспечивается способом задания.
Первое обстоятельство определяет свойства обводов на этапе проектирования и требования к применяемой CAD-системе, второе — свойства обводов на этапе изготовления, поскольку гнуть каждый шпангоут по заданному радиусу проще, чем по криволинейному шаблону, что является определяющим, поэтому для проектирования обводов ПЛ до сих пор используется именно метод радиусографии.
Одним из недостатков метода является обеспечение гладкости смежных участков поверхностей не по второй, а только по первой производной, что, однако, не оказывает существенного влияния на гидродинамику лодки в расчетных режимах эксплуата-
ции. Этот очень простой по своей сути метод не может быть реализован во многих из существующих CAD-систем, хотя построение отдельных сечений в трехмерном пространстве (а не поверхностей) не представляет проблем.
Необходимо отметить, что метод радиусографии является определяющим только при проектировании подводных лодок. Для прочих объектов, а также на стадиях ранних проработок формирование обводов производится другими методами, которые предоставляют имеющиеся CAD-системы. С использованием различных CAD-систем за последние четыре года были спроектированы корпуса подводных лодок и аппаратов,
Оформление итоговой документации
Теоретический чертеж (бумага)
Плазовая таблица (бумага)
Рис. 1. Схема процессов, влияющих на формирование обводов корпуса
надводных судов различного водоизмещения, судна с малой площадью ватерлинии, буровых платформ различных конструкций и др. Эти работы позволили сделать определенные выводы о возможности использования каждой из имеющихся систем для проектирования обводов корпуса, выявить сильные и слабые стороны каждой из них. Одновременно были выработаны требования к «идеальной» системе с учетом специфики бюро.
Рассмотрим процесс формирования обводов корпуса, одновременно формулируя те требования, которым должна удовлетворять применяемая для этого система. На рис. 1 приведена упрощенная схема процесса формирования обводов корпуса и указаны основные этапы проектирования и их взаимосвязи. Здесь следует обратить внимание на два этапа: первый — это процесс согласования обводов отдельных участков поверхности корпуса с другими конструкциями и устройствами ПЛ; если эти требования окончательно не определены, то создается промежуточный вариант обводов, который корректируется на дальнейших стадиях проектирования, — это второй этап. Подобных циклов на каждом этапе может быть несколько и чередоваться они могут в любой последовательности. Заключительные этапы в пояснении не нуждаются.
Из рис. 1 видно, что и до, и после, и в процессе разработки обводов корпуса необходимо активно обмениваться информацией со специалистами других отделов, в основном по сечениям на том или ином шпангоуте или габаритам устройств. Во-первых, вся графическая информация поступает к разработчику обводов в форматах AutoCAD или CADKEY, и в таком же виде должны выдаваться результаты работы. Во-вторых, даже в рамках одного этапа проектирования (например, техпроект) обводы корпуса претерпевают очень много изменений, которые необходимо отрабатывать в сжатые сроки. Часто параллельно прорабатываются 2—3 варианта одного проекта. Таким образом, система должна обеспечивать внесение изменений в уже существующую геометрию без переделки ее целиком. В-третьих, необходимо обеспечивать передачу не только графической информации, но и численных значений для проведения
дальнейших расчетов по статике, динамике, нагрузке и т. д. Это не только единичные данные (водоизмещение, площадь смоченной поверхности, моменты инерции), но и большие массивы, описывающие обводы как корпуса в целом, так и отдельных помещений, цистерн и выгородок. Кроме того, система должна обеспечивать получение всей необходимой плазовой информации (а плазовая таблица для лодок несколько отличается от обычной плазовой книги надводных кораблей). Таким образом, основным требованием к инструменту проектирования является наличие у него ряда возможностей, а именно: создание и корректировка требуемых обводов, обмен данными с другими CAD-системами, передача данных по геометрии в другие расчетные программы, формирование плазо-вой таблицы.
Познакомившись с методами проектирования и определив требования, которым должны удовлетво-
рять используемые CAD-системы, перейдем к обзору систем, используемых в ЦКБ МТ «Рубин» для проектирования обводов корпуса. На сегодняшний день их четыре: CADKEY, АПИРС, CADDS5 и Pro/Engineer.
Из рассматриваемых ниже четырех систем только АПИРС была специально приобретена исключительно для работ по проектированию обводов корпуса. Остальные системы, наряду с AutoCAD, активно используются другими подразделениями бюро для решения своих задач.
Система CADKEY с приложениями FastSURF и FastSOLID применяется на стадии рабочего проекта для окончательного задания обводов методом радиусографии (на уровне отдельных сечений), получения всей необходимой плазовой информации. Кроме того, CADKEY используется на тех стадиях проектирования, которые не требуют создания сложных поверхностей и их постоянной модификации: оформление теоре-
2 Судостроение № 6, 1999 г.
nPOKTHPOBAM СУДЮВ
cyÄOCTPOEHWE 6'1WV
тического чертежа, различные проработки на уровне каркасной геометрии, проектирование несложных обводов с использованием поверхности и твердых тел. Преимущества CADKEY: удобство работы с трехмерными объектами и наличие всех необходимых функций для создания объемной каркасной геометрии; удобная работа со сплайнами и коническими кривыми; возможность работы с поверхностями и твердыми телами; наличие форматов обмена IGES, DXF, DWG. К недостаткам CADKEY относятся ограниченность средств создания поверхностей по различным законам, что не позволяет реализовать метод ради-усографии на уровне поверхностей, и отсутствие возможности модифицировать уже созданную геометрию. На рис. 2 представлены обводы подводной лодки, заданные методом радиусографии и построенные на каждом практическом шпангоуте. С этой же модели получается вся необходимая плазовая информация в виде текстового файла, который формируется в таблицы в MS EXCEL. На рис. 3 приведен корпус буксира, построенного средствами FastSURF, где показаны сечения по шпангоутам, батоксам и ватерлиниям в трехмерном виде в двух ракурсах. Эти сечения получены как линии пересечения соответствующих плоскостей с поверхностью корпуса. Рис. 4 иллюстрирует возможности FastSOLID на примере твердотельной модели якоря Холла, при создании которой использовались булевы операции и сопряжения. Заданы все элементы вплоть до литейных радиусов.
Отечественная система АПИРС
применяется на ранних стадиях проектирования (предэскизный, эскиз-
Рис. 4. Электронная модель якоря Холла, разработанная в СЛЭКБУ
ный и технический проекты), разработана специально для проектирования обводов корпуса и отличается возможностью модифицировать уже созданные поверхности, что обеспечивает широкий диапазон прорабатываемых вариантов и оперативность отработки вносимых изменений. Это достигается благодаря использованию математики (кривые и поверхности Безье), позволяющей быстро создавать и модифицировать обводы произвольной формы. Другим преимуществом АПИРСа является возможность передачи численных данных в систему СТАТИКА, разработанную в ЦКБ МТ «Рубин». Для описания обводов в СТАТИКЕ используется огромный массив точек, который генерируется АПИРСом автоматически. Кроме того, существует возможность «нарезки» отдельных помещений. Например, при проектировании ледостойкой буровой платформы со сложной комбинацией наружных обводов и внутрен-
них переборок цистерн вся необходимая геометрия была задана в AПИРСе за полдня, и в течение следующего рабочего дня было задано для проведения расчетов по статике порядка 100 отдельных помещений. Графическая информация передается через формат обмена DXF в виде любых сечений, каркасных линий, сетки шпангоутов и сети поверхности в двух- и трехмерном виде (существуют и другие форматы обмена, например Autocon, FastSHIP или Intergraph, но они весьма специфичны и другими имеющимися системами не поддерживаются). К недостаткам AПИРСа относятся: ограниченность средств создания поверхностей по различным законам, что не позволяет реализовать метод радиусографии в полном объеме; некоторые сложности с построением «каркасной» геометрии; отсутствие формата обмена IGES для передачи поверхностей; недостаточная точность аппроксимации сечений дугами при передаче в DXF. Эти недостатки не позволяют и
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.