Удосконалення методів проектування кораблів і обгрунтування проектних рішень

І.Г. Захаров, доктор технічних наук, професор, контр-адмірал; В. В. Ємельянов, кандидат технічних наук, капітан 1 рангу; В.П. Щеголіхін, доктор технічних наук, капітан 1 рангу; В.В. Чумаков, доктор медичних наук, професор, полковник медичної служби

Кораблі є найважливішим компонентом сил, що використовуються у збройній боротьбі на море. Вони представляють собою складні технічні системи високому ступені ієрархії. У них об'єднані в єдиний комплекс різноманітні зброю і технічні засоби з різним характером бойового і повсякденного функціонування, а також ступенем впливу на ефективність виконання поставлених завдань. Нарешті, на відміну від інших бойових систем (танки, літаки і т.д.) кораблі є найдорожчими і малосерійними системами. Тому заздалегідь потрібно впевненість у доцільності створення того чи іншого корабля з відповідними тактико-технічними елементами (ТТЕ). Це обумовлює труднощі і багатоступінчата проектування корабля, а також значний консерватизм рішень під час цього процесу. У класичному випадку процес проектування включає кілька етапів:

дослідне проектування, яке має на меті розробку оперативно-тактичного завдання (ОТЗ) і тактико-технічного завдання (ТТЗ) на проектування. Дослідницьке проектування визначає доцільність створення корабля, перевіряє реалізовуваність основних технічних рішень та принципів конструктивного оформлення корабля;

ескізний проект, в якому уточнюються основні ТТЕ корабля і вибирається декілька найбільш оптимальних варіантів для подальшої роботи;

технічний проект, остаточно встановлює основні ТТЕ і завершальний творчу пошукову роботу вибором єдиного варіанта;

робочий проект, за яким починається споруда корабля.

Початковий етап проектування, до розробки ТТЕ включно, завжди виконувався в центральних наукових організаціях ВМФ (ЦНІВК, НТК, 1-й ЦНДІ МО) за участю ряду спеціальних науково-дослідних установ. Саме цей етап проектування є найважливішим і менш відомим. Тим більше, що за весь післявоєнний період на цьому етапі відбулися найбільші зміни. Таким чином, процес проектування починається з формування загального задуму створення корабля, який виходить з покладених на корабель завдань і грунтується на досягненнях науково-технічного прогресу. Згідно із загальним задумом визначається технічний вигляд з оптимальним поєднанням ТТЕ, необхідних для розробки науково обгрунтованого завдання на наступні стадії проектування. Розробку таких завдань і називають дослідницьким проектуванням. Дослідницьке проектування як самостійна галузь в загальній теорії проектування кораблів сформувалося відносно недавно - в 50-60-х роках, коли кораблебудування перейшло на шлях комплексного впровадження досягнень науково-технічного прогресу.

Порівняння з кораблями-аналогами, як метод вибору ТТЕ нових кораблів, багато в чому втратило своє значення у зв'язку з істотними змінами в характері озброєнь боротьби на море, а роль конкретних прототипів зменшилася в результаті високих темпів науково-технічних досягнень з низки видів озброєння і технічних засобів. Бойові дії сучасних кораблів-аналогів можуть різко відрізнятися в Залежно від розв'язуваних завдань кораблями, загальною оперативно-стратегічної обстановки та військово-географічних умов, що неминуче відіб'ється на задумі створення і вигляді кораблів і, отже, на ступені розвитку та співвідношенні окремих їх якостей. Нарешті, безмежні можливості науки і техніки, які відкрилися на початку 60-х років, породили в ряду військових і вчених ілюзію можливості створення принципово нових кораблів, здатних замінити традиційні класи. Ці обставини певною мірою призвели не тільки до волюнтаризму в використанні кораблів, а й до значних перекосів в розвитку науки проектування не тільки кораблів, але і озброєння.

Так, у 60-70-х роках сформувався погляд на розвиток техніки, як повністю підпорядковане тактики бойового використання. Це призвело до ігнорування тієї ціни, за яку виходили задані ТТЕ. Однак об'єктивні наукові результати при проведенні досліджень з обгрунтування ТТЕ могли бути отримані тільки при розгляді єдиної системи корабель-озброєння. На початку 70-х років такий погляд на проблему проектування вже став домінуючим, хоча і не всеосяжним. Разом з тим у вітчизняному кораблебудуванні в 70-х роках почався перехід до створення кораблів, їх озброєння і технічних засобів з більш повної взаємної ув'язкою. Щоправда, і в 90-х роках такий підхід трактувався тільки в теорії.

У методологічному плані потреби практики дослідного проектування і відповідний науковий потенціал зумовили подальше вдосконалення графоаналітичних методу проектування на основі спільного використання методів подібності і математичної статистики. У поєднанні з приватними графічними опрацювання це дозволило багато в чому відійти від конкретного прототипа. Великий внесок у розвиток цих методів внесли А. И. Балкашинов, С. А. Базилевський, Л. Б. Бреслава, Б. А. Колизаев, А. И. Косоруков, В. А. Литвиненко, Г. І. Попов, А. Е. Цукшвердт і інші вітчизняні вчені ВМФ.

Нарешті, зусиллями вітчизняних і зарубіжних вчених були розроблені методи оцінки кількісних показників, а також математичні моделі оцінки бойової ефективності та військово-економічної оптимізації ТТЕ на стадії проектування кораблів. Дані моделі базуються на ймовірносно описі процесу бойових дій і моделюванні не окремих тактичних ситуацій, а операцій або систематичних бойових дій в цілому, і показники ефективності вибираються в суворій відповідності з поставленими цілями - основним принципом, сформульованим у теорії бойової ефективності академіком А. Н. Колмогоровим. У вирішенні цих питань брали участь В. А. Абчук, І. Я. Дінер, Ф. А. Матвійчук, М. П. Прохоров, С. К. Свірін, В. Г. Суздаль, Л. Ю. Худяков та інші.

Будь-яке проектування, у тому числі і дослідницьке, базується на величезному кількості вихідних даних. При цьому перспективні протидіють бойові системи на момент проектування нового корабля достовірно невідомі, внаслідок чого виникає необхідність отримання прогнозу їх характеристик. З цієї через велике значення в дослідницькому проектуванні мають методи наукового прогнозування, які набули значного розвитку в 70-80-х роках в розробках В. П. Кузина, В. М. Пастушенко, Ю. П. Убранцева та інших.

Все це розширило можливості розробки та об'єктивної порівняльної оцінки варіантів проектованого корабля з істотно відмінними один від одного технічними рішеннями.

Новим у вирішенні окремих завдань дослідного проектування було використання засобів ЕОТ, хоча вона ще не повною мірою забезпечувало комплексну оптимізацію процесу, враховуючи необхідну багатоваріантності, глибини і оперативності проектних досліджень.

Істотним кроком у розвитку методів дослідного проектування в 70-і роки з'явилося створення та впровадження в 1-м ЦНІІМО системи автоматизованого проектування (САПР) - принципово нового програмно-технічного інструменту проектних досліджень. Вказана система була створена великим колективом учених ВМФ: В. Н. Бурові, Ю. С. Вольфсон, Б. А. Колизаевим, Л. Ю. Худякова, П. А. Шауб і іншими.

Завдяки створення САПР стало можливим вирішувати всі завдання дослідницького проектування в комплексі, починаючи з технічної розробки варіантів корабля і закінчуючи оптимізацією його ТТЕ за критеріями бойової та військово-економічної ефективності на базі різноманітних розрахунків за більш точним математичним моделями. Створення САПР в значній мірі усунуло розриви між об'єктивною потребою збільшення багатоваріантності, глибини і підвищення оперативності проектних досліджень, обчислювальними можливостями спеціалістів та засобами інженерного праці, які були раніше в їх розпорядженні. Стали реальними опрацювання і комплексна оцінка до декількох сотень варіантів проектованого корабля.

У 80-і роки в розвитку теорії та методів дослідного проектування відзначається подальше вдосконалення системного підходу до створення кораблів у комплексі з їх зброєю і технічними засобами, а також засобами бойового і повсякденного забезпечення. Саме системний підхід став головною методичної основою створення математичних моделей для САПР. Системний підхід визначається як оптимальна технічна реалізація задуму створення корабля за наступними основних факторів:

бойової ефективності при виконанні бойових завдань в різних умовах і різними способами;

науково-технічним можливостям створення технічних засобів до необхідного терміну;

взаємозв'язку окремих підсистем корабля між собою, в тому числі побудови структури корабля у вигляді взаємодіючих функціональних комплексів з урахуванням динаміки їх спільної роботи і принципу ієрархічної оптимізації;

економічної обгрунтованості та забезпеченості створення необхідного числа кораблів в задані строки;

наявності і станом взаємодіючих і забезпечують сил і засобів.

Окремі принципи системного підходу, що стосуються в основному оцінки технічної сумісності та приватної оптимізації підсистем корабля, приймалися до уваги протягом всієї історії кораблебудування. При цьому відповідні завдання в минулому були відносно простими через порівняно слабку технічної взаємозв'язку підсистем.

Після створення САПР поняття системного підходу істотно розширилося. У ньому відображено облік багатьох факторів, що забезпечують оптимізацію ТТЕ кораблів як єдиної системи корабель-озброєння-засоби забезпечення, що вимагає розробки і вдосконалення відповідних кількісних методів. Значний внесок у розвиток методології системного підходу внесли вчені ВМФ: І. Г. Захаров, М. М. Четвертак, П. А. Шауб та інші. Завдяки впровадженню принципів системного підходу в 80-х роках колективу вчених ВМФ вдалося розробити досить багато математичних моделей для САПР 1-гоЦНІІМО, ув'язаних за інформацією, і, отже, вперше здійснилося автоматизоване дослідне проектування.

Багато створені для САПР математичні моделі володіли значною новизною і оригінальністю. До таких моделей можна віднести: операційну модель (моделювання бойової операції) для оцінки підводних човнів (Л. Ю. Худяков) і надводних кораблів (В. І. Нікольський), оцінку живучості надводних кораблів (А. М. Іванов, А. И. Косоруков), імітаційні моделі бойових дій і оцінку надводних кораблів (С. А. Іванов), спільне проектування "корабель - основна зброя" (С. А. Губкін, М.М.Четвертаков-молодший), і ряд інших.

З початку 80-х років САПР 1-гоЦНІІМО стала активно використовуватися для обгрунтування ТТЕ практично на всі кораблі. Першою підводним човном, обгрунтування якої було проведено на САПР. стала атомний підводний човен проекту 945А, а з надводних кораблів - СКР проекту 11540.

Наприкінці 80-х років значний розвиток в САПР отримали методи геометричного моделювання для отримання графічного зображення варіанти корабля в процесі його проектування на більш пізніх етапах автоматизованого дослідного проектування (АІП) і для отримання координат різних його елементів у процесі різноманітних розрахунків, у тому числі і живучості. Для цього в математичну модель АІП була включена геометрична модель корабля (розроблена Н. В. Нікітіним).

Разом з методами визначення кількісних характеристик автоматизованого дослідного проектування постійно вдосконалювалися і методи оптимізації. Так, наприкінці 80-х років в САПР, поряд з традиційними методами оптимізації, було впроваджено й апробовано на ряді ТТЕ метод багатокритеріальної оптимізації багатоцільового корабля, розроблений І.Г. Захаровим. Поряд з створенням математичних моделей визначалася і спеціальна технологія роботи на САПР: розроблялися послідовність виконання моделей, організація даних для розрахунків (розробка баз даних), форма представлення отриманих результатів та багато іншого.

Спочатку САПР створювалася як система для стадії дослідного проектування з метою вироблення рекомендацій керівництву щодо прийняття рішень на стадії формування ТТЕ. Однак пізніше, використовуючи раніше досягнутий результат, є можливість автоматизувати та інші важливі завдання, які вирішуються науковими організаціями ВМФ, такі як:

обгрунтування планів військового кораблебудування;

відпрацювання спільних вимог до проектування кораблів і суден та обгрунтування цих вимог;

обгрунтування напрямків розвитку корабельного озброєння і корабельної техніки на перспективу;

оптимізація терміну служби корабля і оцінка доцільності модернізації;

оцінка нових проектних рішень, які прямо не впливають на ТТЕ (наприклад, компонування корабля та її вплив на ефективність через живучість і т.п.);

науково-технічне супроводження, коли з використанням САПР здійснювалася оцінка відхилення від ТТЕ і виходили кількісні показники для експертизи готового проекту.

В цілому теорія і методи дослідного проектування постійно удосконалюються і їх впровадження в практику сприяє прискоренню науково-технічного прогресу в кораблебудуванні.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.navy.ru/