Software & Systems

На современном этапе развития систем автоматизированного исследовательского проектирования (САИПР) сложных инженерных объектов, кроме внедрения новых технических средств САИПР и использования передового общесистемного программного обеспечения, постоянно идет процесс разработки, создания и совершенствования математических моделей (ММ) проектируемого объекта и его подсистем, которые реализуются в виде пакета прикладных программ (ППП) и представляют собой ядро функционального наполнения САИПР конкретного назначения.

Развитие функционального наполнения САИПР с целью расширения спектра решаемых в процессе исследовательского проектирования задач объективно заставляет разработчиков ППП использовать знания различных фундаментальных и прикладных наук, непосредственно и опосредованно связанных с теорией создания и использования проектируемого объекта и его подсистем.

Так, например, в ППП САИПР кораблей и судов, кроме прикладных кораблестроительных дисциплин -теории проектирования, теории корабля, строительной механики корабля - широко используются результаты исследований в области теоретической гидромеханики, теории упругости, радио- и гидролокации, акустики, химии, термодинамики, теории надежности, радиоэлектроники, а также геометрии, теории вероятностей, исследования операций, экономики.

Следует подчеркнуть, что в отличие от наиболее распространенных в настоящее время технологических систем автоматизированного проектирования (САПР), в которых первичными (низовыми) функциональными элементами выступают описания объектов, формирующих проектируемое инженерное сооружение, дли САИПР такими элементами являются математические модели (ММ), по результатам совместного использования которых рождаются описания соответствующих объектов для конкретного варианта проектируемого инженерного сооружения. Естественно, что ММ обеспечиваются соответствующими исходными данными, и на них накладываются ограничения различного характера.

При проектировании нового сложного инженерного объекта на ранних стадиях практически параллельно идет процесс разработки его подсистем. Поэтому в указанный период проектирования наиболее устойчивыми к колебаниям конструкторской мысли являются ММ, а не описания комплектующих элементов. Попытки создания информационного обеспечения (ИО) САИПР по образу технологических САПР, включающих описания комплектующих элементов, не оправдали себя в связи с высокой динамикой изменения указанных описаний на ранних стадиях. По опыту создания САИПР корабля описаниями входных параметров вновь создаваемых подсистем, модулей и элементов, заносимыми и хранящимися в базах данных (БД) И О, практически воспользоваться не удается, так как к моменту проведения очередного этапа исследований по кораблю в целом, информация о большинстве его новых подсистем устаревает. Это не относится только к наиболее консервативным элементам основных подсистем корабля, таким как торпедное оружие и энергетическая установка. В остальном содержание постоянно пополняемых БД может представлять интерес с точки зрения прослеживания хода развития конструкторской мысли и возможных возвратов к старым идеям на определенных этапах разработки подсистем.

Как уже указывалось выше, разработка новых ММ для пополнения ППП САИПР основывается на передовых знаниях многих специальных дисциплин и зачастую (ввиду отсутствия хорошо разработанной теории) базируется на основе целого ряда эмпирических и полуэмпирических зависимостей, касающихся наиболее сложных и, следовательно, наименее изученных свойств и подсистем проектируемого инженерного объекта. Например, в состав функционального наполнения САИПР кораблей и судов входит блок ММ оценки одного из их важнейших свойств - заметности, которая базируется на определении ряда параметров физических полей (ФП) корабля.

До настоящего времени в большинстве своем ММ оценки уровней ФП кораблей разрабатываются в рамках соответствующих прикладных наук на основе обобщения статистического материала натурных и модельных испытаний. Следовательно, такие ММ требуют постоянной корректировки и уточнения по мере накопления информации о внедрении новых проектных решений и новых экспериментальных данных. Несмотря на определенную ограниченность эмпирических и полуэмпирических ММ, включение их в состав функционального наполнения САИПР представляется процессом объективным, так как это наиболее простой и быстрый путь моделирования отсутствующих элементов ММ инженерного сооружения в целом. Так, в состав САПР фирмы ВМТ (British Maritime Technology, Великобритания), позволяющей обеспечивать решение задач автоматизированного проектирования и производства кораблей и судов,

входит программный модуль SEN AM, который обеспечивает выполнение расчетов по гидродинамической оценке формы корпуса. В нем используется полуэмпирический метод оценки элементов сопротивления и пропульсивных характеристик.

Исходя из изложенного, ИО САИПР должно иметь своей целью обеспечение возможности построения необходимых, но отсутствующих ММ, а также систематическую корректировку существующих стохастических ММ по результатам натурных, модельных и вычислительных экспериментов с учетом технических решений, реализуемых при создании соответствующих сложных инженерных объектов. В идеале вся система ИО САИПР должна позволить автоматизировать указанные выше процессы составления и корректировки ММ.

Таким образом, система ИО автоматизированного исследовательского проектирования достаточно специфична и в корне отличается по целям и содержанию от сиситем ИО типовых САПР. Она должна включать:

-    БД натурных, модельных и вычислительных экспериментов;

-    БД ретроспективных проектных решений инженерного объекта и его подсистем;

-    специальное математическое обеспечение, позволяющее формировать и корректировать ММ (программы регрессионного анализа, интер- и экстропо-ляции, аппроксимации, анализа временных рядов, планирования эксперимента и т.д.).

Кроме того, ИО САИПР, как и любой другой автоматизированной системы обработки информации, должна содержать БД исходных данных и ограничений, накладываемых на проектируемый объект, его свойства и подсистемы, а также уже сформированных опорных вариантов исследуемого объекта.

Разработка и использование системы ИО автоматизированного исследовательского проектирования сложных инженерных объектов позволит обеспечить замкнутость в плане автоматизации всего процесса их проектирования:

-    автоматизацию сбора и хранения материалов натурных, модельных, и вычислительных экспериментов и проектной документации по созданным соответствующим инженерным объектам и их подсистемам;

-    автоматизацию планирования, проведения натурных и модельных испытаний и обработки их результатов;

-    автоматизацию построения недостающих и корректировку существующих ММ, предназначенных для использования при исследовательском проектировании;

-    создание "дружелюбной" автоматизированной системы интеллектуальной поддержки исследовательского проектирования сложных инженерных объектов,ориентированной на специалистов в соответствующихпредметных областях.

Кроме того, такая система И О может использоваться как информационно-справочная и обеспечивать сравнительно простую подготовку проектов на модернизацию уже спроектированных инженерных объектов.