Разработка программного обеспечения для имитационного моделирования технической эксплуатации корпуса судна.

 

Житников Антон Вадимович,

аспирант кафедры Конструкции судов.

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Кулеш Виктор Анатольевич.

Дальневосточный Государственный Технический Университет.

 

Целесообразность использования имитационного моделирования для планирования технической эксплуатации судов и исследования коррозионного износа корпусов очевидна из-за действия следующих факторов:

1.    Трудности постановки экспериментов и постоянного наблюдения в реальных условиях из-за длительности процесса.

2.    Сложность системы технической эксплуатации, включающей повреждения, освидетельствования и ремонты.

3.    Наличие стохастических процессов и влияние «человеческого фактора».

Имитационные модели разделяют на дискретные, непрерывно изменяющиеся и комбинированные. Для рассматриваемой в работе модели коррозионный износ представляет непрерывный процесс. Оценка соответствия износов и деформаций допускаемым нормативам и необходимость ремонта корпусных связей производится и устанавливается, как правило, во время очередных освидетельствований (через 5-летние интервалы), то есть дискретно. С учетом изложенного, проектируемая имитационная модель должна быть комбинированной.

Исследования коррозионного износа нефтеналивных и рыбопромысловых судов [1] показали, что наилучшим образом выборки скоростей износа характеризуют распределение Вейбулла и гамма-распределение. На рис.1 показаны характерные формы распределений скоростей износа корпусных конструкций в зависимости от возраста.

 

Рис. 1.

Распределения скоростей износа корпусных конструкций в зависимости от возраста.

 

Для определения параметров распределений могут быть использованы данные по остаточным толщинам из компьютерного банка технического состояния корпусов судов DEFHULL Регистра Судоходства.

Для имитационного моделирования разработана компьютерная программа на языке Visual Basic. Программа позволяет моделировать износ и технические освидетельствования отдельных конструкций корпуса судна. Для имитации коррозионного износа конструкция разбивается сеткой на ячейки, каждая из которых имеет своё значение износа и принадлежит какому-то листу (балке). Обращение к массиву ячеек происходит по координатам расположения и значению времени. В качестве временного шага в программе принято значение, равное одному месяцу.

Алгоритм программы имитационного моделирования следующий:

1.    Ввод исходных данных.

2.    Заполнение массива информации о листах (нумерация и построечные толщины).

3.    Рандомизация №1 (определение случайных мест износа).

4.    Рандомизация №2 (определение скоростей износа).

5.    Моделирование очередных освидетельствований.

6.    Просмотр результатов и формирование отчета.

В программе предусмотрено две рандомизации. Первая - для определения случайных мест износа, вторая – для разыгрывания случайных значений скоростей износа в любой момент периода эксплуатации судна. Закономерности распределения коррозионного износа вдоль и поперек судна задает пользователь с учетом блока помощи - «Help».

Исходными данными для второй рандомизации являются:

-начальный период отсутствия коррозии из-за эффективности антикоррозионной защиты ();

-скорость износа при , после прекращения действия антикоррозионной защиты (U); По этим данным определяется параметр  для Гамма-распределения в варьируемый момент времени t

После заполнения данными массива скоростей износа, программа моделирует проведение очередных освидетельствований, включающих в себя дефектацию, оценку технического состояния и ремонт конструкции. Допускаемые остаточные толщины по общему износу предварительно приняты 80% от построечных, по местному износу – 68%.

По окончании расчётов программа предоставляет отчет со схемами, отображающими скорости износа и проценты износа конструкции для любого возраста судна. Результаты очередных освидетельствований представляются в виде схем износов с выделением связей, требующих ремонта. Дополнительно предоставляются следующие данные:

-данные о скоростях износа связей;

-результаты дефектаций;

-информация о ремонтах;

-информация о допущенных ошибках при освидетельствованиях;

Для удобства анализа и статистической обработки информации предусмотрен экспорт данных в формат EXCEL.

Тестирование программы было произведено на примере верхней палубы танкера типа «Баскунчак». Приближённое число прогонов рассчитывалось по формуле из [2]

где -«скорректированная» относительная погрешность; -выборочное среднее; -выборочная дисперсия; -критическая точка t-распределения; -число прогонов; -уровень значимости.

 

Рис.2.

Объёмы ремонта на протяжении всего срока службы судна

- среднее значение;

- доверительный интервал;

- среднее квадратическое отклонение.

 

На рис.2 представлены объёмы ремонта палубы при каждом очередном освидетельствовании с доверительным интервалом для 26 прогонов имитационной модели. Анализ результатов позволяет сделать следующие выводы:

1.    Первые ремонты листов настила ВП появляются в 15 лет.

2.    Максимальные объёмы ремонта (21%) приходятся на освидетельствование в возрасте 30 лет.

3.    Наибольший прирост объёмов ремонта наблюдается в период 2025 лет, поэтому может быть принято решение о проведении освидетельствований через более короткие промежутки времени или обновлении корпуса.

4.    Спад в период 3045 лет связан с предшествующими значительными объёмами замен настила верхней палубы.

По результатам работы можно сделать следующие основные выводы:

1.    Разработанная программа предоставляет возможность имитационного моделирования технического состояния конструкций судов.

2.    Предложенная имитационная модель позволяет прогнозировать техническое состояние конструкций. На её основе можно принимать решения о назначении и объёмах технических освидетельствований и планировании реновации судна.

3.    Имитационная модель также может быть использована для исследования коррозионного износа судов разных серий и для назначения коррозионных надбавок толщин при проектировании конструкций судов.

В настоящее время получили широкое распространение программы расчётов прочности конструкции по МКЭ. Применение таких программ в комбинации с имитационным моделированием может позволить прогнозировать функционирование проектируемой системы полностью и корректировать соответствующие решения уже на стадии проектных разработок.

 

Литература.

 

1.    Житников А.В., Котлярова И.А. Анализ законов распределения для скоростей износа корпусов судов// Сб. «Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта», - Вып.46. Владивосток. ДВГТУ.- 2006, - С.125-132.

2.    Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика CS. 3-е изд. – СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004. – 847 с.: ил.

3.    Шеннон Р. Дж. Имитационное моделирование систем - искусство и наука. М.: Мир, 1978. – 418 с.

 

Поступила в редакцию 23 декабря 2007 г.