Use of the designer's experience in systems of computer-aided design and artificial intelligence

Процесс создания проекта судна или корабля рассматривается как преобразование информации, содержащейся в техническом задании на проектирование, нормативных документах и знаниях проектанта, в информацию, объем которой позволяет реализовать проект. Проектирование может быть представлено как поиск решения в пространстве задач. Построение цепочки последовательно решаемых задач составляет методику проектирования. Проектные задачи могут быть разбиты на две группы. Первая группа ‒ это полностью формализуемые задачи, для решения которых есть известные алгоритмы. Например, построение теоретического чертежа по известным главным размерениям и коэффициентам формы. Ко второй группе задач можно отнести трудно формализуемые или неформализуемые задачи. Например, к задачам этого типа можно отнести разработку общего расположения корабля. Важнейшим инструментом проектирования современного корабля или судна является система ав­томатизированного проектирования (САПР). Решение САПР задач первой группы не представляет проблемы. Введение в состав САПР задач второй группы подразумевает разработку специального ма­тематического аппарата, базой для которого, которым является искусственный интеллект, использующий теорию нечетких множеств. Однако, настройка искусственных нейронных сетей, создание шкал для функций принадлежности элементов нечетких множеств и функций предпочтений лица принимающего решения, требует участие человека. Таким образом, указанные элементы искусственного интеллекта фиксируют качества проек­танта как специалиста и создают его виртуальный портрет. The process of design a project of a ship is considered as the transformation of information contained in the design specification, regulatory documents and the designer's knowledge into information, the volume of which allows the project to be implemented. Designing can be represented as a search for a solution in the space of problems. The construction of a chain of sequentially solved tasks constitutes the design methodology. Design problems can be divided into two groups. The first group is completely formalizable tasks, for the solution of which there are known algorithms. For example, the construction of ship's surface by known main dimensions and shape coefficients. Tasks of the second group may in­clude those which are difficult to formalize or non-formalizable. For example, tasks of this type can include develop­ment of general arrangement of a ship. The most important design tool of a modern ship or vessel is a computer-aided design system (CAD). The solu­tion of CAD problems of the first group is not a problem. Introduction of tasks of the second group into CAD implies development of a special mathematical apparatus, the basis for which is artificial intelligence, which uses the theory of fuzzy sets. However, the adjustment of artificial neural networks, the creation of scales for membership functions of fuzzy sets elements and functions of preferences of decision maker, requires human participation. Thus, the above elements of artificial intelligence fix the qualities of the designer as a specialist and create his virtual portrait.

Increasing the durability of the coupling "crankshaft neck – bearing liner" by applying nanocomposite additives to the engine oils of marine medium-speed diesel engines

Повышение долговечности трибосопряжений судовых дизелей, определяющих их ресурс, представляет собой актуальнейшую проблему, обусловленную как безопасностью мореплавания, так и экономическими факторами. Основной причиной отказов коленчатых валов двигателей, определяющих необходимость капитального ремонта, является износ шеек. Решение проблемы повышения износостойкости и, соответственно, долговечности связано с применением трибоактивных присадок в смазку. Несмотря на глубокие и обстоятельные исследования в области применения органо-неорганических материалов для использования в качестве присадок в моторное масло для повышения долговечности трибоузлов осуществить выбор оптимального материала для конкретных условий практически невозможно, так как исследования выполнены для различных условий эксплуатации и по различным методикам. Цель работы – разработка триботехнической присадки к моторным маслам, обеспечивающей повышение надежности и эффективности технической эксплуатации судовыхсреднеоборотных дизелей путем формирования тонкопленочного металлокерамического покрытия на поверхностях трения стальных деталей трибоузлов, позволяющего получить оптимальный комплекс параметров материала износостойкого покрытия. В работе представлены исследования эксплуатационных свойств присадок в моторное масло 17 органо-неорганических триботехнических материалов 4 групп — природные и искусственные полимеры, из которых были изготовлены свыше 20 композиций и композитов. Установлено, что наиболее перспективным является использование нанокомпозитов на основе вермикулита, модифицированного кислотой, в качестве присадок в моторное масло, так как они обладают минимальными коэффициентом трения при граничной смазке (0,007–0,014) а также высокой износостойкостью стали 40Х и обеспечивают минимальную величину скорости изнашивания вкладыша подшипника, благодаря чему повышается ресурс трибосопряжения более, чем в 3 раза, и соответственно снижаются эксплуатационные расходы. Increasing the durability of the tribo-couplings of marine diesel engines, which determine their resource, is an urgent problem due to both the safety of navigation and economic factors. The main reason for engine crankshafts failures, which determine the need for major repairs, is the wear of the necks. The solution to the problem of increasing wear resistance and, accordingly, durability is associated with the use of triboactive additives in the lubricant. Despite in-depth and thorough research in the field of application of organo-inorganic materials for use as additives in engine oil to increase the durability of tribo-nodes, it is almost impossible to choose the optimal material for specific conditions, since the studies were carried out for various operating conditions and according to various methods. The purpose of the work is to develop a tribotechnical additive to motor oils that provides an increase in the reliability and efficiency of technical operation of medium-speed marine diesel engines by forming a thin-film metal-ceramic coating on the friction surfaces of steel parts of tribo-nodes, which allows to obtain an optimal set of parameters of the wear-resistant coating material. The paper presents studies of the operational properties of additives in engine oil of 17 organo-inorganic tribotechnical materials of 4 groups — natural and artificial polymers, from which more than 20 compositions and composites were made. It has been established that the most promising is the use of nanocomposites based on vermiculite modified with acid as additives in engine oil, since they have a minimum coefficient of friction with boundary lubrication (0.007-0.014) as well as high wear resistance of 40X steel and provide a minimum wear rate of the bearing liner, thereby increasing the tribo-tension life by more than 3 times, and, accordingly, operating costs are reduced.

An approach to the evaluation of mutual resistances of vibrators in the construction of a logoperiodic antenna of double polarization

В данной работе приведены результаты теоретического исследования взаимного влияния двух вибраторов, произвольно ориентированных в пространстве. Авторы на основе метода наведенных ЭДС определили касательную составляющую электрического поля, создаваемого одним из вибраторов в месте расположения второго. С использованием данного выражения авторы предложили три способа оценки взаимного сопротивления системы двух скрещенных симметричных вибраторов. Сравнив способы по точности вычислений и затрачиваемому машинному времени, авторы выделили один из предложенных способов для проведения модельных исследований. Особенностью предложенного способа является возможность обобщения расчетного выражения не только для случая скрещенных вибраторов, но и для случаев вибраторов, расположенных в параллельных плоскостях и перпендикулярных одной и той же прямой. Поскольку указанные случаи охватывают все возможные варианты взаимной ориентации вибраторов в конструкции логопериодической антенны двойной поляризации, то предложенный подход может быть использован при проведении модельных исследований направленных свойств логопериодической антенны и оценки уровня кросс-поляризации. The results of two arbitrarily oriented in space vibrators mutual influence theoretical study are presents in this paper. Based on the method of induced EMF, the authors determined the tangential component of the electric field created by one of the vibrators at the location of the second one. Using this expression, the authors proposed three ways to evaluate the mutual resistance of a system of two crossed symmetrical vibrators. Comparing the methods by the accuracy of calculations and the machine time spent, the authors identified one of the proposed methods for conducting model studies. A feature of the proposed method is the possibility of generalizing the calculated expression not only for the case of crossed vibrators, but also for the cases of vibrators located in parallel planes and perpendicular to the same straight line. Since these cases cover all possible variants of mutual orientation of vibrators in the construction of a logoperiodic antenna of double polarization, the proposed approach can be used in conducting model studies of directional properties of a logoperiodic antenna and assessing the level of cross-polarization.

Modeling of the impact of a shock wave on port infrastructure facilities

Факты возникновения аварийных и катастрофических состояний портовой инфраструктуры при погрузке (выгрузке) взрывчатых веществ свидетельствуют о наличии проблемы связанной с построением системы обеспечения безопасности при грузовых операциях и мест их складирования. Неправильно выбранные: место, техническое сопровождение и организация погрузки взрывчатых веществ, в определенных условиях становятся причинами возникновения катастрофических ситуаций разного уровня опасности. При моделировании ситуаций рассматривается использование метода крупных частиц и теории точечного взрыва при воздействии ударной волны на объекты портовой инфраструктуры. Математическая модель метода заключается в разделении по физическим процессам исходной нестационарной системы уравнений Эйлера, записанной в форме законов сохранения. Процесс вычислений состоит из многократных итераций, каждая из которых содержит три этапа. Основанием для разработки программы является необходимость компьютерного моделирования процесса возникновения и развития ударной волны в условиях сложного рельефа местности, вызванной подрывом заряда конденсированного взрывчатого вещества. Автор считает, что такой подход существенно улучшит скорость и качество оценки безопасности выбранной системы погрузки (выгрузки) взрывоопасных и взрывчатых веществ, потенциальных рисков возникновения различных катастрофических состояний, и прогноза сценария их развития. The facts of the occurrence of emergency and catastrophic conditions of the port infrastructure during the loading (unloading) of explosives indicate the existence of a problem associated with the construction of a security system for cargo operations and their storage locations. Incorrectly chosen: location, technical support and organization of loading of explosives, under certain conditions, become the causes of catastrophic situations of different levels of danger. When modeling situations, the use of the large particle method and the theory of a point explosion under the impact of a shock wave on port infrastructure facilities is considered. The mathematical model of the method consists in the separation by physical processes of the initial non-stationary system of Euler equations, written in the form of conservation laws. The calculation process consists of multiple iterations, each of which contains three stages. The basis for the development of the program is the need for computer modeling of the process of the occurrence and development of a shock wave in a complex terrain caused by the detonation of a charge of a condensed explosive. The author believes that such an approach will significantly improve the speed and quality of the safety assessment of the selected system of loading (unloading) of explosive and explosive substances, the potential risks of various catastrophic conditions, and the forecast of their development scenario.

Checking the adequacy of polynomial dependencies of a single-phase asynchronous motor without external phase-shifting devices for ship automation systems

Статья посвящена сравнению результатов расчётов полиномиальных зависимостей однофазного асинхронного двигателя, полученных с использованием методов планирования эксперимента, с математической моделью построенной с помощью программ на ЭВМ на языке программирования Python. Актуальность работы заключается в том, что задачи аппроксимационного типа не всегда возможно решить, используя ЭВМ, поэтому исследователи часто применяют методы планирования эксперименты для решения таких задач и после уже стоят математическую модель на ЭВМ и проверяют адекватность полученных результатов. В результате в статье авторами предоставляется план проверки адекватности полиномиальных зависимостей однофазного асинхронного электродвигателя без внешних фазосдвигающих устройств для систем судовой автоматики. По итогу выполненной работы авторы приходят к выводу об адекватности построенной математической модели на ЭВМ с использованием языка программирования Python. The article is devoted to the comparison of the results of calculations of polynomial dependencies of a single-phase asynchronous motor, obtained using methods of experiment planning, with a mathematical model built using computer programs in the Python programming language. The relevance of the work lies in the fact that problems of the approximation type are not always possible to solve using a computer, therefore, researchers often use methods of planning experiments to solve such problems and after that they already have a mathematical model on a computer and check the adequacy of the results obtained. As a result, the authors provide a plan for checking the adequacy of the polynomial dependencies of a single-phase asynchronous electric motor without external phase-shifting devices for ship automation systems. As a result of the work performed, the authors come to the conclusion about the adequacy of the constructed mathematical model on a computer using the Python programming language.

Acceleration of the underwater system of technical stereo vision with the help of multithreaded organization of algorithms

В настоящей работе дано описание многопоточной параллельной организации работы алгоритмов, входящих в состав программной части подводной системы технического стереозрения подводного робота. Данные, полученные системой технического стереозрения, в последствии поступают на систему управления для выполнения операций по управлению роботом и оператору на экран монитора для последующего принятия им управленческих решений. В большинстве случаев выполнение алгоритмов происходит последовательно. Суммарное время обработки одного кадра складывается из времени работы всех алгоритмов, входящих в состав программной части. Таким образом, в однопоточном режиме даже самые быстрые алгоритмы будут ожидать своей очереди на выполнение. Следовательно, система управления и оператор в случаях, требующих большие вычислительные мощности, будут получать данные недостаточно быстро. Естественно для увеличения быстродействия всей программной части возникает потребность организовать работу входящих в состав алгоритмов параллельно, многопоточно, но такой способ организации работы дополнительно создаёт ряд проблем, которых бы не было, если работа алгоритмов была организована последовательно, однопоточно. В статье приведены способы решения этих проблем, проведено сравнение времени работы многопоточной и однопоточной реализации алгоритмов. This paper describes the multithreaded parallel organization of the algorithms that are part of the software of the underwater system of technical stereo vision of an underwater robot. The data obtained by the technical stereo vision system is subsequently transmitted to the control system to perform robot control operations and to the operator on the monitor screen for subsequent management decisions. In most cases, the algorithms are executed sequentially. The total processing time of one frame consists of the operating time of all algorithms included in the software part. Thus, in single-threaded mode, even the fastest algorithms will be waiting for their turn to execute. Consequently, the control system and the operator in cases requiring large computing power will not receive data quickly enough. Naturally, in order to increase the speed of the entire software part, there is a need to organize the work of the algorithms included in parallel, multithreaded, but this way of organizing work additionally creates a number of problems that would not exist if the algorithms were organized sequentially, single-threaded. The article presents ways to solve these problems, compares the operating time of multithreaded and single-threaded implementation of algorithms.

Distribution of kinetic energy losses between nozzles and turbine impeller on partial gas supply modes

В статье приведены результаты экспериментальных исследований связанных с распределением потерь кинетической энергии между сопловым аппаратом и рабочим колесом у осевых малорасходных турбинных ступеней. У всех ступеней конструктивные углы выхода сопел были менее 9°, что повлекло за собой необходимость выполнения рабочих колес с относительным шагом установки рабочих лопаток значительно большим, рекомендованного в технической литературе. Исследования проведены для ступеней со средним диаметром 250 мм. Диапазон изменения факторов составил: отношение давлений перед соплами к давлению за ступенью от 2.0 до 5.0; частоты вращения вала с рабочим колесом от 0 до 14000 . Эффективность использования кинетической энергии приведена в виде коэффициентов скорости соплового аппарата и рабочего колеса. Коэффициенты представляют собой отношение реальной скорости потока на выходе из соплового аппарата (рабочего колеса) к теоретически возможной скорости газа в выходном сечении рассматриваемого элемента ступени. Выявлено, что коэффициенты скорости сопловых аппаратов и рабочих колес изменяются не только при смене режимных параметров, таких как частота вращения ротора и отношения давлений на ступень, но и при изменении степени парциальности ступени. The article presents the results of experimental studies related to the distribution of kinetic energy losses between the nozzle apparatus and the impeller at axial low-flow turbine stages. At all stages, the design angles of the nozzle exit were less than 9 °, which entailed the necessity of making impellers with a relative pitch of the rotor blades that was much larger, as recommended in the technical literature. The studies were carried out for steps with an average diameter of 250 mm. The range of variation of the factors was the ratio of the pressures in front of the nozzles to the pressure behind the stage from 2.0 to 5.0; rotation speed of the shaft with the impeller from 0 to 14000 rpm. The efficiency of using the kinetic energy is given in the form of the coefficients of the speed of the nozzle apparatus and the impeller. The coefficients represent the ratio of the actual flow rate at the outlet of the nozzle apparatus (impeller) to the theoretically possible gas velocity in the outlet section of the stage element under consideration. It was found that the speed coefficients of the nozzle apparatus and impellers change not only when changing operating parameters, such as the rotor speed and the pressure ratio per stage, but also when changing the degree of stage partiality.

Influence of a rotating nozzle diaphragm on the characteristics of axial low-consumption turbines

Экспериментально исследуются различные компоновки турбинных ступеней с целью обеспечения многорежимности у осевых малорасходных турбин. Определено, что под многорежимностью понимается способность турбины поддерживать величину КПД неизменной, или с небольшими изменениями в достаточно широком диапазоне изменения внешних нагрузок. С новой точки зрения обращено внимание на то, что наиболее выраженными свойствами многорежимности обладают турбины в состав которых входит вращающийся сопловой аппарат. В этой связи рассмотрены авторские результаты экспериментальных исследований биротативных турбин с большим углом поворота потока и двух-ступенчатых осевых турбин с частичным облопачиванием рабочего колеса. Выявлено, у исследованных биротативных турбин свойство многорежимности проявляется при степени парциальности, близкой к единице и регулируется путем изменения соотношения частот вращения соплового аппарата и рабочего колеса. А у одновальных турбин с частичным облопачиванием рабочего колеса свойство многорежимности проявляется в широком диапазоне изменения степени расширения в турбине также при полном подводе рабочего тела. Various arrangements of turbine stages are experimentally investigated in order to ensure multiplicity of operating levels for axial low-consumption turbines. It has been determined that multiplicity is understood as the ability of a turbine to maintain the efficiency value unchanged, or with small changes in a fairly wide range of external loads. From a new point of view, attention is drawn to the fact that the most marked properties of operating levels multiplicity are relevant to the turbines which include a rotating nozzle diaphragm. In this regard, the author's results of experimental studies of birotative turbines with a large flow angle and two-stage axial turbines with partial blading of the running wheel are considered. It was revealed that in the investigated birotative turbines the property of multiplicity is manifested at a degree of partiality close to 1 and is regulated by changing the ratio of the rotation frequencies of the nozzle diaphragm and the running wheel. And in single-shaft turbines with partial blading of the running wheel, the multiplicity property is manifested in a wide range of changes in the degree of expansion in the turbine, also with full supply of the working fluid.

Bending of a ship's skin panel loaded along the axis of symmetry

Задача изгиба прямоугольной панели обшивки от действия распределенной по оси симметрии поперечной нагрузки не имеет точного решения в конечном виде в виду сложности краевых условий и вида нагрузки. Использование другими авторами различных приближенных методов оставляет открытым вопрос о точности полученных результатов. Целью исследования является получение точного решения с помощью гиперболо-тригонометрических рядов по двум координатам. Для этого используется метод бесконечной суперпозиции указанных рядов, которые в отдельности удовлетворят лишь части граничных условий. Порождаемые ими невязки взаимно компенсируются в ходе итерационного процесса и стремятся к нулю. Частное решения представлено двойным рядом Фурье. Точное решение достигается увеличением количества членов в рядах и числа итераций. При достижении заданной точности процесс прекращается. Получены численные результаты для прогибов и изгибающих моментов для квадратной пластины при различной длине загруженной части оси пластины. Представлены 3D-формы изогнутой поверхности пластины и эпюры изгибающих моментов. The problem of bending a rectangular skin panel from the action of a transverse load distributed along the axis of symmetry does not have an exact solution in the final form due to the complexity of the boundary conditions and the type of load. The use of various approximate methods by other authors leaves open the question of the accuracy of the results obtained. The aim of the study is to obtain an exact solution using hyperbolo-trigonometric series in two coordinates. To do this, we use the method of infinite superposition of these series, which individually satisfy only part of the boundary conditions. The residuals generated by them are mutually compensated during the iterative process and tend to zero. The quotient of the solution is represented by a double Fourier series. The exact solution is achieved by increasing the number of terms in the series and the number of iterations. When the specified accuracy is reached, the process stops. Numerical results are obtained for deflections and bending moments for a square plate with different lengths of the loaded part of the plate axis. 3D shapes of the curved surface of the plate and diagrams of bending moments are presented.

Model of heterogeneous streams of events built on the game of placing rank automata

Моделирование неоднородных потоков событий, обрабатываемых в автоматизированной системе управлениях, позволяет оценить её потенциальные возможности, дать количественную оценку вероятности возникновения критических ситуаций, в которых невозможно организовать автоматизированное управление. Неоднородность потоков событий рассматривается в трёх аспектах. Во-первых, для обработки событий различных типов операторам автоматизированной системы требуется разное количество ресурсов, прежде всего временных. Во-вторых, потоки событий существенным образом различаются по интенсивности, а выборка значений интенсивностей разных типов событий является негауссовой. В-третьих, между потоками событий наблюдается сложный, трудно формализуемый механизм взаимовлияния. Для комплексного учёта данных аспектов рассматривается модель неоднородных по типам потоков событий, построенная на игре в размещение ранговых автоматов. Предложены два правила разрешения спорных стратегий в игре в размещение: приоритета действия первого и максимального соответствия. Modeling heterogeneous streams of events processed in automated control system makes it possible to assess its potential capabilities, to quantify the likelihood of critical situations in which it is impossible to organize automated control. The heterogeneity of streams of events is considered in three aspects. First, for processing events of various types, operators of an automated system require a different amount of resources, primarily temporary. Second, the streams of events differ significantly in intensity, and the sample of intensity values for different types of events is non-Gaussian. Thirdly, a complex, difficult to formalize mechanism of mutual influence is observed between the streams of events. For a comprehensive account of these aspects, a model of events heterogeneous by types is considered, built on the game of placing rank automata. Two rules for resolving controversial strategies in the placement game are proposed: the priority of the action of the first and the maximum match.