Российские ученые нашли способ проектирования судна как единой системы
Методику моделирования судна как единой системы разработала команда ученых российских вузов, 12 января сообщает пресс-служба Томского политехнического университета (ТПУ).
Такой полноценной единой модели, которая описывала бы и электрические, и механические процессы, идущие в разных системах судна, ранее не существовало, отмечают разработчики, в состав которых вошли специалисты с кафедры перспективных технологий ТПУ.
Данные, полученные с помощью созданной мегауровневой модели, будут полезны для современных интеллектуальных цифровых платформ, на которых осуществляются поддержка и принятие решений по управлению морским транспортом, а также для проектирования новых типов судов.
Результаты исследования модели ученые представили в статье «Методический подход к моделированию судовой электроэнергетической системы», опубликованной в журнале Energies (Q1; IF: 3,2).
Управляющие, энергетические и жизнеобеспечивающие системы современных кораблей сложно взаимодействуют между собой и сами представляют сложные многоуровневые системы.
Так, судовая энергетическая установка представляет собой совокупность механизмов, машин, источников энергии, теплообменников, трубопроводов и электрических подсистем, обеспечивающих движение судна. Для описания ее работы существует ряд отдельных энергетических моделей, решающих отдельные задачи.
При этом работа одних систем оказывает влияние на другие, но все они вместе должны обеспечивать выполнение основных функций судна. Отсюда вытекает задача по объединению всех отдельных моделей судовых систем в единую мегамодель, которая будет учитывать это взаимовлияние.
Методологический подход к комплексному моделированию сложных систем предложили ученые Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ совместно с коллегами из Государственного морского университета им. адмирала Ф. Ф. Ушакова (Новороссийск). В состав научной группы по реализации этого подхода вошли также специалисты из вузов Москвы, Красноярска и Новосибирска.
Реализация их концепции позволит впервые создать единую модель судна как энерготехнического объекта. Эта модель включит в себя и обеспечит учет взаимовлияния работы различных систем корабля.
Один из авторов научной работы, доцент отделения материаловедения ТПУ Никита Мартюшев рассказал о полученных результатах:
«Мы разработали комплекс математических моделей, объединенных в систему. Она способна в совокупности описывать электрические и механические процессы, протекающие на судне. Для этого были созданы математические модели для каждой из составных систем. При этом каждая система описывает ограниченный класс задач, имеет характерные свойства и математическую структуру».
Так, моделирование процессов, идущих в электроэнергетической и механической системе судна, важно для решения задач проектирования новых типов судов, научных исследований управления ими, а также для оценки надежности этих систем.
«Связь разнородных моделей осуществляется при помощи аппарата теории множеств, — продолжил свои пояснения ученый. — Такое описание системы дает возможность проводить анализ структуры системы и ее поведения. Кроме того, при помощи данной методологии могут быть исследованы различные системы с разнородными составляющими элементами».
Разработанный подход помог научному коллективу создать цифровой двойник судна в виде большой единой системы, а не набора отдельных моделей. С его помощью они, в частности, показали возможность находить оптимальные режимы эксплуатации главного двигателя, которые обеспечивают увеличение мощности без увеличения износа поршневых колец.
Кроме того, в рамках исследования модели были продемонстрированы существующие взаимосвязи между различными уровнями моделирования, а именно: физическими процессами и алгоритмами и процессами управления.
Разработчики считают, что результаты их исследований будут полезны для современных интеллектуальных цифровых платформ поддержки и принятия решения на морском транспорте. В дальнейшем научная команда намерена разработать математические модели, позволяющие оптимизировать параметры систем новых судов при их проектировании.
