Ученые Томского политеха разработали прорывной способ проектировать суда как единую систему
Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из российских вузов разработали методику моделирования судна как единой системы. Ранее полноценной единой модели, описывающей в совокупности электрические и механические процессы разных блоков судна, не существовало. Полученные данные можно использовать в современных интеллектуальных цифровых платформах поддержки и принятия решений на морском транспорте, а также при проектировании новых типов судов.
Современные суда представляют собой большие системы со сложным взаимодействием между составными частями. Совокупность механизмов, машин, источников энергии, теплообменников, трубопроводов и электрических подсистем, предназначенных для организации возможности движения судна, представляет собой судовую энергетическую установку. Существует ряд отдельных энергетических моделей, каждая из которых решает конкретные задачи, касающиеся поведения системы. Режимы работы одних систем влияют на другие, при этом работа всех систем должна быть направлена на выполнение основных функций судна. Поэтому актуальна задача объединить все разрозненные модели судовых систем в рамках одной модели.
Ученые Инженерной школы новых производственных технологий Томского политеха совместно с коллегами из Государственного морского университета имени адмирала Ф.Ф. Ушакова предложили методологический подход к комплексному моделированию сложных систем. Это позволит впервые создать единую модель судна как энерготехнического объекта, которая объединит работу различных взаимовлияющих составных систем. Также в научную группу вошли ученые из вузов Москвы, Красноярска и Новосибирска.
«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.
Например, математическое моделирование процессов, протекающих в электроэнергетической и механической системе судна, имеет важное значение при решении задач проектирования новых типов судов, научных исследований, управления и оценки надежности. Связь разнородных моделей осуществляется при помощи аппарата теории множеств.
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», — поясняет один из авторов научной работы, доцент отделения материаловедения ТПУ Никита Мартюшев.
Отработка алгоритмов безэкипажного судовождения на малом морском автономном надводном судне в опытовом бассейне/ ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова
В рамках исследования ученые при помощи разработанного подхода создали цифровой двойник судна как большой единой системы, а не набора отдельных моделей. Они продемонстрировали, в частности, что существуют оптимальные режимы эксплуатации главного двигателя, при которых увеличение мощности не влечет увеличение износа поршневых колец. Также были продемонстрированы взаимосвязи между уровнями моделирования: физическими процессами, алгоритмами и процессами управления.
Результаты проведенных исследований могут быть использованы в современных интеллектуальных цифровых платформах поддержки и принятия решения на морском транспорте. Научная команда планирует в дальнейшем разработать математические модели для оптимизации процессов, направленных на определение оптимальных параметров систем при проектировании новых судов.