Рис 4.Электорнная модель якоря Холла, разработанная в CADKEY

.

Рис. 5. Электронная модель корпуса сторожевого корабля, построенная в АПИРСе

Система Рго/Еngineer появи­лась в бюро недавно. Сейчас идет период ее освоения, но уже сделано несколько робот, которые пока­зывают перспективность Рго/Engineer для проектирования обводов корпу­са. Это единственная из имеющихся в бюро систем, позволяющая ис­пользовать метод радиусографии в полном объеме на уровне поверхно­стей и твердых тел, обеспечивая не только задание, но и изменение со­зданной геометрии. Кроме радиусографии может также успешно при­меняться метод кривых второго по­рядка. Рго/ Engineer предоставляет широчайший математический аппа­рат для проектирования обводов, но, являясь универсальной машино­строительной системой, требует не­которой адаптации к условиям су­достроения для обеспечения более продуктивной работы.

Использование метода радиусографии предъявляет определенные требования к способам задания по­верхностей и форме представления шпангоутных сечений. Ни одна из рассмотренных выше систем в полной мере не удовлетворяет этим требова­ниям. Поэтому при проектировании обводов корпуса сейчас использу­ются все четыре в зависимости от характера обводов и формы пред­ставления результата. Отметим, что отчетными документами являются те­оретический чертеж и плазовая таб­лица. Создание электронной моде­ли поверхности корпуса является только средством, обеспечивающим по­лучение всей необходимой инфор­мации для выпуска документов на бу­маге. Б некоторых случаях электрон­ной модель поверхности корпуса передается в другие подразделения бюро для дальнейшей роботы. Но для большинства задач достаточно передачи в электронном виде только сечений. Что касается графической информации, то проблемы (в боль­шей или меньшей степени) существу­ют всегда, когда есть этот обмен. Про­блема обмена данными особенно остра для системы АПИРС, так как в нее можно передать только линии или точки через формат DXF, о из нее — любые сечения и каркасные линии тоже через формат ОХР. При этом В-сплайны преобразуются в полилинии или дуги, но точность этих пре­образований недостаточно для пла­зовой информации. В АПИРСе предусмотрена возможность фор­мирования плазовой книги, но в нее заложен стандарт для надводных ко­раблей, а для ПЛ плазовая инфор­мация содержит иной объем данных и представляется в ином формате. Тем не менее, несмотря на наличие серьезных недостатков, АПИРС ос­тается эффективным средством раз­работки обводов корпуса и являет­ся на данный момент основным инст­рументом на ранних стадиях проектирования.

На завершающем этапе проек­тирования — для получение и оформ­ления плазовой документации — со­здается модель методом радиусографии а САDКЕY на уровне сечений по практическим шпангоута или в Рго/ Engineer на уровне поверхно­стей. Затем с этой модели получают все необходимые данные для пла­зовой документации, которое фор­мируются в таблицы в МX EXCEL и окончательно оформляются в МS WORD с использованием специально разработанных ша6лонов.

В заключение можно сделать следующие выводы, для проектиро­вания обводов корпуса используются универсальные и специализирован­ные САD-системы, обладающие оп­ределенными преимуществами и не­достатками. Ни одна из систем не решает всех проблем, возникающих в процессе работы, в частности обме­на данными между системами. Поэто­му продолжается поиск путей адаптации имеющихся систем. В то же вре­мя внедряются новые формы взаимоотношений между различны­ми подразделениями бюро, с также между бюро и заводами-строителями. На сегодняшний день средства, которыми располагает ЦКБ МТ «Рубин», позволяют осуществлять весь процесс проектирования  вплоть до получения плазовой информации на рабочем месте конструктора.

2.Компьютизированная система визуального контроля судовых энергетических установок.

Судовые энергетические уста­новки (ЭУ) и составляющие их тех­нические средства (ТС) на всех этапах эксплуатации характеризуются таки­ми технико-эксплуатационными свой­ствами и показателями, как мощность, производительность, подача, эконо­мичность, надежность, живучесть и др. Оттого, насколько оперативно, пол­но и достоверно будут оцениваться и реализовываться эти свойства, зави­сит качество выполнения задач, сто­ящих перед судном в целом. Особая роль здесь принадлежит системе кон­троля, предназначенной для сбора, преобразования, передачи и пред­ставления информации, необходи­мой для принятия решений о воздей­ствии на контролируемый объект. На­личие в составе ЭУ десятков технических средств, имеющих са­мые разные принципы действия, обу­славливает необходимость контроля сотен параметров. Совершенствова­ние, повышение мощности устано­вок, насыщение их автоматикой ведет к росту количества контрольно-изме­рительных приборов (КИП). Так, за последние 40 лет число КИП только по энергетическим установкам уве­личилось примерно в 6 раз, количе­ство приборов-сигнализаторов возро­сло более чем в 30 раз.

Анализ распределения блоков контроля ТС по видам сигнального раздражителя и способам предста­вления информации показывает, что около 90 % приборов предусматривают визуальную форму восприятия информации. Восприятие информа­ции слуховым, тактильным и темпера­турным анализаторами оператора составляет около 10 % [ 1 ].

Традиционная система визуаль­ного контроля включает объект и зри­тельную систему оператора, взаимо­действие которых происходит либо непосредственно, либо опосредован­но, через оптический прибор.

Опытные операторы могут визу­ально достаточно надежно контроли­ровать показания приборов, обнару­живать при внешнем осмотре многие поверхностные дефекты — трещи­ны, окисные пленки, дефекты сварки, местные концентраторы напряжений в виде острых зазубрин, рисок и т. п. Однако результаты такого контроля в значительной степени субъективны, поскольку зависят от индивидуальных особенностей оператора (острота зрения, цветовосприятие, память) и его физического состояния (степень усталости, внимательности и т. п.).

Условно зрительную систему (ЗС) оператора можно разделить на две части: зрительный анализатор, который является своего рода датчи­ком видеоинформации, и централь­ную нервную систему. Зрительный анализатор имеет определенные ог­раничения по разрешающей спо­собности в виде порогов световой, пространственной и временной чув­ствительности. Большое значение здесь имеют внешние условия (освещенность, угол обзора, расстояние до объекта, вибрация, состояние промежуточной среды и др.}, кото­рые существенно влияют на разре­шающую способность зрительного анализатора оператора.

Центральная нервная система выполняет роль управляющего звена ЗС, обеспечивая переработку ин­формации, включая арифметичес­кие и логические операции, хране­ние и извлечение информации из памяти.

Анализ предельной информа­ционно-пропускной способности (предельное число различимых гра­даций состояния объекта в единицу времени} центральной нервной сис­темы показывает, что она составля­ет примерно 1О—АО бит/с, в то вре­мя как пропускная способность зри­тельного анализатора более чем в миллион раз выше — примерно 45 Мбит/с [2].

Данное несоответствие резко снижает возможности переработки информации ЗС оператора в целом. В этом случае центральная нервная система работает как звено с чис­тым запаздыванием. Именно этим объясняется то, что при визуальном контроле практически отсутствует косвенная оценка обобщенных пока­зателей ТС, ограничено число конт­ролируемых КИП и существенна по­грешность считывания при опера­тивном контроле, крайне низка надежность динамического контроля при решении задач управления, ог­раничены возможности запомина­ния и объективной количественной оценки изображений элементов обо­рудования поданным внешнего осмо­тра, эндоскопии и микроскопии в ди­агностических задачах.

Узкий световой диапазон спект­ра электромагнитного излучения, воспринимаемый зрительным анализато­ром оператора непосредственно, не позволяет получить в полном объеме информацию о состоянии теплоэнер­гетических и электроэнергетических объектов, так как они активно излуча­ют энергию в инфракрасном (ИК) ди­апазоне спектра.

Перечисленные недостатки тра­диционных систем визуального кон­троля судовых ТС существенно сни­жают полноту, оперативность и достоверность контроля.

Одним из путей решения этой проблемы является автоматизация процесса сбора и обработки изоб­ражений с помощью компьютеризи­рованных видео- и тепловизионных комплексов. Информационно-про­пускная способность процессоров современных ЭВМ составляет сотни Мбит/с, что более чем в миллион раз превышает пропускную способ­ность ЗС оператора. Возможности современных тепловизионных моду­лей позволяют визуализировать ИК-излучение объектов в диапазоне от 1 до 14 мкм и более, что расширя­ет диапазон спектра наблюдения более чем в 1000 раз.

В основу методологии создания компьютеризированного видеоком­плекса положены принципы единого теоретико-информационного подхо­да к биологическим и техническим системам передачи и обработки изо­бражений на основе диалектических противоречий, биотехнической ана­логии и математического моделиро­вания.

Центральное место в структуре формирования системы занимает ТС как объект визуального контроля, который непосредственно взаимодей­ствует со зрительной системой опера­тора и аппаратно-программными мо­дулями, частично восполняющими и дублирующими ЗС. Зрительная систе­ма оператора характеризуется психо­физическими свойствами, такими как память, пропускная способность, раз­решающая способность зрительного канала. Аппаратно-программные мо­дули системы характеризуются ин­формационно-техническими параме­трами видеодатчиков, компонентами компьютера и интерфейсом.

Формализованное описание взаимодействия указанной триады с учетом внешних световых, меха­нических и тепловых воздействий возможно при наличии математиче­ского описания объекта контроля.

Математическая модель долж­на обладать достаточной общностью и работоспособностью в широком спектре длин волн излучения ТС, осо­бенно в тепловом диапазоне, вклю­чающем световое и ИК-излучение. Учитывая специфику зрительного восприятия, в модели следует пре­дусматривать дискретность и стохастичность изображений объекта. Кроме того, модель должна быть при­годной для формализации многоце­левого визуального контроля.

Важнейшим вопросом при об­работке изображения объекта явля­ется сжатие объемов информации, Получение изображение в формате экрана монохромного монитора

1024 на 760 пикселов с разрешением 256 оттенков требует около 1 Мбайт памяти. Если к этому доста­вить, что объект необходимо сканировать во времени и представлять в полноцветном изображении, то су­довой видеокомплекс должен иметь пространственно-временную фильт­рацию изображений. Вместе с тем, искусственное снижение объема ин­формации об объекте не должно приводить к значительной потере точности при воспроизведении изоб­ражений, поэтому необходима разработка критериев оценки качества об­работки, сжатия и восстановления изображений и методов оптимизации перечисленных процедур. Полученное изображение объекта должно быть обработано и представлено в виде, позволяющем принять решение о применении тех или иных воздействий на ТС.

Основные направления, реали­зующие преимущества автоматизи­рованной обработки изображений, включают в себя: оперативное рас­познавание показаний приборов, получение косвенных измерений, контроль динамических режимов и    

оценку состояния объекта по динами­ческим характеристикам, оператив­ную обработку, классификацию, прогнозирование и систематизацию изображений элементов ТС по дан­ным эндоскопии и микроскопии; рас­ширение светового диапазона, полу­чение и обработку тепловизионных портретов для оценки технического состояния тепло- и электрооборудо­вания, раннего обнаружения возго­раний, поиска одиночных объектов в условиях плохой видимости.

Укрупненная блок-схема алго­ритмических и программных модулей компьютеризированного многоце­левого визуального контроля судово­го энергооборудования представле­на на рис. 1 [3].

Модуль оперативной обработки показаний КИП включает в себя алгоритмы по переработке измерительной информации, поступающей        от видеодатчиков, экспонирующих изображение шкал и стрелок приборов. Модуль позволяет получить изображения шкал и стрелок на экране дисплея, считывать показания приборов и получать их в цифровом виде с высокой точностью, обрабатывать

информацию для получения обобщенных показателей, а также по­строения необходимых графических зависимостей, в том числе оцени­вать изменения параметров энерго­оборудования в реальном масштабе времени, синтезировать звуковые сигналы при выходе параметров за пределы допусков.

Указанный модуль может быть использован в целях диагностиро­вания эксплуатирующихся судов, при испытании вновь строящихся судов в процессе их сдачи для более полного и глубокого обследования ТС, а также для записи информации в «черном ящике».

Модуль обработки диагностиче­ской информации по данным эндо­скопии (микроскопии) позволяет ис­ключить субъективную оценку каче­ства поверхностей ТС, получать объективные численные характери­стики дефектов и прогнозировать их развитие. Цифровая обработка изо­бражений поверхностей элементов ТС по данным эндоскопии заключа­ется в оценке метрики и топологии дефектов, выявлении связей с пара­метрами разрушения по Гриффитсу.

Использование модели стерео­скопической оценки пространствен­ной

глубины, в основу которой поло­жены глубинные параллаксы двух

видеодатчиков, позволяет получить третье измерение пространства для

оценки глубины коррозии поверхности объекта.

Модуль обработки тепловизионных портретов служит для диагностирования и обеспечения пожаробезопасности судовых ТС, обнаружения одиночных объектов в условия ограниченной видимости.

Визуализация ИК-диапазона спектра излучения объекта с последующей цифровой обработкой его тепловых портретов позволяет существенно увеличить полноту и глу­бину визуального контроля, оцени­вать состояние тепловой изоляции, наличие внутренних отложений, за­сорений и протечек систем тепло­энергетических объектов, опреде­лять нарушение электроизоляции и состояние контактных соединений электрооборудования.

Визуализация температурного поля ТС с использованием инфра­красных зеркал и эталонных излуча­телей дает возможность оценивать пожароопасное состояние помеще­ний со сверхранним дифференци­рованным выявлением зарождаю­щихся источников возгорания.

Использование свойств высо­кой пропускной способности ИК-излучения по сравнению со световым позволяет значительно увеличить дальность обнаружения объекта в условиях ограниченной видимости.

Разработанные методы первич­ной и вторичной обработки и предста­вления информации в значительной степени реализованы алгоритмичес­ки, программно и аппаратно. Аппарат­ная реализация системы представля­ется в двух вариантах: бортовом и ба­зовом. Бортовая система визуального контроля включает в себя подсистемы: внешнего обзора, эндоскопии, мик­роскопии и тепловидения. Посредст­вом блока видеоввода системы связа­ны с компьютером и монитором. Бор­товая система может функционировать в автономном варианте. При необхо­димости обработки информации на более высоком уровне, экспертизы и архивации информационных портре­тов ТС бортовая система по различным информационным каналам, включая и спутниковый радиоканал, подключа­ется к базовой системе.

Внешний вид аппаратуры бор­товой системы визуального контроля, реализованной в переносном ва­рианте на базе персонального ком­пьютера типа Notebook, представлен на рис. 6.

Основу подсистем внешнего об­зора КИП, эндоскопии и микроскопии составляет универсальная микровидеоголовка ЭВК-ЗОЗМС «Зенит» с лектронно-оптическим переходным устройством, которая выдает сигнал в стандарте РАL на монитор, видеомаг­нитофон и на ПЭВМ через специаль­ный аналого-цифровой преобразо­ватель.

Тепловизионноя подсистема ре­ализована на базе пировидеконной камеры КТ-205 (НИИТ), которая не требует криогенного охлаждения и имеет выходной сигнал, такой же, как и видеоподсистема в стандарте РАL.

Обработка видео- и телловизионного сигналов проводилась с помощью ПЭВМ с модулем АЦП (см. рис. 6).

Основные характеристики ком­пьютера Notebook/Compac : микро процессор — Pentium; тактовая частота - 90 МГц; ОЗУ - 16 Мбайт; жесткий диск — 1,2 Гбайт; графичес­кая память — 2 Мбайт; инфракрасный порт — есть; напряжение — 220 В; габариты 297 х 210 х 56 мм; мас­са — 3,7 кг.

Эффективность разработанной системы многоцелевого компьюте­ризированного визуального контро­ля оценивалась путем сравнения результатов контроля ТС парового котла, выполненного с применением новой системы, а также традицион­ным визуальным методом и при использовании информационно-из­мерительной системы с аналоговыми датчиками.

Сравнительный анализ пока­зал, что в первом случае, за счет расширения спектра наблюдения, возможности оценки обобщенных показателей ТС, динамического кон­троля объема оперативного диагно­стического контроля, оценки пожаробезопасности увеличиваются в 2,5 и более раз.

В результате снижения погреш­ности считывания, статистической обработки показаний приборов по­вышения быстродействия обработки достоверность оценки показаний КИП повышается до 80—90% в за­висимости от дистанции и угле визи­рования приборов.

Оперативность визуального контроля благодаря использованию компьютерных средств обработки изображений увеличивается более чем в миллион раз по сравнению с традиционной системой.

Кроме того, в связи с упрошени­ем структурной схемы системы веро­ятность ее безотказной работы повышается на 9% (для 10 КИП), ремонтопригодность — на 60—70%.

Экономическая эффективность системы, в зависимости от соотноше­ния стоимости аналоговых датчиков теплотехнических параметров  ви­деодатчика, увеличивается на 70— 90%.