Критерии эффективности проекта
Метод последовательных приближений
Метод последовательных приближений основан на том, что все расчеты и графические построения, связанные с определением основных элементов, разбиваются на несколько приближений. При этом в каждом последующем приближении происходит уточнение элементов, установленных в предыдущем. Уточнение осуществляется или за счет более точных и детальных расчетов и построений, или путем учета требований, которые на предыдущих этапах не принимались во внимание. Так повторяется до тех пор, пока не будет обеспечено выполнение всех требований предъявляемых к проектируемому судну, проверенных с возможно наибольшей точностью.
Разделение процесса проектирования на отдельные приближения достаточно условно. В качестве объективного критерия, позволяющего отделить одно приближение от другого, может быть принята совокупность основных элементов полученных в результате выполнения определенного цикла расчетов и построений. Переход к следующему циклу расчетов, направленных на уточнение ранее полученных элементов, соответствует переходу к следующему приближению.
Таким образом, для данного метода характерно многократное повторение одних и тех же расчетов с нарастающей точностью. Поэтому, например, водоизмещение в начальных приближениях определяется с помощью коэффициента утилизации водоизмещения, затем путем расчета укрупненной нагрузки и наконец, на заключительных этапах – вычислением всех компонентов детальной нагрузки путем постатейного пересчета. То же самое можно сказать и о расчетах потребной мощности СЭУ – вначале с помощью простейших двухкомпонентных формул, затем используя более точные графики (например, график Папмеля), и наконец, детальный расчет всех составляющих, включая пропульсивный коэффициент.
Графическим выражением отмеченной цикличности расчетов является так называемая спираль проектирования (рис. 68).
Метод вариаций
В основе метода вариаций лежит параллельная разработка нескольких десятков или сотен вариантов проектируемого судна с дальнейшим сопоставлением этих вариантов и выбором из них наилучшего.
Основное отличие метода вариаций от метода последовательных приближений заключается в том, что значения коэффициентов теоретического чертежа и соотношения главных размерений (или же непосредственно сами размерения) не определяются в ходе проектирования, а задаются и являются, таким образом, исходными величинами в процессе определения показателей данного варианта. Следовательно, характеристики разрабатываемых вариантов будут различными, в том числе и не удовлетворяющими требованиям задания на проектирование.
Как и для предыдущего метода нельзя указать единственно возможную последовательность расчетов, поскольку в зависимости от типа судна и требований к нему предъявляемых, расчетная схема может изменяться весьма значительно. Можно лишь выделить общую черту присущую любому подходу – изначально задаются значения варьируемых параметров (L, B, T, H, d и т.п. или L/B, B/T, H/T, d и т.п.). Затем для каждого параметра устанавливается диапазон его изменения (L/B = 5,0 – 7,0, d = 0,62 – 0,75 и т.д.). При этом предельные значения варьируемых величин должны перекрывать ожидаемую область значений каждой из них.
Далее проводится расчет показателей каждого варианта. Поскольку известны основные элементы, то можно прямыми расчетами определить мореходные и эксплуатационно-экономические характеристики каждого варианта. При этом, очевидно, нет нужды продолжать расчеты для того варианта, расчетные характеристики которого не соответствуют требуемым. Таким образом, в ходе проектирования количество разрабатываемых вариантов судна сокращается и к моменту окончания расчетов остается несколько вариантов, полностью удовлетворяющих требованиям технического задания. На заключительном этапе расчетов по методу вариаций из допустимых решений выбирается наилучший, используя принятый критерий эффективности.
Недостатком метода вариаций является большая трудоемкость. Действительно, количество вариантов проекта зависит от числа варьируемых параметров и числа значений каждого из них.
Количество разрабатываемых вариантов в методе вариаций
таблица 10
| Количество значений каждого параметра | ||||
| Количество варьируемых параметров | ||||
| 1 024 | 3 125 | |||
| 4 096 | 15 625 |
Как следует из табл. 10 даже при минимально допустимом числе значений каждого параметра, количество вариантов растет очень быстро при введении в рассмотрение каждого дополнительного параметра. А для всестороннего анализа помимо влияния основных элементов необходимо рассмотреть и ряд дополнительных, например протяженность цилиндрической вставки или типа двигателя или его положения по длине судна и т.д. Поэтому применение метода вариаций в чистом виде затруднительно из-за слишком большого объема работы.
Оптимизация проекта
Из сказанного ранее ясно, что метод последовательных приближений является более простым в использовании, а метод вариаций позволяет выбрать наилучший проект. В процессе проектирования судна чаще всего на ранних этапах пользуются методом последовательных приближений, с помощью которого устанавливаются элементы так называемого базового варианта, удовлетворяющего требованиям технического задания. Затем устанавливаются варьируемые параметры (l или L/B, δ, В/Т и т.д.) и число значений каждого параметра. Определяются предельные значения каждого параметра, и, далее, проводится расчет всех характеристик. Сама методика расчета может быть различной для разных типов судов. Чаще всего на начальном этапе предполагают, что водоизмещение всех вариантов остается неизменным и, исходя из принятых соотношений главных размерений, устанавливаются основные элементы вариантов. Такой прием, в определенной степени, гарантирует выполнение всех требований предъявляемых к проекту. С другой стороны наличие базового проекта позволяет сократить число варьируемых величин и значений каждой величины.
Чаще всего расчет проводится в табличной форме (табл. 11).
В процессе расчета устанавливается влияние элементов судна на его нагрузку, остойчивость, ходкость, вместимость, непотопляемость и т.д. В результате этого водоизмещение каждого варианта (кроме базового) будет отличаться от принятого. Может потребоваться изменить для какого-то варианта архитектурно-конструктивный тип. В любом случае в результате расчетов будет получен ряд вариантов с различными основными элементами отличающихся друг от друга теми или иными характеристиками. Задача проектанта выбрать из этой совокупности вариант с наилучшими показателями.
Таблица расчета вариантов проектируемого судна
таблица 11
| вели-чина | L/B1 | L/B2 | … | L/Bn | ||||||||||||||||
| B/T1 | … | B/Tn | B/T1 | … | B/Tn | … | B/Tn | |||||||||||||
| δ1 | … | δn | δ1 | … | δn | δ1 | … | δn | δ1 | … | δn | δ1 | … | δn | δ1 | … | δn | … | δn | |
| L | ||||||||||||||||||||
| B | ||||||||||||||||||||
| T | ||||||||||||||||||||
| D | ||||||||||||||||||||
| N | ||||||||||||||||||||
| Pк | ||||||||||||||||||||
| … |
Критерии эффективности проекта
Критерии для оценки варианта могут быть выдвинуты различные. В известной мере в качестве таких критериев могут быть взяты размеры судна, его водоизмещение. При введении ограничений на размеры судна можно не рассматривать те варианты судов, размеры которых выходят за эти пределы, принятые в качестве ограничений.
Для экспедиционных, научно-исследовательских судов, военных кораблей в качестве критерия издавна используют водоизмещение, так как для них грузоподъемность не играет большой роли (т.е. тоже принимают ограничения в качестве критерия). Для транспортных судов в качестве одного из возможных технико-эксплуатационных критериев приемлемости проекта можно использовать наибольшее значение коэффициента утилизации водоизмещения.
Кроме того, можно применять критерий, выдвинутый Дэвидсоном: транспортный момент Dυs, где D – полная масса транспортного средства, т; υs – его расчетная скорость, уз.
Желание достичь максимума Dυ противоречит требованию о минимуме D. Увеличение D, как правило, положительно сказывается на провозоспособности, т.е. на способности судна данного типа перевезти определенное количество соответствующего груза в единицу времени. В общем случае под грузом следует понимать ту часть нагрузки судна, транспортировка которой определяет основное назначение судна. Для грузовых судов – это их полезная грузоподъемность Рг, т.
Совершенно ясно, что при данной грузоподъемности (полезной нагрузке) и других требованиях к судну (скорость, дальность плавания) желательно иметь наименьшее водоизмещение.
Провозоспособность судна может рассматриваться как технико-эксплуатационный критерий оценки судна, хотя значение этого критерия зависит не только от характеристик судна.
Годовая провозоспособность судна (т·мили)
Q = P t υэ,
где Р – средняя масса одновременно перевозимого груза, т; t – ходовое время за год, час; υэ – средняя ходовая (эксплуатационная) скорость, уз.
Учитывая, что Р = ηрРг = ηрηгD, t = 8760ηt, где ηр – коэффициент использования чистой грузоподъемности при эксплуатации, ηг – коэффициент утилизации водоизмещения по чистой грузоподъемности, ηt – коэффициент использования полного годового времени, 8760 – число часов в году; υэ = ηυυs, где ηυ – коэффициент использования скорости, имеем
Q = 8760 ηDυDυs,
Коэффициент использования транспортного момента,
ηDυ = ηр ηр ηυ ηt.
Коэффициент ηt зависит от времени пребывания в течение года в портах tп и в ремонте tр,
.
Значение tп зависит прежде всего от нормы грузовых работ, значение tр – от надежности корпуса и механизмов судна, от его ремонтопригодности.
Коэффициент использования (утилизации) ηр чистой грузоподъемности зависит от степени загрузки судна, которая, в свою очередь, зависит от удельного погрузочного объема груза μг, его партионности. При высоком значении удельного погрузочного объема ηр уменьшается, что приводит к недогрузке судна. Кроме того, значение этого коэффициента зависит от наличия груза в порту погрузки и даже в какой-то степени от конкурентоспособности судна.
Сомножители формул для Q и ηDυ не являются независимыми друг от друга. Так, ηг может уменьшиться при увеличении υs. В то же время при увеличении υs может повыситься ηр, так как быстроходным грузовым судам отдают предпочтение при фрахтовании перед тихоходными, т.е. менее конкурентоспособными.
Проанализированный эксплуатационно-технический критерий пригоден для оценки грузовых судов. Для судов иного назначения могут быть предложены другие критерии. Например, для промысловых судов им может быть годовая производительность судна, выраженная массой добываемой за год продукции.
Все приведенные выше критерии оценки оптимальности судна не учитывают чисто экономических показателей. Однако основными критериями, по которым выбирают оптимальный вариант, являются критерии, связанные со стоимостными характеристиками постройки и эксплуатации судна.
Такая оценка предусматривает сопоставление эффекта, текущих затрат и капитальных вложений. Под капитальными вложениями К понимают стоимость постройки судна (с учетом затрат на проектирование, подготовку и освоение производства). Текущие затраты S (или эксплуатационные расходы) представляют сумму годовых расходов на топливо, заработную плату экипажа, текущий ремонт и пр. Под эффектом понимается годовой объем выполняемой судном работы. Для грузового судна этот объем в натуральном исчислении есть провозная способность Q или, в денежном выражении – годовой доход от эксплуатации судна С.
При проектировании судов оценивают общую (абсолютную) и сравнительную экономическую эффективность судна. Критерием общей эффективности является отношение годовой прибыли к капитальным вложениям
или срок окупаемости капиталовложений
.
Наилучшим из сравниваемых судов является то, которое характеризуется smах или tmin.
Критерием сравнительной экономической эффективности является абсолютная величина приведенных затрат Sп, которые представляют собой сумму текущих затрат S, и доли капитальных вложений: Sп = S + kнормК, где kнорм ≈ 0,12 – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложении.
Сравнение двух судов, имеющих разные эксплуатационно-технические характеристики по приведенным затратам, может оказаться неубедительным. Поэтому анализируют приведенные затраты, отнесенные к единице величины эксплуатационной характеристики. Для грузовых судов принимают относительные приведенные затраты
.