Главная Pentagonus Регистрация

Вход




Приветствую Вас Гость | RSS Четверг, 28.01.2021, 10:43
Ключевые слова
моделирование, В. Спиридонов, Виргиния, ии, искусственный интеллект

Ключевой партнёр
Академия военных наук РФ
Академия военных наук РФ

Категории каталога
ВМС общие вопросы [157]
Флот [155]
Авиация [89]
Морская пехота [79]
Уставы и руководства [7]
вооружение [91]
снаряжение [18]
Боевые операции [34]
Структура и организация [114]
Стратегия и тактика [80]
Техническое обеспечение [105]
История [24]
НИОКР [101]

Поиск


Наш опрос
Готовы ли ВС США к борьбе за господство в Арктике?
Всего ответов: 22
Статистика

Rambler's Top100

Онлайн всего: 10
Гостей: 10
Пользователей: 0

Top secret


Translate.Ru PROMT©
Главная » Статьи » ВМС » Техническое обеспечение

Использование результатов исследований в области искусственного интеллекта при проектировании АПЛ ВМС США типа "Виргиния" (2020)

Использование результатов исследований в области искусственного интеллекта при проектировании АПЛ ВМС США типа "Виргиния"

В. Спиридонов,
кандидат технических наук

В последние годы командование ВМС США уделяет большое внимание внедрению результатов исследований в области искусственного интеллекта (ИИ). ИИ является разделом информатики, который занимается разработкой методов и средств компьютерного решения интеллектуальных задач, имеющих ряд особенностей, в том числе отсутствие заданного алгоритма их решения. К прикладным направлениям искусственного интеллекта относится создание технических устройств, способных к логическим выводам и рациональному поведению, к приобретению новых знаний и диалогу с пользователем. В теории ИИ используются математические методы и методы структурной лингвистики и когнитивной науки.

Развитие прикладных интеллектуальных систем первоначально шло по пути усложнения алгоритмов и уточнения подходов, что положило начало так называемому эвристическому программированию. Это привело к появлению в середине 70-х годов XX века, экспертных систем, которые широко применяются в настоящее время, в том числе и в системах оружия различного назначения. Кроме того, в них реализованы именно элементы искусственного интеллекта.

С появлением инструментальных средств и технологий разработки экспертных систем это направление выделилось в самостоятельную область - инженерию знаний. Работы в данной области вызвали рост исследований методов представления знаний - структур данных общего характера, обладающих сложной внутренней организацией, встроенными процедурами и в силу этого активностью и внутренней интерпретируемостью. Потребность в таких технологиях привела к созданию методов, программных средств переноса знаний в базу данных системы.

К задачам приобретения знаний примыкают методы интеллектуального анализа данных. В арсенал средств интеллектуального анализа данных входят нейронные сети, рассуждения на основе прецедентов, методы конструктивной индукции, эволюционное программирование и другие. Особенностью ряда средств является возможность их применения к очень большим массивам данных, характеризующихся разнородностью и отсутствием их модели.

Примером эффективности использования экспертных систем может служить проектирование атомной подводной лодки (ПЛА) типа "Виргиния", где бумажная технология была полностью заменена компьютерным моделированием. Внедрение результатов исследований в области ИИ, то есть экспертных систем, позволило ВМС США существенно сократить расходы не только на этапе проектирования подводной лодки, но и, что особенно важно, при строительстве и последующей эксплуатации корабля.

В ходе реализации четвертой фазы проектирования ПЛА типа "Виргиния" применяется инновационный комплексный программный продукт (ПП) "Катиа", использующий программные и аппаратные средства для компьютеризации творческой работы.

Базовой основой разработки подводной лодки являлся набор созданных аналитических моделей, которые отличались друг от друга прикладным предназначением в зависимости от фазы проектирования. На первоначальном этапе работ (фазы 1, 2 и 3) использовался инструментарий автоматизированного конструирования и моделирования как наиболее подходящий при проектировании поверхности корпуса, компоновки основных подсистем корабля, оценки уровня шумности лодки и ее скрытности.

Фазы проектирования ПЛА типа "Виргиния"
Взаимосвязь комплексного программного продукта "Катиа" с другими программами и базами данных в процессе проектирования ПЛ
Спиральное проектирование
"Притирка" требований и возможностей при выработке концептуальных решений

Инновационный комплексный ПП "Катиа", примененный при изготовлении чертежей, работал совместно с системой автоматизированного проектирования высокого уровня, а также с автоматизированной системой технологической подготовки производства и инженерного анализа. Он включает в себя передовой инструментарий трехмерного моделирования, подсистемы программной имитации сложных технологических процессов, развитые средства анализа, единую базу данных текстовой и графической информации.

"Катиа" при взаимодействии с ПП "Эновиа" и "Делмиа" позволяет эффективно решать все вопросы технической подготовки производства, от начала проектирования до выпуска рабочих чертежей, спецификаций, монтажных схем и управляющих программ для станков с числовым программным управлением.

В процессе проектирования корабля "Катиа" совместно с упомянутыми ПП дает возможность визуализировать разные системы и лодку в целом в системе трех координат. Различные части этих систем можно закрашивать разными цветами, для того чтобы выделить конкретную, например трубы водяного охлаждения могут быть одного цвета, а трубы системы гидравлики - другого.

На рисунке вверху показана основная взаимосвязь комплексного программного продукта "Катиа" с другими программами и базами данных в процессе проектирования ПЛ:
- "Эновиа" - программный продукт для управления большими массивами инженерных данных и коллективной работой при функционировании ПП "Катиа" (программа - администратор данных, система управления данными);
- Центр базовых компьютеризированных технологий, который способствует созданию производства в ходе проектирования и быстрому его переналаживанию;
- ПП "Делмиа" - автоматизированный технолог, предназначенный для цифрового производства. Включает в себя группу программных продуктов, предназначенных для определения всех взаимосвязей между подсистемами ПЛ в трехмерном измерении и параметрами производственных систем. В тоже время, выполняя функции автоматизированного технолога, обеспечивает подготовку всего производственного цикла.

В рамках этого ПП "с использованием программно-аппаратных средств (DPM/Structures Lofting) формируется полная развертка (трехмерная) конструкции корпуса корабля, а с помощью программно-аппаратных средств осуществляется анализ узлов (подсистем) и проведенного объемного моделирования. В итоге ПП "Делмиа", реализуя объемное моделирование, составляет полную трехмерную развертку конструкции лодки, а также в процессе имитационного моделирования анализирует ее подсистемы.

Интерактивный анализ в системе трех координат обеспечил детальную проработку, трассировку, компоновку и подгонку друг к другу различных систем, подсистем и механизмов, например кабельных трасс, трубопроводов, благодаря чему существенно снизилось количество проектных ошибок еще до постройки ПЛА типа "Виргиния". В том числе "Катиа" позволил моделировать технологические процессы, процедуры технического обслуживания и ремонта с целью проверки возможности доступа личного состава к системам и механизмам подводной лодки и выполнения операции по их ремонту.

Используемое при этом ПП трехмерное моделирование дает возможность специалисту виртуально продвигаться по ПЛ, для того чтобы проверить месторасположение подсистем и устройств, условия работы операторов на боевых постах, условия освещения и т.д. Например, конструкторы в ходе проектирования ПЛА типа "Виргиния" в полном объеме визуализировали весь процесс установки энергетического модуля, размещенного на специальной платформе.

Базовой основой программного продукта, используемого при проектировании ПЛ. является набор аналитических моделей. Их создание вызвано необходимостью автоматизировать весь процесс проектирования и производства и подгонять друг к другу широкий набор различных по местоположению модулей, систем, устройств, механизмов в разных сочетаниях. Как уже было отмечено ранее, на первоначальном этапе проектирования ПЛ, использовался инструментарий CAE, а при разработке рабочих чертежей и конструировании применялась CAD (система автоматизированного проектирования - САПР), являющаяся составной частью ПП "Катиа".

При проектировании корпуса корабля инструментарий CAE обеспечил имитацию различных геометрий, накладок, в том числе с помощью метода конечных элементов, образующего сетку. При проектировании корабля широко использовался подход под названием спиральное проектирование (программа поддержки разработок в системах автоматизированного проектирования). Он предназначен для поэтапной оптимизации характеристик кораблей путем неоднократного повторения всего цикла проектирования и внедрения новых технологических достижений и позволяет оценить пути снижения закупочной стоимости корабля и эксплуатационные расходы, обеспечивая сравнение альтернативных вариантов по критерию стоимость/эффективность.

С учетом времени эксплуатации (33 года), а также продолжительности разработки головной ПЛ нового поколения (15 лет) специалисты в ходе проектирования современной атомной подводной лодки пытаются заглянуть далеко вперед и оценить:
- состояние ПЛА на временной шкале (оценка текущих и перспективных технологий, военных целей и задач современных и будущих);
- системы подводного наблюдения с учетом перспективных технологий (оценка возможностей потенциальных противников);
- возможность противодействия перспективным системам оружия, применяемым будущим противником;
- варианты геополитического расклада;
- среду, в которой должна действовать лодка.

В связи с тем что оценка указанных аспектов будущего осуществляется с неопределенностью (ограниченной точностью прогноза), вводятся страховочные принципы. Главный из них - гибкость. Гибкость - ключевой элемент конструкций будущих ПЛ - ключевое соображение, в которое вводится практически неизбежное изменение самих требований во времени.

Для учета всех неопределенностей и возможности корректировать требования в ходе проектирования был создан постоянно развивающийся инструмент - "Средства поддержки концептуального проектирования ПЛ", который был интегрирован в ПП "Катиа" (заимствован у фирмы "Боинг"). Основное требование к нему и его главное качество заключалось в обеспечении сопряжения между разработчиками различных элементов, систем и оборудования ПЛ при общих требованиях. Данный инструмент обеспечил в том числе:
- идентификацию, визуализацию и интерактивное обсуждение ограничений, которые вносятся отдельными элементами конструкции ПЛ и ее различным оборудованием и делают эти элементы и оборудование взаимно зависимыми:
- визуализацию вариантов проектных решений на ранних стадиях и их представление в виде, доступном для вмешательства и исправления в виртуальном пространстве.

Конфликтующие ограничения с помощью данного инструмента идентифицируются и последовательно устраняются. Все элементы конструкции и оборудования подводной лодки "притираются" между собой, и осуществляется последовательное продвижение к окончательному облику. Каждое текущее состояние модели ПЛ рассматривается как "текущая фаза" виртуальной реальности. Среди физических ограничений одними из наиболее важных являются требования по акустической заметности подводной лодки.

Для реализации своего предназначения инструмент разработки концептуального облика ПЛ обеспечивается базами данных и знаний, в которых концентрируются накопленный опыт, необходимые справочные данные, разработанные физико-математические модели, экспериментальные результаты, экспертные оценки, в том числе прогнозные и известные ограничения. Эти знания и опыт затем используются Центром базовых компьютеризированных технологий и ПЛ "Делмиа".

Разработаны комплексные оптимизационные стратегии, применяя которые можно осуществлять перебор и сравнение вариантов систем и в целом ПЛ.

Они включают также "методы ветвлений и ограничений" (branch and bound methods). Ввиду указанного выше принципа гибкости, даже при завершении поисковой процедуры конструирования ПЛ, в отношении ряда элементов предусматривается дополнительная возможность их изменения. В первую очередь к таким элементам относятся электроника и гидроакустика.

Процедурно работа поискового инструментария SCА выглядит следующим образом. Строится опорная конструкция будущей ПЛ в соответствии с представлениями о ней, которая обеспечивается необходимой энергетикой и гидростатически балансируется. Формируется продольная схема размещения вариантов конструкции и оборудования. Далее модель ПЛ строится в виде вариантов комбинаций исходя из требований и технологических возможностей. Упомянутые выше базы данных и знаний являются развивающимся продуктом, включающим практически весь ранее наработанный научный, инженерный и технологический задел.

Фактически при формировании ПП использованы сотни томов документации из различных организаций и все достижения фундаментальной и прикладной науки. Он включает также большой объем экспертных оценок и экспериментальных данных. В предельно укрупненном виде на этапе "притирки" предъявляемых текущих требований и текущих возможностей организуется итерационный процесс взаимного обмена аргументацией между этими двумя блоками. При этом сама разработка этих требований рассматривается в качестве мощного инструмента создания концептуального облика ПЛ.

Требования формируются на основе анализа подлежащих решению задач, специфики угроз, окружающих условий. Затем они разбиваются по уровням и спускаются с верхнего к нижним, на которых осуществляется поиск технических решений. Генерируемые в процессе указанной "притирки" требования сопоставляются и проверяются на совместимость. В результате сложной итеративной работы с множеством требований и вариантов технических решений образуется приемлемый баланс, при котором обеспечивается соответствие определенного набора требований определенному набору технических решений. Все вопросы, связанные с оценкой скрытности ПЛ (силы, цели) при работе активных и пассивных (регистрация излучаемого шума) ГАС, в полном объеме решаются при ее гидроакустическом проектировании.

Гидроакустическое проектирование (ГП) подводной лодки определяет ее скрытность и является неотъемлемой частью этого многоэтапного процесса. В силу того что ПЛА действует в водной среде, ее влияние на скрытность необходимо знать еще на его начальной стадии. ГП включает: прогноз характеристик собственной ГАС; оценку угрозы (оценка ГАС противника); оценку уровня шумности; оценку акустической силы цели; акустические измерения на полигоне.

Инновационный комплексный программный продукт "Катиа" обеспечил более высокое качество проектирования подводных лодок, снизил количество проектных ошибок, позволил быстро переналаживать производство и внедрять технологические новинки.

Зарубежное военное обозрение. - 2020. - №8. - С. 65-71

Категория: Техническое обеспечение | Добавил: pentagonus (31.12.2020) | Автор: В. Спиридонов

Просмотров: 130 | Рейтинг: 0.0/0 |
Всего комментариев: 0

avatar


Copyright MyCorp © 2021

Рейтинг Военных Ресурсов