І.Г. Захаров, доктор технічних наук, професор, контр-адмірал; В. В. Ємельянов, кандидат технічних наук, капітан 1 рангу; В.П. Щеголіхін, доктор технічних наук, капітан 1 рангу; В.В. Чумаков, доктор медичних наук, професор, полковник медичної служби
Кораблі є найважливішим компонентом сил, що використовуються у збройній боротьбі на море. Вони представляють собою складні технічні системи високого ступеня ієрархії. У них об'єднані в єдиний комплекс різноманітні зброю та технічні засоби з різним характером бойового і повсякденного функціонування, а також ступенем впливу на ефективність виконання поставлених завдань. Нарешті, на відміну від інших бойових систем (танки, літаки тощо) кораблі є найдорожчими і малосерійними системами. Тому заздалегідь потрібно упевненість у доцільності створення того чи іншого корабля з відповідними тактико-технічними елементами (ТТЕ). Це обумовлює труднощі і многоступенчатость проектування корабля, а також значний консерватизм рішень під час цього процесу. У класичному випадку процес проектування включає кілька етапів:
дослідне проектування, яке має на меті розробку оперативно-тактичного завдання (ОТЗ) та тактико-технічного завдання (ТТЗ) на проектування. Дослідницьке проектування визначає доцільність створення корабля, перевіряє реалізація основних технічних рішень та принципів конструктивного оформлення корабля;
ескізний проект, в якому уточнюються основні ТТЕ корабля і вибирається декілька найбільш оптимальних варіантів для подальшої роботи;
технічний проект, остаточно визначає основні ТТЕ і завершальний творчу пошукову роботу вибором єдиного варіанта;
робочий проект, за яким починається на будівництво корабля.
Початковий етап проектування, до розробки ТТЕ включно, завжди виконувався в центральних наукових організаціях ВМФ (ЦНІВК, НТК, 1-й ЦНДІ МО) за участю ряду спеціальних науково-дослідних установ. Саме цей етап проектування є найважливішим і менш відомим. Тим більше, що за весь післявоєнний період на цьому етапі відбулися найбільші зміни. Таким чином, процес проектування починається з формування загального задуму створення корабля, який виходить з покладених на корабель завдань і грунтується на досягненнях науково-технічного прогресу. Відповідно до загального задуму визначається технічний вигляд з оптимальним поєднанням ТТЕ, необхідних для розробки науково обгрунтованого завдання на наступні стадії проектування. Розробку таких завдань і називають дослідницьким проектуванням. Дослідницьке проектування як самостійна область в загальній теорії проектування кораблів сформувався порівняно недавно - в 50-60-х роках, коли кораблебудування перейшло на шлях комплексного впровадження досягнень науково-технічного прогресу.
Порівняння з кораблями-аналогами, як метод вибору ТТЕ нових кораблів, багато в чому втратило своє значення у зв'язку з істотними змінами в характері озброєнь боротьби на морі, а роль конкретних прототипів зменшилася внаслідок високих темпів науково-технічних досягнень по ряду видів озброєння і технічних засобів . Бойові дії сучасних кораблів-аналогів можуть різко відрізнятися в залежності від розв'язуваних кораблями завдань, загальною оперативно-стратегічної обстановки та військово-географічних умов, що неминуче позначиться на задумі створення і вигляді кораблів і, отже, на ступені розвитку і співвідношенні окремих їх якостей. Нарешті, безмежні можливості науки і техніки, що відкрилися на початку 60-х років, породили у ряду військових і вчених ілюзію можливості створення принципово нових кораблів, здатних замінити традиційні класи. Ці обставини певною мірою призвели не тільки до волюнтаризму в використанні кораблів, а й до значних перекосів у розвитку науки проектування не тільки кораблів, а й озброєння.
Так, у 60-70-х роках сформувався погляд на розвиток техніки, як повністю підпорядковане тактиці бойового використання. Це призвело до ігнорування тієї ціни, за яку виходили задані ТТЕ. Однак об'єктивні наукові результати при проведенні досліджень з обгрунтування ТТЕ могли бути отримані тільки при розгляді єдиної системи корабель-озброєння. На початку 70-х років такий погляд на проблему проектування вже став домінуючим, хоча і не всеосяжним. Разом з тим у вітчизняному кораблебудуванні в 70-х роках почався перехід до створення кораблів, їх озброєння і технічних засобів з більш повної взаємної ув'язкою. Щоправда, і в 90-х роках такий підхід трактувався тільки в теорії.
У методологічному плані потреби практики дослідного проектування і відповідний науковий потенціал зумовили подальше вдосконалення графоаналитического методу проектування на основі спільного використання методів подібності та математичної статистики. У поєднанні з приватними графічними проробками це дозволило багато в чому відійти від конкретного прототипа. Великий внесок у розвиток цих методів внесли А. І. Балкашинов, С. А. Базилевський, Л. Б. Бреслава, Б. А. Колизаев, А. І. Косоруков, В. А. Литвиненко, Г. І. Попов, А. . Е. Цукшвердт та інші вітчизняні вчені ВМФ.
Нарешті, зусиллями вітчизняних і зарубіжних вчених були розроблені методи оцінки кількісних показників, а також математичні моделі оцінки бойової ефективності та військово-економічної оптимізації ТТЕ на стадії проектування кораблів. Дані моделі базуються на вероятностном описі процесу бойових дій і моделюванні не окремих тактичних ситуацій, а операцій або систематичних бойових дій у цілому, і показники ефективності вибираються в суворій відповідності з поставленими цілями - основним принципом, сформульованим у теорії бойової ефективності академіком А. Н. Колмогоровим . У вирішенні цих питань взяли участь В. А. Абчук, І. Я. Дінер, Ф. А. Матвійчук, М. П. Прохоров, С. К. Свірін, В. Г. Суздаль, Л. Ю. Худяков та інші.
Будь-яке проектування, в тому числі і дослідницьке, базується на величезній кількості вихідних даних. При цьому перспективні протидіють бойові системи на момент проектування нового корабля достовірно невідомі, внаслідок чого виникає необхідність отримання прогнозу їх характеристик. З цієї причини велике значення в дослідницькому проектуванні мають методи наукового прогнозування, які отримали значний розвиток у 70-80-х роках в розробках В. П. Кузіна, В. М. Пастушенко, П. Ю. Убранцева та інших.
Все це розширило можливості розробки та об'єктивної порівняльної оцінки варіантів проектованого корабля з істотно відмінними один від одного технічними рішеннями.
Новим у вирішенні окремих завдань дослідного проектування було використання засобів ЕОТ, хоча воно ще не повною мірою забезпечувало комплексну оптимізацію процесу з урахуванням необхідної багатоваріантності, глибини і оперативності проектних досліджень.
Суттєвим кроком у розвитку методів дослідного проектування в 70-і роки стало створення та впровадження в 1-м ЦНІІМО системи автоматизованого проектування (САПР) - принципово нового програмно-технічного інструменту проектних досліджень. Зазначена система була створена великим колективом вчених ВМФ: В. Н. бурові, Ю. С. Вольфсон, Б. А. Колизаевим, Л. Ю. Худякова, П. А. Шауб та іншими.
Завдяки створенню САПР стало можливим вирішувати всі завдання дослідницького проектування в комплексі, починаючи з технічної розробки варіантів корабля і закінчуючи оптимізацією його ТТЕ за критеріями бойової та військово-економічної ефективності на базі багатоваріантних розрахунків за більш точним математичним моделям. Створення САПР в значній мірі усунуло розриви між об'єктивною потребою збільшення багатоваріантності, глибини і підвищення оперативності проектних досліджень, обчислювальними можливостями фахівців та засобами інженерної праці, що були раніше в їх розпорядженні. Стали реальними опрацювання і комплексна оцінка до декількох сотень варіантів проектованого корабля.
У 80-ті роки у розвитку теорії та методів дослідного проектування відзначається подальше вдосконалення системного підходу до створення кораблів в комплексі з їх зброєю і технічними засобами, а також засобами бойового і повсякденного забезпечення. Саме системний підхід став головною методичною основою створення математичних моделей для САПР. Системний підхід визначається як оптимальна технічна реалізація задуму створення корабля за такими основними факторами:
бойової ефективності при виконанні бойових завдань в різних умовах і різними способами;
науково-технічним можливостям створення технічних засобів до необхідного терміну;
взаємозв'язку окремих підсистем корабля між собою, в тому числі побудови структури корабля у вигляді взаємодіючих функціональних комплексів з урахуванням динаміки їх спільної роботи та принципу ієрархічної оптимізації;
економічної обгрунтованості і забезпеченості створення необхідного числа кораблів у визначені терміни;
наявністю і станом взаємодіючих і забезпечують сил і засобів.
Окремі принципи системного підходу, що стосуються в основному оцінки технічної сумісності та приватної оптимізації підсистем корабля, приймалися до уваги протягом всієї історії кораблебудування. При цьому відповідні завдання у минулому були відносно простими через порівняно слабкої технічної взаємозв'язку підсистем.
Після створення САПР поняття системного підходу істотно розширилося. У ньому відбито облік багатьох факторів, що забезпечують оптимізацію ТТЕ кораблів як єдиної системи корабель-озброєння-засоби забезпечення, що вимагає розробки та вдосконалення відповідних кількісних методів. Значний внесок у розвиток методології системного підходу внесли вчені ВМФ: І. Г. Захаров, М. М. Четвертаків, П. А. Шауб та інші. Завдяки впровадженню принципів системного підходу в 80-х роках колективу вчених ВМФ вдалося розробити досить багато математичних моделей для САПР 1-гоЦНІІМО, ув'язаних за інформацією, і, отже, вперше здійснилося автоматизоване дослідне проектування.
Багато створені для САПР математичні моделі володіли значною новизною і оригінальністю. До таких моделей можна віднести: операційну модель (моделювання бойової операції) для оцінки підводних човнів (Л. Ю. Худяков) і надводних кораблів (В. І. Нікольський), оцінку живучості надводних кораблів (А. М. Іванов, А.І. Косоруков), імітаційні моделі бойових дій та оцінку надводних кораблів (С. А. Іванов), спільне проектування "корабель - основна зброя" (С. А. Губкін, М.М.Четвертаков-молодший), і ряд інших.
З початку 80-х років САПР 1-гоЦНІІМО стала активно використовуватися для обгрунтування ТТЕ практично на всі кораблі. Першою підводним човном, обгрунтування якої було проведено на САПР. стала атомний підводний човен проекту 945а, а з надводних кораблів - СКР проекту 11540.
В кінці 80-х років значний розвиток в САПР отримали методи геометричного моделювання для отримання графічного зображення варіанти корабля в процесі його проектування на більш пізніх етапах автоматизованого дослідного проектування (СВП) і для отримання координат різних його елементів у процесі різноманітних розрахунків, у тому числі і живучості. Для цього в математичну модель СВП була включена геометрична модель корабля (розроблена Н. В. Нікітіним).
Разом з методами визначення кількісних характеристик автоматизованого дослідного проектування постійно вдосконалювалися і методи оптимізації. Так, в кінці 80-х років в САПР, поряд з традиційними методами оптимізації, був впроваджений та апробовано на ряді ТТЕ метод багатокритеріальної оптимізації багатоцільового корабля, розроблений І.Г. Захаровим. Поряд зі створенням математичних моделей визначалася і спеціальна технологія роботи на САПР: розроблялися послідовність виконання моделей, організація даних для розрахунків (розробка баз даних), форма представлення отриманих результатів і багато чого іншого.
Спочатку САПР створювалася як система для стадії дослідного проектування з метою вироблення рекомендацій керівництву щодо прийняття рішень на стадії формування ТТЕ. Однак пізніше, використовуючи досягнутий раніше результат, є можливість автоматизувати та інші важливі завдання, які вирішуються науковими організаціями ВМФ, такі як:
обгрунтування планів військового кораблебудування;
відпрацювання спільних вимог до проектування кораблів і судів та обгрунтування цих вимог;
обгрунтування напрямків розвитку корабельного озброєння і корабельної техніки на перспективу;
оптимізація терміну служби корабля і оцінка доцільності модернізації;
оцінка нових проектних рішень, які прямо не впливають на ТТЕ (наприклад, компонування корабля і її вплив на ефективність через живучість і т.п.);
науково-технічний супровід, коли з використанням САПР здійснювалася оцінка відхилення від ТТЕ і виходили кількісні показники для експертизи готового проекту.
У цілому теорія і методи дослідного проектування постійно вдосконалюються та їх впровадження в практику сприяє прискоренню науково-технічного прогресу в кораблебудуванні.