Рассматривается мировой опыт создания судов, основанных на беспилотной технологии, описываются конструктивные технологии по формированию навигационных систем беспилотных судов, позволяющих осуществлять управление судном как удаленно оператором, так и автономно, без участия человека. В качестве наиболее ярких примеров приведены и рассмотрены принципиальные схемы построения навигационных комплексов беспилотных судов, строящихся в рамках таких проектов, как «Maritime Unmanned Navigationthrough Intelligencein Networks» (MUNIN) и Advanced Autonomous Waterborne Applications (AAWA). Особое внимание в работе уделено особенностям реализации автономного режима управления беспилотным судном и режима удаленного управления. Обсуждаются преимущества и недостатки применения безэкипажных судов в практике мирового судоходства для обеспечения перевозки грузов морем. Анализируются основные международная и национальная нормативные базы с целью выявления недостатков и несоответствий, препятствующих внедрению и эксплуатации беспилотных судов в прибрежных водах и Мировом океане. Особое внимание уделено нормативной базе, разработанной под эгидой Международной морской организации (ИМО). Расставлены аспекты, позволяющие сделать однозначные выводы об изменениях традиционных операций, выполняемых в настоящее время штурманским составом морских судов при внедрении беспилотных технологий. Рассмотрены процедуры планирования рейса, приёма и сдачи груза, оказания помощи людям, терпящим бедствие, на предмет их выполнения на борту беспилотных и обычных судов. Раскрыто понятие «обычная морская практика» с точки зрения безэкипажного судоходства в водах Мирового океана. В заключительной части статьи четко сформулированы проблемы нормативной базы, препятствующие крупномасштабному внедрению беспилотных судов на морском и внутреннем водном транспорте.
Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова
2017. — Выпуск 6
Содержание:
Получено выражение для верхней границы модуля погрешности метода счисления геодезической широты судна, возникающей в результате упрощения соответствующего уравнения счисления. Упрощение заключается в переходе от уравнения счисления широты, содержащего под знаком интеграла выражение, зависящее от широты и не выражающееся через её элементарные функции, к уравнению, где указанное выражение считается всегда равным его значению при минимальной по модулю широте. Выражение для верхней границы справедливо, когда при движении геодезическая высота судна остаётся постоянной. Оно не учитывает вычислительную погрешность, а также другую погрешность метода, связанную с интегрированием северной составляющей скорости. Проанализированы зависимости верхней границы модуля погрешности метода от максимального модуля северной составляющей скорости движения судна, его геодезической высоты, значений большой полуоси и эксцентриситета эллипсоида вращения, разности наибольшего и наименьшего значений модулей широты. Определены условия, когда погрешность достигает наибольшего по модулю значения. Проведены расчёты верхней границы модуля погрешности с использованием выведенного соотношения для различных скоростных режимов и продолжительности плавания судна. Отличительной особенностью предлагаемого варианта приближённого решения уравнения счисления для широты является возможность получения верхней границы модуля погрешности метода, возникающей в результате упрощения уравнения счисления, на основе наибольшего значения модуля северной составляющей скорости в пределах данного отрезка времени и его длины. Предлагаемые расчётные соотношения, дополненные соответствующими выражениями для долготы, могут использоваться для тестирования других алгоритмов счисления.
Ключевые слова
Статья посвящена актуальной проблеме расчета ветро-волновых потерь скорости хода морских судов. С этой задачей сталкиваются все участники процесса морской перевозки груза - от судоводителей и судомехаников морских судов, которым знание скорости хода судна необходимо для расчета параметров рейса и запасов топлива, до судовладельцев при решении задач коммерческой эффективности рейса и логистики. Открытие Россией интенсивного движения судов по Северному морскому пути, особо подверженному ветрам и штормовым явлениям, дополнительно повышает актуальность проблемы прогнозирования скорости морских судов в условиях ветра и волнения. Ветер и волнение, вызванное воздействием ветра на поверхность океана, относятся к гидрометеорологическим факторам, с которыми наиболее часто приходится сталкиваться судоводителям при эксплуатации морского судна. Учет этих гидрометеорологических факторов в судовождении предписывается Международной конвенцией ПДНВ. Обращается внимание на то, что воздействие ветра и волнения на морское судно вызывает возникновение таких явлений, как заливаемость и слеминг (удары волн в днище носовой части судна), что приводит к вынужденному снижению скорости хода судна судоводителями. В настоящее время существуют методы для определения условий возникновения заливаемости с использованием числа Фруда и контуров заливаемости. По известным параметрам длины и высоты ветровой волны, а также осадки судна может быть рассчитана скорость хода, при которой явление слеминга будет отсутствовать. Отмечается, что повторяемость вынужденного снижения скорости морских судов возрастает с увеличением скорости ветра и высоты волны, которая может быть учтена с помощью коэффициента повторяемости. Если судно вынужденно не снижает скорость, то значение коэффициента повторяемости равно нулю. Когда судно в 100 % случаев вынуждено снижать скорость при штормовом ветре и волнении, коэффициент повторяемости равен единице. К ветро-волновым потерям скорости обычно относят суммарные потери морского судна от вынужденного снижения скорости хода и от потери скорости в результате дополнительного сопротивления движению из-за ветра и волнения. Исследованы математические зависимости для расчета суммарных ветро-волновых потерь скорости хода морских судов при ветре и волнении. В настоящей статье выполнен сравнительный анализ практической применимости наиболее часто используемых формул расчета ветро-волновых потерь скорости хода морского судна. Подтверждена необходимость сравнительного анализа в случае практического применения данных формул, вызванная тем, что большинство из них были получены достаточно давно на основе исследования движения судов традиционных для своего времени обводов, типов и водоизмещений. При этом отмечается, что часть из них дает неприемлемые результаты в тех случаях, когда погодные параметры превышают определенные значения. На основании результатов исследования даны рекомендации по практическому использованию рассмотренных формул расчета ветро-волновых потерь скорости хода морских судов.
Ключевые слова
Повышение эксплуатационной безопасности и надёжности является наиважнейшей задачей при строительстве портовых гидротехнических сооружений. Для образования новых и расширения существующих территорий портовых гидротехнических сооружений, в том числе песчаных засыпок городских и портовых набережных широко применяются песчаные грунты. Повышение эксплуатационной безопасности и надежности портовых гидротехнических сооружений процессу разжижения песчаных грунтов может быть обеспечено их уплотнением. Показана высокая эффективность взрывного метода для уплотнения водонасыщенных песчаных грунтов оснований разработанным автором новым способом последовательного взрывания зарядов. К тому же способ последовательного взрывания зарядов и предложенный новый способ виброизоляции площадки строительства позволяют в несколько раз снизить величину динамических воздействий на близлежащие здания и сооружения, а также слабые коренные грунты в основании портовых сооружений. Проведенные исследования показали, что способ последовательного взрывания зарядов позволяет на 30 - 40 % увеличить относительные осадки уплотняемого основания и достигнуть степени плотности грунтов основания не менее 0,6 - 0,8, что практически обеспечивает устойчивость структуры песчаных грунтов их разжижению в основании зданий и сооружений, обусловленных вибродинамическими и сейсмическими воздействиями. Кроме того, применение способа последовательного взрывания зарядов для уплотнения грунтов оснований позволяет в 2,5 - 3 раза сократить безопасные расстояния для зданий и сооружений. При этом дополнительное создание специальной защиты в виде слоя из аэрированного грунта вдоль границы уплотняемого основания позволяет практически полностью ликвидировать опасность техногенных вибродинамических воздействий, возникающих при динамическом уплотнений грунтов оснований нового строительства, на близлежащие здания и сооружения. Это дает возможность расширить область применения динамических методов уплотнения песчаных водонасыщенных грунтов в условиях расширения существующих портовых гидротехнических комплексов и наличия в их основании слабых глинистых грунтов, обладающих структурной прочностью.
Ключевые слова
В статье рассмотрены вопросы управления движением речных судов. Выполнен анализ структур автоматических систем управления движением судном (СУДС). Показаны основные задачи, требующие решения для организации режимов управления. Для задачи оптимального управления представлено общее решение, определяющее минимум взвешенной суммы среднеквадратичной ошибки и управляющих сигналов СУДС. Показано, что наиболее важной является модель рыскания судна, в которой вектор состояния включает три переменных параметра: угол рыскания, угловую скорость рыскания, угол дрейфа. Представлено общее решение связанных между собой задач комплексирования различных измерительных системи выработки необходимых сигналов управления судном в условиях ветровых и волновых возмущений. Установлено, что появление каких-либо дополнительных источников информации о положении судна, а также использование разнообразных подруливающих устройств не приводит к изменению основных математических соотношений, а основные формулы могут быть записаны для решения задачи оптимального управления в дискретном времени, соответствующей современным способам сбора и переработки информации с помощью бортового вычислителя. Показана возможность создания автоматических СУДС, которые предназначены не только для обеспечения курса судна, но и для динамического позиционирования при наличии значительных ветровых и волновых возмущений. Представлено, что в СУДС с обратной связью входят: объект управления (судно), датчики кинематических параметров движения и управляющих воздействий, локальная система управления исполнительными органами, системы извлечения информации с матрицами ошибок о компонентах вектора состояния, включающие судовую радиолокационную станцию, гирокомпас, гидроакустическую станцию, индикаторы приема спутниковой навигационной системы и радионавигационных систем, система отображения информации и вычислительное устройство, образующие вместе с органами ручного управления пульт управления движением. Установлено, что состояние судна меняется под воздействием внешних ветровых и волновых возмущений и управляющих воздействий, обеспечивающих движение. Показано, что вычислительные устройства осуществляет решение следующих задач: оценка вектора состояния, в который входят кинематические параметры соответствующего режима управления на основе наблюдения наиболее информативных для данного движения компонент векторов; формирование управляющих сигналов с учетом оценок состояния и состояния судна, исходя из требования максимизации показателя качества работы СУДС.
Ключевые слова
Проведен анализ статической устойчивости двухзвенных систем подвешивания крупногабаритных и тяжеловесных грузов (КТГ), которые достаточно широко применяются сегодня на морском транспорте. Анализ устойчивости проведен исходя из предположения о том, что такие системы подвешивания (СП) могут быть рассмотрены как механические системы с идеальными голономными связями, имеющие две степени свободы. При этом вторичные стропы СП первоначально параллельны друг другу, а все стропы системы являются эластичными, т. е. удлиняются под действием нагрузки. Показано, что такая система находится в положении устойчивого равновесия (несмотря на ее возможное отклонение от исходного положения и изменение формы), если ЦТ груза расположен внутри или на границах некоторой области - равнобедренного треугольника, названного условно «треугольником безопасности» (ТБ). Показано, что основание ТБ - это платформа вторичного подвеса (отрезок между точками крепления вторичных строп), а высота ТБ зависит от отношения массы траверсы и груза, а также величины удлинения эластичных строп. Для случая предельного положения устойчивого равновесия СП (когда ЦТ груза размещен на одной из боковых сторон «треугольника безопасности») получено аналитическое выражение для оценки угла отклонения траверсы относительно исходного (горизонтального) положения. Для такого предельного случая получены также уравнения, позволяющие рассчитать удлинения всех эластичных строп, а также вычислить размеры (высоту и длину основания) ТБ, т. е. области, внутри которой должен находиться ЦТ груза, чтобы двухзвенная система подвешивания оставалась в положении устойчивого равновесия. Возможности разработанных методов и аналитических выражений демонстрируются с помощью конкретного числового примера. Выполнен также сравнительный анализ устойчивости двухзвенных систем подвешивания с эластичными и неэластичными стропами. Показано, что при прочих равных условиях высота и площадь «треугольника безопасности», а значит, и устойчивость СП выше в случае применения неэластичных строп.
Ключевые слова
Произведена оценка возможности применения специализированных насыпных контейнеров для перегрузки навалочных грузов на неспециализированном причале по прямому и складскому варианту. Представлена методика расчета потребности внутрипортовой механизации и специализированных контейнеров для перегрузки навалочных грузов в условиях обратимости причала для перегрузки не традиционных для него грузов. В качестве гипотезы выдвинуто предположение о том, что задача имеет ряд решений, зависящих от линейных размеров причала и технических характеристик перегрузочного оборудования. Это выявляет возможность применения традиционных нормативных рекомендаций по расчету численности парка технологического оборудования и персонала, вовлеченного в складские и кордонные операции. Данные элементы технологической цепочки перемещения груза из тыловой зоны являются одними из самых затратных для осуществления предложенной схемы работ. Показано, что оптимизационная численная постановка задачи ведет к снижению нерациональных затрат на закупку оборудования, а также к уменьшению рисков, связанных со сбоями работы транспортной инфраструктуры терминала. Предложена аналитическая методика оперативного расчета потребности в ресурсах для складских операций, в основе которых находится уточненный метод оценки производительности складирующего оборудования. Этот метод предполагает анализ и сопоставление единичного технологического цикла машин внутрипортовой механизации при работе по различным вариантам. На основе представленной методики рассматривается также расчет общего потребного количества контейнеров для перегрузки заданного грузопотока. Полученные численные зависимости и сформированные на их основе выводы позволяют сделать общий вывод о том, что построение системы переработки на неспециализированных причалах навалочных грузов требует большей детализации, учитывающей вероятностный многофакторный характер процессов, и является одним из направлений исследований в рассматриваемых условиях работы портов.
Ключевые слова
Современные разработки в области имитационного моделирования портов и грузовых терминалов позволяют определить влияние множества количественных факторов на показатели эффективности работы морского порта. Однако влияние качественных и структурных факторов, не поддающихся численному выражению, на работу порта в таких работах отражено неявно. Для исследования влияния такого рода факторов наиболее подходит метод имитационного моделирования. В данном исследовании рассматривается проблема оценки влияния ограничений на возможность постановки судна к причалу, вызванная топологическими особенностями местности и, соответственно, на работу порта в целом. Приводится количественная оценка снижения показателей эффективности работы порта при неудобном для постановки и отхода судов расположении причалов. В соответствии с нормативными документами принято два варианта начертания причальной стенки из трех возможных: фронтальный и ковшовый. Предлагается метод оценки работы порта, основанный на стандартных показателях эффективности работы порта. В предложенном методе используется отношение коэффициента занятости причала только под грузовыми работами к коэффициенту полной занятости причала для оценки эффективности работы причального фронта. Отмечается важность разработки анимированной составляющей модели как способа визуализации логических процессов. Приводятся результаты серии экспериментов, позволяющие сделать вывод о значительном влиянии начертания причальной линии на работу морского порта. Анализ полученных данных свидетельствует о кардинальном снижении пропускной способности морского порта при переходе с одной формы начертания причальной стенки на другую. Отмечается, что при выборе конфигурации причальной стенки играют роль множество факторов, в том числе и стесненные территориальные условия. Однако необходимо также учитывать влияние формы причальной линии на дальнейшие показатели работы порта, используя вариант, позволяющий организовать движение судов наиболее удобным способом.
Ключевые слова
Приводятся результаты исследований технико-эксплуатационных показателей системы наполнения камеры из-под сегментных подъемно-опускных ворот на примере проектируемого низконапорного судоходного шлюза Багаевского гидроузла. Наиболее широкое применение в отечественном шлюзостроении для низконапорных шлюзов получили системы питания камер с короткими обходными галереями, расположенными в устоях голов, и системы питания через отверстия (клинкеты) в воротах, перекрываемые различными типами затворов. В этих системах питания использовались простые гасительные устройства для уменьшения скорости течения потока, поступающего в камеру шлюза или выходящего из неё, либо системы гашения полностью отсутствовали. В рассматриваемой системе наполнения камеры использованы более эффективные гасительные устройства, позволяющие обеспечить безопасные условия стоянки судов при оптимальном времени шлюзования. Данная система отличается от системы наполнения камер шлюзов канала им. Москвы наличием экранной стенки, водопропускное отверстие под которой выполнено на всю ширину камеры, наличием гасительного колодца и балочной распределительной решетки с неравномерным по высоте шагом отверстий. Размеры водопропускных отверстий и основных элементов камеры гашения установлены по гидравлическим, энергетическим и кинематическим параметрам поступающего в камеру потока воды. Выполненные исследования рассматриваемой системы питания позволили получить вполне удовлетворительные результаты: состав элементов системы наполнения обеспечивает эффективное гашение энергии потока при оптимальном времени шлюзования. Кроме того, сегментные ворота удобны для использования по гидравлическим условиям. Они имеют малый вес, а, следовательно, и подъемное усилие, а также меньшие объемы строительно-монтажных работ по сравнению с широко применяемой для низконапорных шлюзов системой наполнения через короткие обходные галереи. Система наполнения камеры из-под сегментных подъемно-опускных ворот может использоваться при строительстве судоходных шлюзов среднего напора, которые позволяют располагать гасительные элементы по высоте стенки падения без устройства гасительного колодца.
Ключевые слова
Как показывает практика, особенностью нержавеющих сталей, допущенных к применению в судовой отрасли, является закусывание и схватывание на контактных и резьбовых поверхностях при сборке даже при невысоких усилиях затяжки 0,1 предела текучести материала при требуемых не менее 0,5 предела текучести, что ведет к нестабильности затяжки соединения лопасть - ступица или недостаточной затяжке. В данной работе поставлена задача экспериментального исследования поведения металлических покрытий для пар трения из нержавеющих высокопрочных сталей, работающих при высоких контактных давлениях Целью работы является выявление предельных практических усилий затяжки без угрозы появления задиров и схватывания при сборке соединений гребных винтов. Объектом экспериментальных исследований являлось изучение покрытий металлов, нанесенных на нержавеющую основу, и стабильность сдвига контактирующих поверхностей, исходя из предположения о том, что покрывающий металл «работает» как твердо-пластичная смазка. Определены граничные величины усилий, при которых происходит закусывание нержавеющих материалов, определены покрытия и метод нанесения, исключающие закусывание при высоких контактных давлениях, определены коэффициенты трения покрытий, нанесенных методом холодного газодинамического напыления на нержавеющую основу. Установлено, что наиболее приемлемым покрытием для исключения явлений задиров и схватывания на контактных поверхностях элементов крепления гребных винтов является покрытие алюминием, нанесенное холодным газодинамическим методом. Максимальная нагрузка на контактную поверхность для данного покрытия составила 380 МПа, что соответствует затяжке 0,55 от предела текучести материала. Подтверждено, что кроме алюминиевого покрытия допускается использование покрытия медью.
Ключевые слова
Проведены измерения вязкости шести смазочных масел - четырёх масел нефтяного происхождения: МС-20, И-40А, И-20А, МВП, и двух синтетических: ПАОМ-13 и ПАОМ-4. Вязкость масел определяли на ротационном вискозиметре Брукфильда LVDV-II+Pro при различных температурах. Для разных масел зависимость производной вязкости можно аппроксимировать единой функцией, близкой к линейной, что следует из термофлуктуационной природы вязкого течения масел, т.е. чувствительность вязкости к изменению температуры определяется значением самой вязкости. Показано, что зависимость энергии активации вязкого течения от вязкости масел ограничивается двумя асимптотами: горизонтальной и вертикальной. Существование двух асимптот указывает на разный механизм вязкого течения у сравнительно низкомолекулярных масел и сравнительно высокомолекулярных. Наличие горизонтальной асимптоты свидетельствует о том, что вязкое течение сравнительно высокомолекулярных масел происходит путём прилипания и отрыва отдельных структурных фрагментов между соседними молекулами, и энергия активации течения таких масел определяется энергией разрушения временных узлов между соседними молекулами, образованных взаимодействием структурных фрагментов, которые являются кинетически самостоятельными структурными элементами молекул. Существование вертикальной асимптоты указывает на то, что для низкомолекулярных масел, у которых размеры молекул меньше размера ранее упомянутых структурных фрагментов, энергия активации вязкого течения обусловлена энергией, необходимой для сдвига молекул как единого целого относительно друг друга на определённое расстояние и, соответственно, энергия активации будет определяться суммарной энергией связей между молекулами при их относительном сдвиге, а также геометрическими факторами.
Ключевые слова
Рассмотрены вопросы, связанные с технологией намотки ленточных полимерных композиционных материалов. Отмечены особенности технологического процессы формообразования заготовок тел вращения способом навивки. Дано определение лентопротяжного механизма, используемого для намотки оболочек и выделены основные классификационные признаки. Представлена обобщенная кинематическая схема механизма транспортировки и навивки нитей и ленты. Рассмотрены динамические явления происходящих при процессе намотки и укладывания нитей. Выделены способы управления процессом намотки лентой. Отмечены активные и пассивные устройства в механизмах регулирования скорости и натяжения нити. Устройства классифицированы по степени автоматизации процесса транспортировки и навивки ленты. Представлены математические зависимости, описывающие динамические характеристики процесса, учитывающие с необходимой полнотой фрикционные взаимодействия и упругие составляющие механизма в целом. На примере расчета корректирующего устройства, состоящего из упругого и пластического элементов, показано, каким образом можно обеспечить динамическую устойчивость в лентопротяжном механизме, при этом исключив резонансные явления процесса наматывания ленты и, как следствие, появление брака в заготовках. С использованием математических зависимостей и исходных условий выполнен расчет амплитудно-частотной характеристики. Результаты численного моделирования представлены в виде графиков, содержащих экстремальные точки, отвечающие явлениям резонанса в механизме. Результаты численного моделирования подтверждают правильность и корректность используемых математических зависимостей. Предложенные математические зависимости по итогам результатов расчетов могут быть использованы при построении алгоритмов систем автоматизированного управления процессом навивки лентами. В рамках представленного алгоритма разработана структурная схема системы адаптации режимов и управления процессом навивки, включающая элементы автоматического измерения скорости перемещения и прогиба нити.
Ключевые слова
В статье рассматриваются вопросы влияния шероховатости поверхности, обработанных различными технологическими методами на износ поверхностного слоя высокоточных деталей судовых машин и механизмов. В качестве технологических методов обработки деталей использовано ротационное резание, шлифование с виброгашением, ротационное хонингование, притирка с дозированным съемом материала поверхностного слоя и эластичное раскатывание. Установлено, что применение метода ротационного растачивания в качестве финишной обработки формирует на поверхности деталей дополнительно деформированный высокоизносостойкостный поверхностный слой одновременно обеспечивая высокую производительность. Процесс шлифования с виброгашением существенно снижает перенос абразивных частиц на обрабатываемую поверхность, повышает точностные и качественные показатели поверхностного слоя. При ротационном хонинговании прерывистость резания единичных зерен сочетается с непрерывностью процесса стружкообразования. Налипания металла на рабочую поверхность режущей части инструмента практически не происходит,температура в зоне резания снижается, что приводит к получению высококачественного износостойкостного поверхностного слоя деталей. При притирке с дозированным съемом материала поверхностного слоя обеспечивается оптимальная величина толщины сильно деформируемого поверхностного слоя из-за возможности регулирования абразивного воздействия на обрабатываемую поверхность, которая способствует получению надежного износостойкостного слоя. Эластичное раскатывание позволяет осуществить обработку нежестких тонкостенных деталей стабильными, уравновешенными, регулируемыми силами, не ухудшая их точностные, качественные и износостойкостные характеристики.
Ключевые слова
В работе рассмотрены варианты усиления балок конструкций портовых сооружений, выполненных из дерева, наклейкой листов из полимерного композиционного материала (стеклопластики и углепластики на эпоксидной матрице) с различным модулем упругости. Усиление конструкций проводится композиционными материалами при приклеивании листов из композита толщиной 5 мм к балке, выполненной из дерева сечением высотой 20 см и шириной 40 см в растянутой и сжатой зоне. Расчет усиления выполняется методом условного приведения разномодульных составляющих сечения к однородной. Задача решена без учета податливости соединений швов и подбора клеевого состава. Исследование показало, что усиление деревянных балок стеклопластиком с низким модулем упругости незначительно увеличивает несущую способность и увеличивает массу на 25,44 кг. При усилении балки композиционным материалом с модулем упругости, равным модулю упругости древесины, несущая способность повышается в 1,076 раза и увеличивает массу 1,25 раза, по сравнению с композитом, обладающим более высокими механическими характеристиками. В случае применения материалов для усиления с модулем упругости выше, чем у материала, из которого выполнена балка, повышается несущая способность в 1,997 раза, а масса составляет 18 кг. Из выполненной работы можно сделать вывод о том, что усиление строительных балок композиционными материалами значительно увеличивает несущую способность при небольшом увеличении массы конструкции. Проанализированы основные преимущества данного метода усиления, такие как легкость произведения усиления, незначительное увеличение сечения балки и др., а также такие недостатки, как чувствительность к мелким дефектам материала и отказ работы материала при пожаре.
Ключевые слова
Полимерные композитные материалы начинают широко использоваться в судостроении для изготовления ответственных крупногабаритных корпусных деталей, а также деталей функционального триботехнического назначения. В настоящее время имеются трудности, связанные с решением экологических задач и задач охраны окружающей среды при механической обработке композитов, а также задач, связанных с охраной труда и техникой безопасности на рабочих местах. Повышенные канцерогенные свойства продуктов разрушения композитов при резании определяются мелкой перстной пылью с отдельными фракциями менее 10 мк, аэрозоли и туманы смазочно-охлаждающих жидкостей, вредные газы от распада под воздействием температуры органической матрицы композита и т. п. Ранее указанное требует от системы вентиляции, аспирации продуктов деструкции композитов, а также системы кондиционирования повышенных затратна отдельные модули, которые позволят создавать необходимый микроклимат и безопасные условия труда на рабочих местах. Отмечается, что существенно снизить затраты на этапах разработки комплексной системы вентиляции, возможно за счет использования алгоритма, достоверно учитывающего не только процессы, происходящие в зоне механической обработки, но и возможности отдельных модулей, систем и аппаратных средств контроля вредностей, задействованных в подобных комплексных системах. В статье изложен комплексный методический подход ко всем этапам, включающий проработку отдельных модулей системы как при проектировании, так и при штатной и нештатной эксплуатации. Предложенные методики и алгоритмы можно использовать для проведения научно-исследовательских работ, связанных с переходом действующего производства на механическую обработку заготовок из новых композиционных материалов. Приведенные результаты исследований подтверждают работоспособность предложенного алгоритма и эффективность использованных аппаратных средств.
Ключевые слова
В статье рассматриваются возможные методы решения проблем, возникающих при длительной эксплуатации главных судовых двигателей на режимах малых мощностей, необходимость которой вызвана выполнением требований новой редакции Прил. VI Международной конвенции МАРПОЛ 73/78 по повышению энергоэффективности судна и снижению выбросов углекислого газа. При снижении скорости хода судна до 0,7 от полной мощность главного двигателя снижается до 35 % от номинальной. Длительная работа на такой мощности приводит к снижению моторесурса двигателя. Исследования показывают, что эффективным средством обеспечения оптимального рабочего процесса в широком диапазоне режимов двигателя является регулируемый турбонаддув. Его можно осуществить либо установкой турбокомпрессора с регулируемым проходным сечением соплового аппарата турбины, либо использованием регистровой системы наддува. В статье проанализирована эффективность применения турбонаддува с регулируемым сопловым аппаратом, который позволяет обеспечивать оптимальный коэффициент избытка воздуха в широком диапазоне рабочих режимов двигателя. В результате в диапазоне мощностей 25 - 75 % обеспечивается пониженный удельный эффективный расход топлива, снижаются выбросы углекислого газа и углеводородных соединений. Авторами статьи проанализированы результаты численного моделирования рабочего процесса главного двигателя при использовании наддува с регулируемым проходным сечением соплового аппарата турбины, выполнен сравнительный анализ параметров, взятых со стендовых испытаний и эксплуатационных показателей двигателя при использовании регистровой системы наддува. В заключительной части статьи сделаны выводы об эффективности использования рассмотренных методов оптимизации рабочих процессов главного двигателя при длительной работе на режимах малых мощностей. Использование регулируемого турбонаддува позволяет существенно улучшить работу двигателя на режимах малых мощностей. Параметры рабочих процессов восстанавливаются практически до значений, соответствующих режиму эксплуатационного полного хода.
Ключевые слова
Показатели работы дизельного двигателя существенно зависят от согласованности конструктивных и регулировочных параметров топливной аппаратуры с формой и размерами камеры сгорания. Указанная согласованность обеспечивается таким сочетанием параметров, при котором комплекс процессов подачи топлива в цилиндр, развития топливных струй, их взаимодействия с поверхностями камеры сгорания, выделения теплоты при сгорании топлива обеспечивает высокие показатели топливной экономичности при приемлемых экологических показателях двигателя. Методика согласования параметров должна быть основана на адекватном описании и количественных оценках элементарных внутрицилиндровых процессов в сочетании с процессом выделения теплоты от сгорания топлива. Согласование исключительно расчётным путём в настоящее время невозможно. Это объясняется тем, что ввиду чрезвычайной сложности и быстротечности рассматриваемых процессов пока не созданы в должной мере адекватные их математические модели. Решить рассматриваемую задачу можно расчётно-экспериментальным путём, сочетая физическое моделирование процессов подачи топлива, развития топливных струй, их взаимодействия между собой, с поверхностями камеры сгорания и анализ выделения теплоты в дизеле по индикаторным диаграммам. В ходе использования такой методики выполняется уточнение представлений о деталях происходящих в дизеле процессов, в частности, об изменении во времени геометрических и массовых характеристик топливных струй, о моментах времени нанесения топлива на поверхности поршня, крышки и втулки цилиндра, о причинах изменения формы характеристики выделения теплоты при сгорании топлива. В результате использования такой методики получена возможность целенаправленного воздействия на внутрицилиндровые процессы, обеспечивающего высокие экономические и экологические показатели двигателя при его создании и в ходе эксплуатации.
Ключевые слова
Рассматриваются и анализируются возможные методы оценки реактивной нагрузки в системах электроснабжения морских и речных портов. Показано, что в настоящее время достаточно обоснован лишь метод расчета активных электрических нагрузок. Реактивные нагрузки оцениваются по приближенным формулам, не связанным с реальным процессом энергопотребления. Предложен метод решения задачи более точного определения потребляемой реактивной мощности грузоподъемными машинами на примере портальных кранов. Метод основан на статистическом моделировании электрической нагрузки группы грузоподъемных машин, при этом процесс потребления электроэнергии рассматривался в качестве случайной величины. Предложенный подход позволяет повысить точность оценки реактивной нагрузки и более обоснованно управлять процессом ее компенсации. При этом в полной мере выполняются требования энергосистемы по максимуму и минимуму потребления реактивной мощности и исключаются штрафы за превышение нормативов в различных режимах работы грузоподъемных машин. Рассматриваются способы прогнозирования процесса потребления электрической мощности. Установлено, что все шире для целей прогнозирования находят применение интеллектуальные методы, обеспечивающие высокую достоверность прогноза в различных технологических режимах работы потребителей электрической энергии. Сделан вывод о целесообразности прогнозирования электрических нагрузок грузоподъемных машин с помощью нейронной сети, которая совместима с интеллектуальными методами управления и обеспечивает существенно более низкую чувствительность точности прогнозирования в случаях снижения автокорреляционной связи графика нагрузки, что имеет существенное значение для анализа энергопотребления.
Ключевые слова
Рассмотрена схема распределения электроэнергии танкера «Лиговский проспект», содержащая три дизель-генераторных агрегата с бесщёточными трехфазными синхронными генераторами активной мощностью 750 кВт, полной мощностью 937,5 кВ∙А, напряжением 440 В, частотой 60 Гц, номинальным током 1203 А, коэффициентом мощности - 0,8. Приведены основные показатели качества электроэнергии и требования к ним Международной электротехнической комиссией и Российского морского регистра судоходства. Описаны характеристики двух приборов «Энерготестер ПКЭ-06» отечественного производства, с помощью которых произведены измерение и регистрация основных энергетических показателей (фазные и линейные напряжения, фазные и линейные токи, активная, реактивная и полная мощность, коэффициент мощности нагрузки, коэффициент нагрузки) и показателей качества электроэнергии (отклонение напряжения, отклонение частоты, коэффициент несинусоидальности и др.) на танкере при одиночной работе дизель-генераторных агрегатов (ДГА) и при параллельной работе двух ДГА в различных эксплуатационных режимах судна (ходовой, маневренный, стоянка на рейде) в электроцепях генераторов и приемников (электроприводов: электропривод балластного насоса № 2 мощностью 315 кВт, электропривод вентилятора инертных газов мощностью 126 кВт, электропривод балластного насоса № 1 мощностью 160 кВт и др.). Продолжительность измерения для ходового, маневренного режимов и режима стоянки на рейде составляла не менее 24 ч с 30-минутным усреднением. Анализ показателей качества электроэнергии по их измеренным значениям и графическим зависимостям от времени показал соответствие качества электроэнергии требованиям МЭК и Российского морского регистра судоходства.
Ключевые слова
Разработана модель на основе теории нечетких множеств, позволяющая выработать рекомендации по выбору вида профессиональной деятельности выпускников вуза. «Нечеткая» модель позволяет конкретизировать трудно формализуемые показатели, определяющие способность выпускника к конкретному виду деятельности. Модель учитывает также основные требования к выпускникам вуза в соответствии с существующими государственными образовательными стандартами и степень освоения выпускниками изучаемых дисциплин. Формируется оценка уровней компетентностей конкретных выпускников по основным группам изучаемых дисциплин. Разработаны требования к различным группам дисциплин в зависимости от будущей профессиональной деятельности выпускника. Составлены таблицы, в которых определены требования к уровню знаний в зависимости от профессиональной деятельности и потенциальных способностей выпускников к различным видам деятельности. Таблицы разработаны на основе экспертных оценок, учитывающих опыт работы специалистов в различных видах деятельности.В соответствии с указанными требованиями составлены матрицы, определяющие степень соответствия требований к различным видам профессиональной деятельности выпускника уровню освоения различных дисциплин. С использованием составленных матриц методом минимаксной композиции определяется вид деятельности, адекватный соотношению степени компетенций выпускника требованиям, установленным к этому виду деятельности. На основании полученных соотношений разработана методика, определяющая рекомендации по виду дальнейшей профессиональной деятельности выпускников. Приведен пример использования составленной модели для выработки рекомендаций по выбору вида профессиональной деятельности для выпускников радиотехнической специальности Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова на основании действующего Федерального государственного общеобразовательного стандарта высшего образования 25.05.03 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» (уровень специалитета).
Ключевые слова
Рассмотрены вопросы организации стратегического управления грузовым портом. Формализована система стратегического управления грузовым портом с позиции теории организационных систем. В качестве управляемых субъектов рассмотрены перегрузочные процессы транспортировки грузов, складские и вспомогательные процессы, процессы оказания услуг. Выделены три типа управления грузовым портом как организационной системой: институциональное, мотивационное и информационное управление. Описана целевая функция повышения эффективности функционирования грузового порта. Формализованы стратегии повышения эффективности грузового порта на основе анализа прибыльности, производительности, качества обслуживания, действенности и экономичности. Систематизированы подходы в области стратегического анализа и управления рисками транспортно-логистических систем. В качестве основного инструмента повышения эффективности управления предложена сбалансированная система показателей. Сбалансированная система показателей рассмотрена в разрезе оценки рисков, выделен ряд угроз: ресурс-угрозы, процесс-угрозы и результат-угрозы. В разрезе стратегического, тактического и оперативного управления представлена концептуальная структура управления грузовым портом. Предлагаемая система управления грузовым портом предполагает решение задач на нескольких уровнях: разработка стратегии, разработка сбалансированной системы показателей, разработка системы функционально-стоимостного управления, разработка системы бюджетирования. Предложена схема системы управления грузовым портом с двойным циклом управления, позволяющая прогнозировать возможности и угрозы, выбранной стратегии заранее (до ее реализации), сгенерировать вариант сбалансированной системы показателей в зависимости от стратегии, оценить степень влияния различных факторов на функционирование грузового порта при реализации той или иной стратегии, выявить взаимовлияющие показатели, сформировать управленческие решения, и, таким образом, оценить конфигурацию системы стратегического управления в целом. Это достигается путем интеграции и конвергенции ситуационной, когнитивной, имитационной, процессной, экспертной моделей на основе онтологического подхода. Представлена концептуальная структура программного комплекса в виде системы поддержки принятия управленческих решений на основе предложенных методологических подходов и комплекса моделей грузового порта.