В статье рассматривается проблема безопасности мореплавания. Для ее решения разрабатывается автоматизированная система расхождения судов в море. В случае, если текущая навигационная ситуация оценивается как опасная, необходимо принимать решения по расхождению с опасными целями. Разрабатываемая система является интеллектуальным советчиком судоводителя. В ней синтезируются варианты оптимальных и субоптимальных решений, обеспечивающие безопасное расхождение со всеми судами-целями в заданной акватории с учетом навигационных ограничений. В статье предложен оригинальный алгоритм синтеза безопасных решений по управлению судном. Получаемое множество решений является результирующим в последовательности множеств: возможные решения - реализуемые решения - допустимые решения - безопасные решения. В качестве вариантов решений судоводителю предлагаются безопасные траектории движения судна, в конечном итоге, приводящие судно на прежний маршрут следования. При этом новые траектории формируются в результате последовательности маневров, соответствующих МППСС-72 в данных условиях плавания.
Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова
2016. — Выпуск 2
Содержание:
На основе метода вычислительной гидродинамики создан виртуальный опытовый бассейн, в котором выполнялись вычисления опрокидывания контура морского судна. Обоснован выбор типа и параметров «волны-убийцы» с одним центральным максимумом высотой 30 м и двумя боковыми возвышениями. Сформулированы начальные и граничные условия, обеспечивающие генерацию «волны-убийцы» в расчетной области и движение контура под воздействием волн. Обеспечена регистрация на каждом шаге вычислений величин, определяющих движение контура. Выбран перечень основных параметров, оказывающих влияние на устойчивость контура к опрокидыванию «волной-убийцей», к которым относятся масса контура, начальная метацентрическая высота контура, длина «волны-убийцы», начальное удаление контура от «волны-убийцы». Для всех сочетаний указанных параметров получены значения максимального угла крена контура. На основании указанных параметров сформированы параметрические области, соответствующие «опрокидыванию» контура. Установлено, что уменьшение массы контура судна, его начальной метацентрической высоты, начального расстояния контура до «волны-убийцы» и её длины способствует«опрокидыванию» контура. Полученные результаты могут использоваться при разработке мероприятий по обеспечению безопасности и проектировании морских судов.
Ключевые слова
В работе проведен анализ разработанной автором имитационной модели развития портов. Выявлено, что в определенный момент времени наступает предел в увеличении объема обрабатываемых в порту грузов, связанный с ограничением возможности расширения порта и, как следствие, с возможностью перегрузки на причалах только определенного количества груза. Обоснована необходимость внесения дополнений в созданную модель для выявления приоритетов развития определенных грузопотоков в рамках ограниченных возможностей порта. Разработан и обоснован алгоритм работы имитационной модели, выявляющий направление развития порта. Проведены испытания работы модели при различных вариантах воздействия ограничений. Определена адекватность работы имитационной модели в условиях введенных ограничений. Показано, что предложенная в работе модель является математическим аппаратом, учитывающим влияние внешних сил. Предложенная модель объясняет существующее состояние порта и причины, которые привели к этому, в реальных условиях воздействия на систему внешних факторов. В зависимости от введённых приоритетов модель определяет направление развития порта, что особенно ценно для её практического применения.
Ключевые слова
В настоящей статье проанализирована проблема экологической безопасности судоходства, которая должна быть обеспечена в соответствии с требованиями современного законодательства в области судоходства и охраны окружающей среды. Обеспечение экологической безопасности представляет собой соответствующую деятельность, обеспечивающую организацию и управление. Организация этой деятельности предполагает разработку и осуществление комплекса действий, а также применение технических средств. Кроме того, эффективное осуществление данного рода деятельности требует управления этой деятельностью и обеспечивается с помощью системы управления. Предложен алгоритм разработки системы управления, включая проработку основных организационных мероприятий и рекомендаций по выбору комплекса технических средств для обеспечения экологической безопасности с учетом конкретных условий судоходства, а также вида загрязнения, которое предложено рассматривать как загрязнение «эксплуатационное» и «аварийное». С учетом такой классификации предложена формулировка целей управления экологической безопасностью. Существенное внимание уделено мотивационному фактору обеспечения экологической безопасности судоходства.
Ключевые слова
В статье рассмотрена имитационная модель функционирования транспортным терминалом, разработанная посредством аппарата вложенных сетей Петри. Предпосылками к использованию аппарата вложенных сетей Петри являются наличие случайной и детерминированной составляющих в технологии обслуживания транспортных средств (в зависимости от их прибытия), возможность представления функционирования взаимодействующих подсистем терминала в виде совокупностей параллельных, технологически однородных процессов, ситуационность управления погрузочно-разгрузочными работами, связанная со стохастичностью входного потока заявок и с текущим состоянием парка перегрузочной техники. В ходе моделирования выявлены конфликтные ситуации, найдены пути их решения и определены оптимизационные параметры. Полученными оптимизационными параметрами являются время восстановления работоспособности и производительность парка перегрузочной техники. Для оптимизации первого параметра (время восстановления работоспособности) предусмотрены технические мероприятия по поддержанию перегрузочной техники в работоспособном состоянии. Второй оптимизационный параметр взаимосвязан с первым, так как повышение работоспособности парка перегрузочной техники зависит от работоспособности каждой машины в отдельности. Повышение производительности парка перегрузочной техники и его поддержание в работоспособном состоянии позволят оптимизировать резерв за счёт его сокращения.
Ключевые слова
В обзоре литературы охарактеризованы условия морского труда, в которых находятся работники, выполняющие свои профессиональные обязанности в процессе рейса. Перечислены факторы, оказывающие негативное воздействие на состояние здоровья членов экипажа судна. Среди них наибольшую степень влияния оказывают физические (шум, вибрация, механические удары, разночастотные, ионизирующие излучения), химические, климатогеографические, социально-психологические. Сделано заключение об экстремальности условий труда плавсостава, которые вызывают напряжение адаптационных систем, нарушение регуляторных функций, приводящие, в конечном итоге, к ухудшению состояния здоровья и снижению трудоспособности. Отмечено, что в рамках системы медицинского обеспечения работников водного транспорта необходим комплексный учет неблагоприятных факторов профессиональной среды с целью создания качественных и безопасных условий труда.
Ключевые слова
В статье рассмотрены вопросы развития линейного судоходства и взаимоотношений линейных конференций с грузоотправителями накануне обсуждения в ООН Конвенции о Кодексе поведения линейных конференций. Авторами обоснован тезис о том, что обсуждению положений Кодекса в ООН предшествовали значительные изменения рынка линейных перевозок. Сделан вывод о том, что разрушения колониальной системы привели к изменению сложившегося в течение столетий порядка в области торгового судоходства и подорвали могущество конференций, появились грузовладельцы и перевозчики, представляющие развивающиеся страны, значительных масштабов достигла консолидация капиталов, поддерживаемая и регулируемая правительствами капиталистических государств. Отмечается, что обострившиеся между национальными, транснациональными группами грузовладельцев и перевозчиков противоречия привели к торговым войнам между отдельными государствами. Установлено, что действенной силой на рынке морских линейных перевозок стали советы и ассоциации грузовладельцев. Выявлены масштабные изменения, которые предопределили начало процесса выработки Кодекса поведения линейных конференций, при этом каждая из договаривающихся сторон, приступая к работе над Кодексом, преследовала собственные цели.
Ключевые слова
Задачей данной статьи является разработка нового алгоритма вычисления геодезической широты в функции пространственных геоцентрических координат. В отличие от существующих способов определения геодезической широты, основанных на итеративных вычислениях или решении уравнения четвёртой степени, предлагается способ непосредственного вычисления геодезической широты по предварительно рассчитанному приближенному её значению. Задача определения приближенного значения геодезической широты решается в плоскости меридиана данной точки с использованием соотношений углов и длин линий. Начальным аргументом для расчёта приближенного значения геодезической широты предлагается принять геоцентрическую широту. По приближенному значению геодезической широты рассчитывается приближенное значение радиуса кривизны первого вертикала. Таким образом, в иррациональной функции устраняется причина иррациональности, так как сложная эллиптическая функция искомой величины заменяется вещественным числом. Устранение иррациональности позволяет использовать любое из трёх исходных уравнений для непосредственного вычисления искомой величины - геодезической широты точки, положение которой задано пространственными геоцентрическими координатами.
Ключевые слова
В мировой практике основная часть гидромеханизированной разработки полезных ископаемых приходится на добычу строительных горных пород. Подводная добыча осуществляется при освоении материковых и шельфовых месторождений, кроме того - ведется попутная добыча строительных материалов методами гидромеханизации при осуществлении дноуглубительных работ. В Хабаровском крае и Амурской области разрабатываются крупные русловые месторождения кварцевого песка и песчано-гравийной смеси. Благодаря низкой себестоимости разработки и удобному расположению месторождений, в Приамурье большая часть песка и песчано-гравийной смеси добывается из обводненных месторождений с помощью средств гидромеханизации. Основными техническими средствами, задействованными при разработке русловых месторождений, являются гидравлические земснаряды. В статье приводится перечень используемого при освоении месторождений добычного, перегрузочного и транспортного оборудования, перечисляются наиболее крупные предприятия, ведущие подводную добычу строительных горных пород, и разрабатываемые ими месторождения.
Ключевые слова
В статье рассматриваются методы определения колебаний уровня моря используемые при производстве гидрографических работ. Приведен детальный анализ каждого метода. Для каждого метода представлены аппаратные средства, используемые для определения колебаний уровня моря. Раскрываются особенности, преимущества и недостатки каждого метода. На основе проведенного анализа предложена классификация методов определения колебаний уровня моря при гидрографических работах. Обобщен новый материал по исследуемой теме с учетом последних достижений научно-технического прогресса. Предложенная классификация дает возможность выбора наиболее рационального способа определения колебаний уровня моря с учетом характеристик окружающей среды и технических возможностей при производстве работ. Выбор рационального метода приводит к уменьшению материальных затрат и получению данных, удовлетворяющих по точности и качеству действующим нормативным документам, что обладает огромной практической значимостью и актуальностью при планировании и производстве морских инженерных изысканий.
Ключевые слова
В статье рассмотрены эрозионно-коррозионные разрушения поверхностей систем охлаждения дизельных двигателей и возможности их снижения применением в качестве теплоносителя антифризов и повышения их температуры. Приведены результаты экспериментальных исследований влияния воды, антифриза и их температуры на составляющие теплового баланса высокооборотного судового дизеля. Показано, что использование антифриза с температурой 90 ºС не нарушает работу судового дизель-генератора 3Ч12/14,5, ранее рассчитанного на использование в качестве теплоносителя воды при 70 °С. Установлено, что при переходе от охлаждения водой при 70°С к охлаждению антифризом при 90°С происходит перераспределение составляющих теплового баланса, небольшое увеличение эффективного КПД дизельного двигателя и сокращение расхода топлива, особенно заметное при нагрузках 25 и 50 %. При этом не были отмечены какие-либо негативные явления, что открывает перспективы повышения температуры антифриза до 100 - 110 °С без проведения существенных конструктивных изменений судовых высокооборотных ДВС.
Ключевые слова
Статья посвящена анализу решения проблем при создании первого российского судна, работающего на сжиженном природном газе. Проанализированы современные экологические требования к морским и речным судам. Рассмотрено влияние водного транспорта на экологию крупных портов, в частности, Санкт-Петербурга. Сделан вывод о необходимости применения природного газа в качестве моторного топлива для судовых двигателей. Изложены уникальные отечественные технологии по переводу судовых дизелей на двухтопливный режим и использованию быстросъемных криогенных емкостей СПГ. Приведены результаты ходовых натурных испытаний судна-газохода с использованием сжиженного природного газа в качестве моторного топлива. В ходе испытаний при работе на двухтопливном режиме судовой энергетической установки был достигнут коэффициент замещения дизельного топлива 70 % (30 % - дизельное топливо, 70 % - сжиженный природный газ). Теоретические работы и натурные испытания первого отечественного судна на сжиженном природном газе проводились под научным руководством автора. Полученный опыт может дать уже в ближайшее время мощный толчок отечественным судостроителям к созданию высокоэкономичных и экологических судов речного и смешанного плавания, а России стать одним из мировых лидеров по применению СПГ на водном транспорте.
Ключевые слова
Статья посвящена сравнительной оценке различных расчетных методик, применяемых для кинематического анализа кривошипно-шатунного механизма. Расчет кинематических параметров прицепных поршней кривошипно-шатунных механизмов V-образных двигателей по различным аналитическим алгоритмам способен приводить к существенным различиям результатов, что ведет к снижению точности динамического анализа механизма и прочностных расчетов деталей. С использованием различных аналитических методик и методов численного моделирования определены перемещение, ускорение поршня и гармонические составляющие ускорения для кривошипно-шатунного механизма судового дизеля М400, выполнено сравнение точности полученных результатов. На основании сравнения погрешностей результатов показана эффективность численного моделирования и анализа таких механизмов методами и средствами современной CAD/CAE-технологии. Использование методов и средств CAD/CAE-технологии позволяет повысить точность кинематических, динамических, прочностных расчетов и качество проектирования двигателей внутреннего сгорания.
Ключевые слова
В статье рассматриваются приводы, содержащие планетарно-дифференциальные механизмы, которые обеспечивают разделение общей мощности одного двигателя на два потока с заданным соотношением крутящих моментов и частоты вращения выходных валов. Подобные приводы машин позволяют не только уменьшить размеры и общую массу привода и сопряженных с ним узлов, но и существенно расширить их функциональные свойства. В общем случае, проектирование распределителя решается таким образом, чтобы конструктор, выбрав ту или иную схему, знал, что он не упустил более простой или более удовлетворяющей назначению схемы. С этой целью создан список структур распределителя и получены зависимости с применением безразмерных силовых и скоростных параметров, определяющие их общие свойства. Изложенные принципы проектирования могут быть использованы при создании специальных крановых и судовых механизмов.
Ключевые слова
Предложен аналитический метод решения плоской задачи обтекания кругового цилиндра установившимся потоком идеальной среды при наличии экранирующей поверхности. Метод основан на решении краевой задачи для уравнений установившегося движения идеальной несжимаемой среды при граничных условиях непроницаемости вдоль контуров обтекаемого цилиндра и экранирующей поверхности. В качестве определяющих уравнений использовался интеграл уравнений Эйлера для 2D установившегося движения идеальной несжимаемой среды. Решение задачи реализовано с применением асимптотических методов. В результате получены новые формулы, определяющие подъемную силу и лобовое сопротивление обтекаемого тела как функции исходных параметров, справедливые при малых размерах обтекаемого тела по сравнению с размерами набегающего потока. С помощью пакета стандартных программ Maple найдены значения этих величин при различных исходных параметрах и с учетом эффекта экранирования.
Ключевые слова
В статье рассмотрен новый многоуровневый подход, позволяющий на этапе проектирования конструкций из композитных материалов, полученных методом намотки, определить основные наиболее важные физико-механические характеристики для этих конструкций в зависимости от анизотропии, отвечающие за напряженно-деформированное состояние и критические нагрузки, приводящие к разрушению. Изложены результаты, которые показывают, что в плоскости, перпендикулярной волокнам, постоянные упругости могут иметь несколько экстремальных значений в зависимости от сочетания величин модулей упругости и коэффициентов поперечной деформации. Приведены результаты расчетов и построенные на их основе характерные кривые, подтверждающие анизотропию свойств основных физико-механических характеристик композиционного материала. В целом предложенная теория после дополнительных экспериментальных исследований может быть адаптирована не только для расчета оболочек из композиционных материалов, но и для других конструктивных исполнений.
Ключевые слова
Статья посвящена одной из важнейших задач технической диагностики, такой как определение состояния динамической системы в процессе ее эксплуатации. Рассматриваются методы решения этой задачи применительно к классу электротехнических систем. При этом диагностическими параметрами являются внутренние параметры системы, определяющие состояние ее комплектующих элементов. Показано, что для оценки состояния системы и определения ее запаса работоспособности необходима информация о границе области работоспособности. В работе предполагается задание области работоспособности в виде множества граничных точек, а также в форме аналитического описания ее границы. Получены правила распознавания принадлежности или непринадлежности вектора фактического состояния системы области работоспособности, которые определяются формой ее задания. Проанализированы алгоритмы вычисления запаса работоспособности электротехнической системы. Определены сферы применения каждого алгоритма, которые обусловлены формой задания области работоспособности, ее видом и размерностью пространства диагностических параметров. Разработанные методы и алгоритмы апробированы на тестовых примерах и реальных электротехнических системах.
Ключевые слова
Статья посвящена проблеме повышения точности определения расчетных нагрузок электрических сетей речных и морских портов. В основе расчетов лежит выявление потребности в электроэнергии, которая, с одной стороны, преобразуется в параметры электроустановок, а, с другой - в показатели энергоемкости производства. В предложенном методе производительности различных причалов связываются с удельными расходами электроэнергии соответствующих кранов, работающих на данном участке. Доказано, что разнообразная специализация причалов даже одного рода груза (например, навалочного) влияет на суммарное потребление порта. В данном расчете порт рассматривался как система массового обслуживания, при этом использовалась модель системы с очередью, что позволило определить эффективную структуру порта, число причалов и резервы пропускной способности. Построенные графики показали, что расхождение между теоретическим и статистическим распределениями минимально, что позволяет говорить об эффективном использовании метода определения расчетной максимальной нагрузки для порта, основанного на теории массового обслуживания.
Ключевые слова
В статье рассмотрены вопросы оснащения судов новыми современными средствами связи и спасания в зависимости от района плавания судна. Показаны достоинства и недостатки современных конвенционных систем и дополнительного оборудования. В частности, показано, что современное оборудование имеет проблему надежной и оперативной связи на высоких широтах. Показаны пути решения данной проблемы как с помощью спутников на наклонных орбитах, так и использованием глобальной сети спутниковой связи ИРИДИУМ, АЙКО, ОДИССЕЙ. Приводятся рабочие зоны и параметры работы спутников на высокоэллиптических орбитах МОЛНИЯ, ТУНДРА, предлагаемых для работы на северных акваториях. В статье приводятся и изменения в аппаратуре спасательных средств, представлены материалы по модернизированному бую АИС-АРБ. На основании приведенных материалов делается вывод о необходимости модернизации комплекса судовой аппаратуры.
Ключевые слова
Решение проблемы потокораспределения в многоконтурных электрических и гидравлических сетях и системах составляет основу создания современных технологий моделирования гомогенных и гетерогенных сред в установившихся и переходных режимах. С учетом широкого спектра приложений проблемы потокораспределения на объектах водного транспорта и в различных сферах производства важной технической задачей является развитие и создание новых эффективных способов анализа и синтеза многоконтурных сетей с использованием численных методов оптимизации, идентификации и параметрической оценки. В этой связи в работе рассматривается модель и алгоритм расчета расходов воды в рукавах разветвленного участка водной коммуникации, основанный на принципе наименьшего действия Максвелла. Минимизация потерь мощности потока, расходуемой на перемещение жидкости по руслу, оценивается с помощью алгоритма открытого поиска, относящегося к классу генетических алгоритмов. В основу разработки алгоритма анализа и синтеза нелинейных гидравлических сетей со сложной структурой положены технологии термодинамического моделирования, базирующиеся на топологической общности электрических и гидравлических схем, а также на фундаментальном положении о движении транспортных сред по единым законам течения, сохранения массы и энергии. Современные водные транспортные сети с многорукавными разветвлениями русел характеризуются высокой размерностью, сложной зависимостью технологических параметров от структуры и параметров сетей, а также внешних условий, что значительно усложняет разработку моделей многорукавных разветвлений и проведение машинных экспериментов для получения оценок расходов воды на стадии проектирования и эксплуатации. Предложенные способы расчета потокораспределения применены для решения конкретных задач. Приведены примеры для подтверждения корректности выполненных решений.
Ключевые слова
Решается задача построения кратчайших маршрутов для группы судов, получивших задание достижения условных целей с известными координатами, расположенных в ограниченном пространстве. Рассмотрен случай, когда число целей у всех судов одинаковое. Задача считается выполненной при достижении судами всех своих целей. Предлагается два алгоритма решения задачи координации действий судов с расчетом минимальных по длине маршрутов. Эффективность решения задачи по выбору маршрутов оценивается по времени ожидания судна, последним достигшего цель. Решается задача об оптимальном выборе начальных положений судов. Численный эксперимент обнаруживает экстремальные значения параметра распределения судов в предположении о равномерном их распределении по заранее выбранной прямой. Предложенные алгоритмы и выводы из их анализа могут найти применение в организации движения морского, воздушного и наземного транспорта.
Ключевые слова
В данной работе рассмотрено построение имитационной модели процессов переработки каботажных грузов, основанной на генерации подчиненных гамма-распределению случайных величин. Так же, как и имитационная модель, основанная на равномерном распределении данная модель дает приближенные к реальным значения статистических величин, таких как математическое ожидание времени ожидания каботажных судов в очереди и в терминале. Эти величины получаются более достоверными по сравнению с марковской (классической) моделью массового обслуживания, которая дает немного завышенные значения вероятностных характеристик. В рамках данной статьи дана математическая формулировка задачи и предложены основные алгоритмы работы программы. В работе приведены таблицы, позволяющие дать оценку влияния среднеквадратичных отклонений случайных величин на вероятностные характеристики процессов. Алгоритм послужил основой для разработки программы, вычисляющей вероятностные характеристики процессов переработки каботажных грузов.
Ключевые слова
Рассмотрена модель двухзвенного манипулятора, построенная на основе гибридной нейронной сети с использованием блоков ANFIS для решения инверсной кинематической задачи обеспечения движения рабочего элемента по заданной траектории. Двухзвенные манипуляторы широко используются в перегрузочном оборудовании, которым оснащены современные порты и транспортные терминалы. Показано, что применение элементов гибридных сетей с простыми способами обучения и настройки позволяет значительно повысить эффективность и качество функционирования манипуляторов путем использования решений, основанных на фундаментальных положениях теории систем искусственного интеллекта. Для задания траекторий движения спредера применены сплайны. Приведены уравнения динамики модели двухзвенного манипулятора, позволяющие выполнять оценки допустимых нагрузок элементов конструкции и обеспечивать безаварийные режимы функционирования манипулятора.
Ключевые слова
В статье рассмотрен подход к управлению борьбой за живучесть корабля при комплексных аварийных ситуациях на основе методов ситуационного анализа и имитационного моделирования. При использовании экспертных систем, базирующихся на ситуационном выборе управленческих решений, процесс доступа к информации приводит к многошаговым процедурам диалога оператора с базой данных, неприемлемым в условиях дефицита времени на принятие решений и реальной аварии в силу ее быстротечности, которая, как правило, носит комплексный характер. Для повышения качества рекомендаций и эффективности принимаемых решений в ходе борьбы за живучесть корабля предлагается подход к построению системы информационной поддержки принятия решений, в котором механизм выбора управленческих решений осуществляется на базе имитационного моделирования потоков опасных событий и их последствий в комплексной аварийной ситуации на объекте. Правило выбора основывается на ситуационном анализе,заключающемся в последовательном диалоге лица, принимающего решение, с прогнозными имитационными моделями, которые дополнены интерфейсными разработками, позволяющими качественно оценить состояние объекта управления по степени опасности.
Ключевые слова
В статье рассматриваются вопросы оптимизации оперативного управления транспортным конвейером шлюзованной системы. Обосновывается возможность реализации автоматизированной диспетчеризации судопропуска на основе взаимодействия имитационной модели и алгоритма управления в реальном масштабе времени, конечной целью которой является расписание проводки судов. До настоящего времени подобных систем, работающих в рамках шлюзованного судоходного канала в целом, не создано. Делается вывод, что для этого необходимо использовать системы, обеспечивающие автоматический обмен информацией между судами и береговыми службами, а также параллельные алгоритмы обработки данных. В качестве среды реализации предлагается универсальная программная оболочка распараллеливания, модель и особенности функционирования которой представлены в статье. Отмечается, что её основным назначением является организация эффективного выполнения прикладного решения пользователя.