Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
UDK 639.2.061 Оборудование рыболовных судов
BBK 472 Рыбное хозяйство
The system of computer-aided design of industrial fishing gear (CAD-FG), developed by the small innovative enterprise Digital Technologies Laboratory LLC with the support of FASIE, is an import-substituting product for manufacturers and designers of bottom and mid-water trawls. At the present stage of trawl operation, the use of CAD-FG on fishing vessels will ensure the correct setting of the trawl system (trawl doors, hydrodynamic shield, loading chain, etc.) for efficient operation of the trawl. The CAD-FG system allows you to save drawings of trawls in electronic format, which creates a database necessary for analyzing designs and transferring drawings to the relevant departments and divisions. An integral part of the competencies of highly qualified personnel is their ability to work with the CAD-FG software, with which it is possible to develop drawings of bottom and mid-water trawls, as well as to model their operation processes in 3D.
midwater trawl, bottom trawl, software, digital technologies, CAD-FG
Современные цифровые технологии широко используются в промышленном рыболовстве [1]. Зарубежное программное обеспечение по моделированию тралов представлено в литературе [2; 3]. Указанное программное обеспечение имеет узкий функционал по проектированию, расчету и моделированию техники промышленного рыболовства, в частности – рыболовных тралов. К примеру, сетная часть тралов моделируется не как полноценная (количество ячей в пласти соответствует в натурном трале и модели), а как уменьшенный вид, то есть занижается количество ячей для ускорения расчета. Тем самым процессы, протекающие в канатно-сетной части тралов, не моделируются, не учитывается гидроподпор, форма ячеи, перераспределение нагрузок, нагрузки в съячейке и шворочных швах и др. Таким образом, процесс моделирования становится не адекватным и, соответственно, проектирование тралов не представляется возможным в указанных системах автоматизированного проектирования (далее – САПР). Еще одним фактором, сдерживающим использование зарубежных САПР, является отсутствие в них полноценного моделирования системы «судно-трал», что не позволяет адекватно воспроизвести все процессы эксплуатации траловой системы.
Авторами статьи А.О. Ражевым, А.А. Недоступом и Е.Е. Львовой, в рамках проекта по программе «Старт-ИТ» при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Фонда содействия инновациям) для малого инновационного предприятия ООО «Лаборатория цифровых технологий» [3], разработано отечественное программное обеспечение «Система автоматизированного проектирования орудий промышленного рыболовства» (далее – САПР-ОР). В задачи САПР-ОР, кроме всего прочего, входит моделирование рыболовного трала. Для полноценного моделирования системы «судно-трал» необходимо:
- моделирование течений и гидрометеорологической обстановки [5];
- моделирование грунта водоема (загрузка карт районов промысла) [6];
- моделирование приборов поиска рыбы и контроля трала [7-9];
- моделирование промысловых механизмов и системы «Автотрал» [10];
- моделирование процессов постановки, траления и выборки трала [11];
- точное моделирование анизотропных конструкций (гидродинамического щитка) или элементов канатно-сетной части тралов (канатных связей, веревок и узлов), вплоть до съячейки и шворки со сложными их циклами [12-15];
- учет физико-механических свойств канатно-веревочных изделий, из которых изготовлены детали тралов: канатные связи и дели (разрывная нагрузка, удлинение, упругость, эластичность и др. характеристики) [16];
- точное моделирование изотропных деталей траловой системы (траловых досок, загрузочной цепи, грузов-углубителей и других деталей) [17-19];
- моделирование гидроподпора в сетной части трала [20];
- учет крепления соединительных деталей;
- моделирование скоплений и их характеристик [21];
- моделирование улова;
- моделирование движения рыболовного судна с тралом, воспроизведение соответствующих параметров судна и промысловых механизмов (располагаемой тяги, сопротивления корпуса судна, остойчивости судна, характеристик промысловых механизмов и др. параметров) [22-24];
- учет углеродного следа, связанного с эксплуатацией тралов, или учет расхода топлива на переходы и процессы эксплуатации тралов.
В настоящее время предприятия, относящиеся к рыбохозяйственному комплексу Российской Федерации, используют конструкторскую документацию на тралы:
- ОСТ 15 30-72 «Конструкторская документация сетных орудий рыболовства. Тралы рыболовные»;
- ОСТ 15 33-72 «Конструкторская документация сетных орудий рыболовства. Общие требования»;
- ОСТ 15 34-72 «Конструкторская документация сетных орудий рыболовства. Условные изображения и обозначения сетеснастных соединений».
Важной составляющей эффективного промысла является обучение специалистов, таких как промрыбаки и судоводители, на специальных тренажерах, которые обеспечивают выполнение всех трудовых функций по Уставу службы на судах рыбопромыслового флота Российской Федерации [25].
Авторами проведено множество исследований по моделированию орудий промышленного рыболовства. На основе математических моделей созданы алгоритмы, которые применяются в САПР-ОР [26-30].
На рисунках 1-3 изображены скриншоты САПР-ОР, чертежи верхних частей канатной части, сетной части и тралового мешка. Также в САПР-ОР предусмотрена автоматическая генерация спецификаций к чертежам. База данных орудий рыболовства и их элементов позволяет накапливать информацию о канатно-сетных материалах, в том числе вновь созданных, а также твердотельных изделий (оснастка, траловые доски).
Рисунок 1. Канатная часть
Figure 1. Ropes part
Рисунок 2. Сетная часть
Figure 2. Net part
Рисунок 3. Траловый мешок
Figure 3. Trawl bag
Программное обеспечение САПР-ОР позволяет моделировать орудия рыболовства в 3D. На рисунках 4-7 приводятся 3D модели трала (виды в проекциях), световой спектр указывает на силу натяжения в элементах трала. Математическая модель (ММ) траловой конструкции учитывает все параметры канатно-веревочных изделий.
Использование отечественного программного продукта САПР-ОР позволяет удовлетворить потребности изготовителей, конструкторов и проектировщиков донных и разноглубинных тралов, в целях создания эффективных орудий промышленного рыболовства.
На рисунке 8 можно увидеть слабину канатных связей, что дает проектировщику возможность изменить конструкцию (замена канатной связи, ее длины, материала и др.).
Рисунок 4. Произвольный вид на рыболовное судно и разноглубинный трал
Figure 4. Random view of fishing vessel and midwater trawl
Рисунок 5. Вид сбоку на разноглубинный трал
Figure 5. Side view of a midwater trawl
Рисунок 6. Вид сверху на разноглубинный трал
Figure 6. Top view of a midwater trawl
Рисунок 7. Вид по меридиану на разноглубинный трал
Figure 7. Meridian view of a midwater trawl
Рисунок 8. Натяжение в канатных связях (спектр)
Figure 8. Tension in ropes (spectrum)
Моделирование съячейки и шворки выполнены с достаточной точностью (рис. 9). Съячейка и шворка сетных пластин и пластей математически моделируются по данным чертежа. Система автоматически создает 3D и математические модели по данным из чертежа.
Рисунок 9. Моделирование съячейки и шворки
Figure 9. Modeling a cell and a shutter
САПР-ОР является модульной системой. В планах авторов – разработать дополнительные модули, поддерживающие проектирование, расчет и моделирование различных, применяемых в промышленном рыболовстве, орудий, а также модулей расчета технических средств аквакультуры (в том числе – садков аквакультуры с соответствующими базами данных) и автоматизации процесса выращивания гидробионтов.
САПР-ОР представлена на Global fishery forum & seafood expo Russia 21-23 сентября 2021 г., Санкт-Петербурге (рис. 10).
Рисунок 10. Презентация САПР-ОР
Figure 10. Presentation CAD-FG
Исследование выполнено в рамках выполнения государственного задания по теме «Разработка физических, математических и предсказательных моделей процессов эксплуатации донного и разноглубинного траловых комплексов».
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад в работу авторов: А.А. Недоступ – идея работы, окончательная проверка статьи; А.О. Ражев – идея работы, сбор и анализ данных; Е.Е. Львова – сбор и анализ данных, подготовка статьи; Е.И. Сергеев - сбор и анализ данных.
The authors declare that there is no conflict of interest.
Contribution to the work of the authors: A.A. Nedostup – the idea of the work, the final verification of the article; A.O. Razhev – the idea of the work, data collection and analysis; E.E. Lvova – data collection and analysis, preparation of the article; E.I. Sergeev – data collection and analysis.
2. Truong X., Nguyen D. Winger, Paul D. Winger. Numerical Modeling - A Comparison of Different Methods for Simulating Bottom Trawls. Fishery Technology 53 (2016) : 9 - 29.
3. Karl-Johan Reite. Modeling and control of trawl systems. Norwegian University of Science and Technology Department of Marine Technology Faculty of Engineering Science and Technology. Trondheim, August 2006. p. 263.
5. Nauchev A.A. Mathematical modeling of fishing tools and processes. Part III: Monograph. / A.A., A.O. Razhev, E.V. Sokolova, V.V. Makarov - Kaliningrad: Publishing House of KSTU, 2016. - 184 p.
6. Nedostup A.A. Application of bathymetric maps for the problems of determining the shape of the bottom trawl. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev, B.A. Altshul, S.V. Dyatchenko, A.A. Bagrova // Marine intelligent technologies. 2019. - t.4. - №4(46). - Pp. 176-180.
7. Nedostup A.A. Simulation modeling of the radar of a fishing simulator complex using digital terrain models SRTM. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev // Marine intelligent technologies. - 2018. - T.2. - №2(40). - Pp. 181-185.
8. Nedostup A.A. Mathematical model of the simulator of sonar devices. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev // Marine intelligent technologies. - Marine intelligent technologies. - 2018. - T.4. - №4(42). - Pp. 283-286.
9. Nedostup A.A. Models of acoustic wave propagation during sonar. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev // Marine intelligent technologies. - 2019. - T.2. - №2(44). - Pp. 159-163.
10. Nedostup A.A. Application of sensor readings for automation of trawl system control. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev // Marine intelligent technologies. - 2019. - T.2. - №2(44). - Pp. 155-158.
11. Nedostup A.A. Application of implicit finite-difference schemes in problems of modeling the dynamics of trawl systems. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev // Marine intelligent technologies. - 2017. - T.2. - №4(38). - Pp. 202-206.
12. Nedostup A.A. Modeling of composite mesh structures by the method of point masses in the dynamic formulation of the problem. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev, V.K. Korotkov // Marine intelligent technologies. - 2018. - Vol.4. - No.4(42) - Pp. 254-258.
13. Nedostup A.A. Modeling of stresses in rigid grid structures by the finite element method. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev, V.K. Korotkov // Marine intelligent technologies. - 2018. - Vol.4. - No.4(42) - Pp. 259-264.
14. Nedostup A.A. Calculation of the deflection of a composite waer by the numerical method of point masses in computer modeling. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev, V.A. Naumov, S.V. Dyatchenko and others // Marine intelligent technologies. - 2020. - volume 1. - No. 2. - pp. 210-215.
15. Nedostup A.A. Discrete mathematical model of a flexible lifting trawl shield. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev, V.K. Korotkov // Marine intelligent technologies. - 2017. - Vol.2. - No.4(38) - Pp. 207-211.
16. Nedostup A.A. Productivity of trawl system forces - VI: mathematical modeling (Part III) / A.A. Nedostup, A.O. Razhev, P.V. Nasenkov, K.V. Konovalova, A.A. Bykov // Bulletin of the Astrakhan State technical university. Series: Fisheries. - 2022. - No. 4. - Pp. 82-89.
17. Nedostup A.A. Mathematical model of interaction of a spacer trawl board with an aquatic environment. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev // Marine intelligent technologies. - 2017. - T.1. - №3(37). - Pp. 154-157.
18. Nedostup A.A. Software for the study of hydrodynamics of spacer trawl boards. / A.A. Nedostup, A.O. Razhev // Marine intelligent technologies. - 2017. - Vol.1. - No. 3(37) - Pp. 168-173.
19. Nedostup A.A. Mathematical description of a spacer trawl board for problems of numerical modeling of dynamics of multi-depth trawl systems / A.A. Nedostup, A.O. Razhev //Bulletin of the Astrakhan State Technical University. Series: Fisheries. Astrakhan: AGTU, 2017. - No. 3. - Pp. 58-64.
20. Nedostup A.A. The use of a hardware rasterizer in the problems of modeling hydrodynamic fields in trawl systems during sonar / A.A. Nedostup, A.O. Razhev //Bulletin of the Astrakhan State Technical University. Series: Fisheries. Astrakhan: AGTU, 2019. - No. 2. - Pp. 51-56.
21. Nedostup A.A. Mathematical modeling of behavioral characteristics of a flock of fish when fishing with a multi-depth trawl. / A.A. Nedostup, B.A. Altshul, A.O. Razhev, S.V. Dyatchenko // Marine intelligent technologies. - 2019. - Vol.4. - No. 4(46) - Pp. 181-185.
22. Nedostup A.A. Management tasks of multi-depth trawl complexes based on the equations of electric and mechanical drives of trawl winches / A.A. Nedostup, A.O. Razhev, V.V. Makarov // Bulletin of the Astrakhan State Technical University. Series: Fisheries. - Astrakhan: AGTU, 2020. - No. 4. - Pp. 93-98.
23. Nedostup A.A. Equations of electrodynamic similarity of trawl winches with electric drive. / A.A. Nedostup, V.A. Naumov, A.O. Razhev, S.V. Dyatchenko // Marine intelligent technologies. 2020. - Volume 1. - No. 4, - Pp. 87-91.
24. Grishin P.R. Mathematical modeling in determining the main elements and characteristics of fishing vessels. / P.R. Grishin, S.V. Dyatchenko, V.A. Korobchinsky, A.A. Nedostup // Izvestiya KSTU. - 2020. - No.58. - Pp. 153-167.
25. Volkogon V.A. Justification for the creation of a training complex for the design and modeling of trawl systems. / V.A. Volkogon, A.A. Nedostup, A.O. Razhev, N.A. Kostrikova // Marine intelligent technologies. - 2017. - T.2. - №4(38). - Pp. 177-185.
26. Razhev A.O. Mathematical model of visualization of twisted rope and rope products for the tasks of designing tools for industrial fishing / A.O. Razhev, A.A. Nedostup, E.E. Lvova // Materials of the XI National (All-Russian) scientific and practical conference "Natural resources, their current state, protection, commercial and technical use". - Kamchatka: Kamchatka State Technical University, 2020. - Pp. 222-226.
27. Razhev A.O. Architecture of the hardware part of the computer-aided design system for industrial fishing tools [Electronic resource] / A.O. Razhev, A.A. Nedostup, E.E. Lvova // Materials of the 64th International Scientific Conference of the Astrakhan State Technical University dedicated to the 90th anniversary of the formation of the Astrakhan State Technical University (Astrakhan, 2020): materials (tez. dokl., sat. art.). - Astrakhan: Publishing House of AGTU, 2020. - Access mode: 1 CD. - State registration no. 0322002778. - URL: http://www.astu.org/Uploads/files/izdatelstvo/64-%D1%8F%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%A71.zip (accessed: 18.01.2021).
28. Razhev A.O. Software architecture of the computer-aided design system for industrial fishing tools [Electronic resource] / A.O. Razhev, A.A. Nedostup, E.E. Lvova // Materials of the 64th International Scientific Conference of the Astrakhan State Technical University dedicated to the 90th anniversary of the formation of the Astrakhan State Technical University (Astrakhan, 2020): materials (tez. dokl., sat. art.). - Astrakhan: Publishing House of AGTU, 2020. - Access mode: 1 CD. - State registration no. 0322002778. - URL: http://www.astu.org/Uploads/files/izdatelstvo/64-%D1%8F%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%A71.zip (accessed: 18.01.2021).
29. Razhev A.O. Calculation of the shape and loads in a fishing trawl in the process of its design [Electronic resource] / A.O. Razhev, A.A. Nedostup, E.E. Lvova // Materials of the 64th International Scientific Conference of the Astrakhan State Technical University dedicated to the 90th anniversary of the formation of the Astrakhan State Technical University (Astrakhan, 2020): materials (tez. dokl., sat. art.). - Astrakhan: Publishing House of AGTU, 2020. - Access mode: 1 CD. - State registration no. 0322002778. - URL: http://www.astu.org/Uploads/files/izdatelstvo/64-%D1%8F%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%A71.zip (accessed: 18.01.2021).
30. Razhev A.O. Data structure of the computer-aided design system for industrial fishing tools [Electronic resource] / A.O. Razhev, A.A. Nekhod, E.E. Lvova // Materials of the 64th International Scientific Conference of the Astrakhan State Technical University dedicated to the 90th anniversary of the formation of the Astrakhan State Technical University (Astrakhan, 2020): materials (tez. dokl., sat. art.). - Astrakhan: Publishing House of AGTU, 2020. - Access mode: 1 CD. - State registration no. 0322002778. - URL: http://www.astu.org/Uploads/files/izdatelstvo/64-%D1%8F%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%A71.zip (accessed: 18.01.2021).
