Россия
Россия
Россия
Россия
УДК 639.2.061 Оборудование рыболовных судов
ББК 472 Рыбное хозяйство
Система автоматизированного проектирования орудий промышленного рыболовства (далее САПР-ОР), разработанная малым инновационным предприятием ООО «Лаборатория цифровых технологий», при поддержке Фонда содействия инновациям, является импортозамещающим продуктом для изготовителей, конструкторов и проектировщиков донных и разноглубинных тралов. На современном этапе эксплуатации тралов, применение на рыболовных судах САПР-ОР позволит обеспечить правильную настройку траловой системы (траловых досок, гидродинамического щитка, загрузочной цепи и др.) для эффективной эксплуатации трала. Система САПР-ОР позволяет сохранять чертежи тралов в электронном формате, что создает базу данных, необходимую для анализа конструкций и передачи чертежей в соответствующие отделы и подразделения. Неотъемлемой частью компетенций высококвалифицированных кадров является их умение работать с программным обеспечением САПР-ОР, с помощью которого возможно разрабатывать чертежи донных и разноглубинных тралов, а также моделировать процессы их эксплуатации в 3D.
разноглубинный трал, донный трал, программное обеспечение, цифровые технологии, САПР-ОР
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. Недоступ А.А. Математическое моделирование орудий и процессов рыболовства. Ч.III: Монография. / А.А Недоступ., А.О. Ражев, Е.В. Соколова, В.В. Макаров - Калининград: Издательство ФГБОУ ВО «КГТУ», 2016. - 184 с.
6. Недоступ А.А. Применение батиметрических карт для задач определения формы донного трала. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев, Б.А. Альтшуль, С.В. Дятченко, А.А. Багрова // Морские интеллектуальные технологии. 2019. - Т.4. - №4(46). - С. 176-180.
7. Недоступ А.А. Имитационное моделирование работы радара рыболовного тренажерного комплекса с использованием цифровых моделей рельефа SRTM. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев // Морские интеллектуальные технологии. - 2018. - Т.2. - №2(40). - С. 181-185.
8. Недоступ А.А. Математическая модель имитатора устройств гидролокации. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев // Морские интеллектуальные технологии. - Морские интеллектуальные технологии. - 2018. - Т.4. - №4(42). - С. 283-286.
9. Недоступ А.А. Модели распространения акустических волн при гидролокации. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - Т.2. - №2(44). - С. 159-163.
10. Недоступ А.А. Применение показаний датчиков для автоматизации управления траловой системой. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - Т.2. - №2(44). - С. 155-158.
11. Недоступ А.А. Применение неявных конечно-разностных схем в задачах моделирования динамики траловых систем. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев // Морские интеллектуальные технологии. - 2017. - Т.2. - №4(38). - С. 202-206.
12. Недоступ А.А. Моделирование композитных сетных конструкций методом точечных масс при динамической постановке задачи. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев, В.К. Коротков // Морские интеллектуальные технологии. - 2018. - Т.4. - №4(42) - С. 254-258.
13. Недоступ А.А. Моделирование напряжений в жестких сетных конструкциях методом конечных элементов. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев, В.К. Коротков // Морские интеллектуальные технологии. - 2018. - Т.4. - №4(42) - С. 259-264.
14. Недоступ А.А. Расчет прогиба композитного ваера численным методом точечных масс при компьютерном моделировании. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев, В.А. Наумов, С.В. Дятченко и другие // Морские интеллектуальные технологии. - 2020. - том 1. - №2. - С. 210-215.
15. Недоступ А.А. Дискретная математическая модель гибкого подъемного тралового щитка. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев, В.К. Коротков // Морские интеллектуальные технологии. - 2017. - Т.2. - №4(38) - С. 207-211.
16. Недоступ А.А. Производительность сил траловой системы - VI: математическое моделирование (часть III) / А.А. Недоступ, А.О. Ражев, П.В. Насенков, К.В. Коновалова, А.А. Быков // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство. - 2022. - № 4. - С. 82-89.
17. Недоступ А.А. Математическая модель взаимодействия распорной траловой доски с водной средой. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев // Морские интеллектуальные технологии. - 2017. - Т.1. - №3(37). - С. 154-157.
18. Недоступ А.А. Программное обеспечение для исследования гидродинамики распорных траловых досок. / А.А. Недоступ, А.О. Ражев // Морские интеллектуальные технологии. - 2017. - Т.1. - №3(37) - С. 168-173.
19. Недоступ А.А. Математическое описание распорной траловой доски для задач численного моделирования динамики разноглубинных траловых систем / А.А. Недоступ, А.О. Ражев //Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство. Астрахань: АГТУ, 2017. - №3. - С. 58-64.
20. Недоступ А.А. Применение аппаратного растеризатора в задачах моделирования гидродинамических полей в траловых системах при гидролокации / А.А. Недоступ, А.О. Ражев //Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство. Астрахань: АГТУ, 2019. - №2. - С. 51-56.
21. Недоступ А.А. Математическое моделирование поведенческих характеристик стаи рыб при облове разноглубинным тралом. / А.А. Недоступ, Б.А. Альтшуль, А.О. Ражев, С.В. Дятченко // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - Т.4. - №4(46) - С. 181-185.
22. Недоступ А.А. Задачи управления разноглубинными траловыми комплексами на основании уравнений электрического и механического приводов траловых лебедок / А.А. Недоступ, А.О. Ражев, В.В. Макаров // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство. - Астрахань: АГТУ, 2020. - №4. - С. 93-98.
23. Недоступ А.А. Уравнения электродинамического подобия траловых лебедок с электрическим приводом. / А.А. Недоступ, В.А. Наумов, А.О. Ражев, С.В. Дятченко // Морские интеллектуальные технологии. 2020. - Том 1. - № 4, - С. 87-91.
24. Гришин П.Р. Математическое моделирование при определении основных элементов и характеристик промысловых судов. / П.Р. Гришин, С.В. Дятченко, В.А. Коробчинский, А.А. Недоступ // Известия КГТУ. - 2020. - №58. - С. 153-167.
25. Волкогон В.А Обоснование создания тренажерного комплекса по проектированию и моделированию траловых систем. / В.А. Волкогон, А.А. Недоступ, А.О. Ражев, Н.А. Кострикова // Морские интеллектуальные технологии. - 2017. - Т.2. - №4(38). - С. 177-185.
26. Ражев А.О. Математическая модель визуализации крученых канатно-веревочных изделий для задач проектирования орудий промышленного рыболовства / А.О. Ражев, А.А. Недоступ, Е.Е. Львова // Материалы XI Национальной (всероссийской) научно-практической конференции «Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование». - П-Камчатский: ФГБОУ ВО «КамчатГТУ», 2020. - С. 222-226.
27. Ражев А.О. Архитектура аппаратной части системы автоматизированного проектирования орудий промышленного рыболовства [Электронный ресурс] / А.О. Ражев, А.А. Недоступ, Е.Е. Львова // Материалы 64-й Международной научной конференции Астраханского государственного технического университета, посвященной 90-летнему юбилею со дня образования Астраханского государственного технического университета (Астрахань, 2020): материалы (тез. докл., сб. ст.). - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2020. - Режим доступа: 1 CD-диск. - № гос. регистрации 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 (дата обращения: 18.01.2021).
28. Ражев А.О. Архитектура программного обеспечения системы автоматизированного проектирования орудий промышленного рыболовства [Электронный ресурс] / А.О. Ражев, А.А. Недоступ, Е.Е. Львова // Материалы 64-й Международной научной конференции Астраханского государственного технического университета, посвященной 90-летнему юбилею со дня образования Астраханского государственного технического университета (Астрахань, 2020): материалы (тез. докл., сб. ст.). - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2020. - Режим доступа: 1 CD-диск. - № гос. регистрации 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 (дата обращения: 18.01.2021).
29. Ражев А.О. Расчет формы и нагрузок в рыболовном трале в процессе его проектирования [Электронный ресурс] / А.О. Ражев, А.А. Недоступ, Е.Е. Львова // Материалы 64-й Международной научной конференции Астраханского государственного технического университета, посвященной 90-летнему юбилею со дня образования Астраханского государственного технического университета (Астрахань, 2020): материалы (тез. докл., сб. ст.). - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2020. - Режим доступа: 1 CD-диск. - № гос. регистрации 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 (дата обращения: 18.01.2021).
30. Ражев А.О. Структура данных системы автоматизированного проектирования орудий промышленного рыболовства [Электронный ресурс] / А.О. Ражев, А.А. Недоступ, Е.Е. Львова // Материалы 64-й Международной научной конференции Астраханского государственного технического университета, посвященной 90-летнему юбилею со дня образования Астраханского государственного технического университета (Астрахань, 2020): материалы (тез. докл., сб. ст.). - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2020. - Режим доступа: 1 CD-диск. - № гос. регистрации 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 (дата обращения: 18.01.2021).
