CC BY
34
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ISSN 222Б-37В0
УДК 656.61:629.5
Надточій В. А. АВТОМАТИЗАЦІЯ МОРСЬКОГО
ТЕХНОЛОГІЧНОГО КОМПЛЕКСУ З ПРИВ'ЯЗНОЮ ПІДВОДНОЮ СИСТЕМОЮ РОБОЧОГО КЛАСУ
Виконано аналіз варіантів застосування і режимів роботи морського технологічного комплексу з самохідною прив’язною підводною системою робочого класу та визначено основні напрямки його автоматизації. Запропоновано базові відношення для кількісної оцінки рівня автоматизації такого об’єкта в завданнях проектування нових і порівняння існуючих комплексів.
Ключові слова: морський технологічний комплекс, самохідна прив’язна підводна система, режим роботи, автоматизація.
1. Вступ
Морські технологічні комплекси (МТК) з самохідними прив’язними підводними системами (МТК) належать до складного виду морської техніки і широко застосовуються для виконання будівельно-монтажних та видобувних робіт на морському дні [1]. До складу МТК входить судно-носій (СН) та розташовані на ньому МТК і спуско-піднімальний пристрій (СПП). У свою чергу, поділяються на одноланкові та двохланкові. До складу одноланкової МТК входить ненаселений самохідний прив’язний підводний апарат (ПА), пост енергетики і керування (ПЕК), який забезпечує функціонування ПА у ручному, напівавтоматичному та автоматичному режимах, кабель-трос (КТ) для енергоживлення та інформаційного обміну між ПА та ПЕК, кабельна лебідка (КЛ) для зберігання та оперативної зміни довжини попущеної частини КТ [2].
До складу двохланкової МТК, крім того, входить підводний гараж (ПГ) для ПА, вантажний та легкий кабель-троси КТ1 і КТ2, рис. 1.
Рис. 1. Склад обладнання адншіанкаваї (а) та двахланкаваї (б) МТК: ПО — підводний об'єкт; 7В , ух, уП , уТ — відповідна, вектори дії вітру, хвиль, поверхневої та глибинної течії на елементи МТС
Відмінною особливістю МТК робочого класу є використання широкого спектру начіпного обладнання (НО) — маніпуляторів, різаків тросів, розмивачів ґрунту тощо) [3]. Успішне функціонування такого обладнання можливе лише за умови якісної просторової стабілізації ПА у водній товщі. Для розробки науково обґрунтованих систем автоматичного керування (САК) МТК з НО, оцінки необхідності їх автоматизації та порівняння розроблюваних варіантів САК актуальною
вбачається розробка методики кількісної оцінки рівня автоматизації МТК як інструменту для замовників і проектувальників МТК.
2. Аналіз літературних даних і постановка проблеми
Питанням автоматизації керування МТК у сучасній технічній літературі приділяється достатня увага [4—9]. Проте, питання динамічної взаємодії СН з СППС та забезпеченням мінімального його впливу на динаміку ПА на цей час у літературі не досліджені. Великий обсяг публікацій присвячено проектуванню та автоматизації керування власне СППС. У роботах [10, 11] розглядаються особливості функціонування та керованого руху ПА, у роботах [12, 13] питання побудови систем автоматичного керування (САК) просторовим рухом таких ПА, у роботах [14, 15] — питання автоматичного керування їх НО (маніпуляторами). Однак, на цей час відсутні дослідження з питань побудови інтегрованих САК МТК і, головне — відсутня узагальнена методика кількісної оцінки рівня автоматизації МТК, яка б давала можливість обґрунтовано задавати рівень автоматизації МТК відповідно до вимог підводної технології.
Метою роботи є розробка узагальненої методики кількісної оцінки рівня автоматизації МТК на базі СППС робочого класу як теоретичної основи для порівняльного багатоваріантного аналізу та прийняття науково обґрунтованих технічних рішень щодо розроблюваних САК МТК.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні основні задачі: виконати аналіз основних технологій та режимів роботи МТК з СППС робочого класу; розробити базові відношення для кількісної оцінки рівня автоматизації МТК в завданнях проектування нових і порівняння існуючих комплексів.
3. Результати досліджень
Розглянемо основні технології та режими роботи МТК. Типовими технологіями їх застосування є: робота з берегової лінії (причалу тощо); робота з судна-но-сія (СН), який стоїть на якорі; робота з судна-носія (СН), який лежить у дрейфі; робота з судна-носія (СН), який рухається синхронного з ПА.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 5/5(13], 2013, © Надточій В. А.
Опишемо режими роботи МТК R для цих технологій з позицій керування: встановлення СН у робочий режим руху (постановка на якір у заданій точці, вихід на задану траєкторію руху тощо) RcН', перевірка працездатності МТК перед спуском ПА на воду RT^' спуск ПА на воду та перевірка керованості на поверхні моря Рн занурення ПА на задану глибину по траєкторії Rz' лінійний рух ПА зі стабілізацією параметрів руху Рі, просторовий рух ПА по заданій траєкторії Рщ' стабілізація ПА у просторі Р^ робота НО ПА Рм робота бортового пошуково-вимірювального обладнання ПА РВ' аварійний режим роботи МТК RА (узагальнено)' повернення ПА до СН у точку підйому RR; підйом ПА на борт СН Ro; перевірка технічного стану МТК RC.
У загальному випадку маємо наступну множину режимів роботи МТК:
R = [РОН' РТ' РН' р' Р1' РЩ' р' РМ' RB' РЛ' RR' РО' РО }• (1)
Сформулюємо наступні головні напрямки автоматизації МТК: діагностування технічного стану обладнання МТК перед місією, під час її виконання та після закінчення Аю рух ПА Ар, робота НО ПА Ам, інформаційний обмін в МТК А/' керування МТК в аварійному режимі Аа.
Сформуємо генеральну множину задач автоматизації МТК Амтк-
Амтк = [Аю' Ар' Ам' Аі' Аа}. (2)
Рівень автоматизації задач для кожної з цих підмно-жин визначається повнотою охоплення режимів роботи і функцій складових МТК. Так, для Аю, у загальному випадку, буде визначатись підмножиною
Аю = іАт ' АоН' Аюґ' Аюь авш’' ADS'' Аюм'
АюВ' ЛюА' Аюр' АюО' Аюо}, (3)
де індекси«Т», ••., «О» відповідають використаним у (1).
Множина автоматизації режимів руху ПА Ар відображає ступінь автоматизації: режиму Pz занурення ПА і виходу на стартову точку місії' режиму Р1 лінійного руху ПА зі стабілізацією параметрів руху' режиму Рщ просторового руху ПА по заданій траєкторії' режиму Рs стабілізації ПА у просторі' режиму РN повернення ПА у точку підйому на СН' режиму Р'у «радника» оператора МТК при реалізації типових підводних технологій та у складних режимах роботи (у стиснених умовах підводної навігації тощо).
При використанні у складі МТК «підводного гаража» до вказаних режимів додаються: режим Р^1 виходу з «підводного гаража» на початку місії' режим Рд2 заходу у «підводний гараж» після завершення місії.
Таким чином, множина автоматизації режимів руху ПА АР може бути представлена у вигляді відношення:
АР = [АР/' арі'' Арщ; AРS'' арА Акґ' Акаі' ако2}. (4)
Рівень автоматизації режимів роботи НО ПА представимо множиною:
Ам = [Арм' Ари}, (5)
де Рм — режим роботи ПА з маніпулятором М біля ЗО (очищення ЗО, захоплення, завантаження у лоток, вивантажен-
ня ЗО з лотка тощо); Ru — режим підводного транспортування (переносу) вантажів (ЗО, інструментів тощо).
Важливою складовою автоматизації МТК є автоматизація керування його інформаційними потоками АІ: автоматизація керування режимами пошуку Arl, розпізнавання Арх та ідентифікації (класифікації) ЗО Арх', автоматизація прийняття рішення про фотовідеодоку-ментування Arf; автоматизація ARq контролю якості фо-товідеодокументування підводних об’єктів; автоматична генерація звіту про виконання місії АРР. Рівень автоматизації керування інформаційними потоками в МТК буде визначатись відношенням:
Аі = {Арх; Arf; Arq, Arp}. (б)
Відношення (1)—(б) структурують постановку задачі автоматизації МТК у цілому та оцінку рівня його автоматизації, яка необхідна для обґрунтованого призначення проектно-конструкторських рішень на ранніх етапах їх створення.
Рівень автоматизації режимів руху ПА Ар знайдемо по відношенню (4):
АР = ARZ ■ Arl ■ ARW ■ Ars ■ Arn ■ Ary ■ ARG1 ■ ARG2.
у якому кожний множник має числове значення, отримано методом еспертного оцінювання або обчисленням частки робочих функцій, які автоматизовано.
У цілому, рівень автоматизації МТК ят об’єкта морської техніки може бути обчислено, згідно (2), як добуток:
АМТК = Ad ■ АР ■ АМ ■ АІ ■ АА.
4. Висновок
На основі аналізу варіантів застосування та режимів роботи морського технологічного комплексу на базі самохідної прив’язної підводної системи робочого класу визначено основні напрямки його автоматизації та запропоновано базові відношення для кількісної оцінки рівня автоматизації.
Література
1. Подводные технологии и средства освоения Мирового океана [Текст]. — М.: Издательский дом «Оружие и технологии», 2011. — 780 с.
2. Блинцов, В. С. Привязные подводные системы [Текст] / В. С. Блинцов. — К.: Наукова думка, 1998. — 232 с.
3. Antonelli, G. Underwater Robots: motion and force control of vehicle-manipulator systems [Text] / G. Antonelli. — Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006. — 283 р.
4. Шостак, В. П. Динамическое позиционирование плавучих объектов [Текст] : монография / В. П. Шостак. — Чикаго: Мегатрон, 2010. — 130 с.
Б. Блинцов, В. С. Исследование влияния параметров кабель-троса двухзвенной подводной системы для случая «обратной буксировки» [Текст] / В. С. Блинцов, С. В. Щепелев, С. И. Ольшевский // Морские технологии. — Николаев, НКИ. — 1993. — С. 19—24.
6. Блинцов, В. С. Моделирующий комплекс для исследования свойств подводной буксируемой системы как объекта управления [Текст] / В. С. Блинцов, Нгуен Тьен Лонг // Збірка наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г. Є. Пухова. Спеціальний випуск. В 2-х томах. Т.1. — Київ, НАН України, ІПМЕ ім. Г. Є. Пухова. — 2005. — С. 22—27.
TECHNOLOGY AUDIT AND PRODUCTION RESERVES — № 5/513) 2013
7. Блинцов, В. С. Определение потерь в погружном электроприводе подводного апарата [Текст] / В. С. Блинцов, Д. В. Костенко, П. Шимчак // Вісн. Нац. техн. ун-ту «ХПІ». — Вип. 10. — 2001. — С. 410—411.
8. Блінцов, С. В. Автоматичне керування автономними підводними апаратами в умовах невизначеності [Текст] / С. В. Блінцов. — К.: Наук. Думка, 2008. — 205 с.
9. Блинцов, В. С. Разработка оптимальных по быстродействию систем управления подводным аппаратом в условиях неопределенности на базе искусственных нейронных сетей [Текст] / В. С. Блинцов, Г. С. Грудинина // Сборник научных трудов НУК. — 2010. — № 1.
10. Блинцов, В. С. Проектирование самоходных привязных подводных систем [Текст] / В. С. Блинцов, В. Э. Магула. — К.: Наукова думка, 1997. — 140 с.
11. Moore, S. Underwater Robotics: Science, Design & Fabrication [Text] / Steven W. Moore, Harry Bohm, Vickie Jensen. — Publisher: Marine Advanced Technology Education (MATE) Center, 2010. — 770 p.
12. Howard, H. Wang. The Design and Development of an Intelligent Underwater Robot [Text] / H. Wang Howard, M. Rock Stephen // Journal of Autonomous Robots. — 1996. — № 3. — P. 297—320.
13. Roberts, G. N. Advances in Unmanned Marine Vehicles [Text] / G. N. Roberts, R. Sutton. — IET, 2006. — 441 р.
14. Блинцов, В. С. Современные проблемы создания электрооборудования и автоматики подводных аппаратов [Текст] / В. С. Блинцов // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. — 2007. — № 5(24). — С. 90—98.
15. Блінцов, В. С. Сучасні задачі автоматизації керування самохідними прив’язними підводними системами з начіпним об-
ладнанням [Текст] / В. С. Блінцов, В. А. Надточій // Збірник наукових праць НУК. — Миколаїв: НУК, 2012. — № 2. — С. 79—83.
АВТОМАТИЗАЦИЯ МОРСКОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА С ПРИВЯЗНОЙ ПОДВОДНОЙ СИСТЕМОЙ РАБОЧЕГО КЛАССА
Выполнен анализ вариантов применения и режимов работы морского технологического комплекса с самоходной привязной подводной системой рабочего класса и определены основные направления его автоматизации. Предложены базовые отношения для количественной оценки уровня автоматизации такого объекта в задачах проектирования новых и сравнения существующих комплексов.
Ключевые слова: морской технологический комплекс, самоходная привязная подводная система, режим работы, автоматизация.
Надточій Віктор Анатолійович, викладач кафедри автоматики та електроустаткування суден, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Херсонська філія, Україна, е-mail: n-va_74@mail.ru.
Надточий Виктор Анатольевич, преподаватель кафедры автоматики и электрооборудования судов, Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова, Херсонский филиал, Украина.
Nadtoshy Victor, Admiral Makarov National University of Shipbuilding, Ukraine, е-mail: n-va_74@mail.ru
УДК 681.3
Блінцов С. В., КЕРУВАННЯ ГРУПОЮ АВТОНОМНИХ
Тхи Доан фук ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ ПРИ ВИКОНАННІ
МОРСЬКИХ ПОШУКОВИХ РОБІТ
Розроблено загальні принципи побудови систем автоматичного керування групою самохідних автономних підводних апаратів в умовах невизначеностей характеристик зовнішнього середовища та нестаціонарності власних параметрів підводних апаратів. Розглянуто особливості організації функціонування групи автономних підводних апаратів, головні задачі автоматичного керування та вимоги, які висуваються до алгоритмів їх колективної поведінки.
Ключові слова: автономний підводний апарат, групове керування, система автоматичного керування, морська пошукова робота.
1. Вступ
Морські пошукові роботи (МПР) мають на меті пошук, ідентифікацію, документування та картографування підводних об’єктів природного чи антропогенного походження, які знаходяться на морському дні або в товщі води [1, 2]. Виклики сьогодення вимагають максимального підвищення продуктивності МПР [3, 4]. Ефективним методом виконання МПР є застосування ненаселених прив’язних (ППА) та автономних підводних апаратів (АПА) [5, 6]. Проте, використання одиночних підводних апаратів не вирішує задачу забезпечення високої продуктивності МПР, оскільки, зазвичай, необхідно обстежувати великі акваторії за короткий час. Залучення до МПР групи підводних апаратів забезпечить суттєве підвищення пошукових робіт, однак теорія групового керування ППА та АПА на цей час знаходиться на
початковому етапі розвитку і є актуальним науковим завданням.
2. Аналіз літературних даних і постановка проблеми
Напрямок наукових досліджень з групового керування автономними рухомими об’єктами (сухопутними, авіаційними, морськими) активно розробляється на протязі останніх 10—12 років [7—13]. Значна частина робіт присвячена загальній теорії багатоагентних систем [14, 15].
Проте, групове керування підводними апаратами найменш розвинене і висвітлює лише окремі питання цього наукового завдання.
Метою роботи є розробка загальних принципів побудови систем автоматичного керування групою само-
С
36
технологический аудит и резервы производства — № 5/5(13), 2013, © Блінцов С. В., Тхи Доан Фук
