CC BY
23[7] Богород И. Я. Данные об общей коррозии стали ЮЗ в морской воде / И. Я. Богород, В. А. Климова, М. В. Орлов, Н. Д. Сащенко // Технология судостроения. - Л.: Судостроение, 1971. - С. 17-20.
[8] Yang Z.X. Hydrostatic pressure effects on stress corrosion cracking of X70 pipeline steel in a simulated deep-sea environment / Z.X. Yang, B. Kan, J.X. Li, Y.J. Su, L.J. Qiao // International Journal of Hydrogen Energy. - Volume 42. - Issue 44. - 2 November 2017. - P. 27446-27457.
[9] Kramar Vadim. Influence of Stress-Corrosion Fractures on Potential of Ship-Building Metals in the Sea Water / Vadim Kramar, Veronika Dushko, Anna Rodkina, Anastasiia Zaiets // 25th DAAAM International Symposium on Intelligent Manufacturing and Automation, 2014, Guest Editor B.[ranko] Katalinic, Procedia Engineering, Volume 100, 2015, ISSN 1877-7058, 26-29th November 2014, Vienna, Austria, Published by Elsevier, Ltd., 2015. - P. 1068-1074.
[10] Kotenev V.A. Laser-Ellipsometric Monitoring of Corrosive Attack /V.A. Kotenev, A.Y. Tsivadze // Protection of Metals and Physical Chemistry of surfaces, ISSN: 2070-2051. - Pleiades Publishing, Ltd., 2009. - Т. 45. - № 4. - С. 472-486.
INFLUENCE OF VARIOUS FACTORS ON CORROSION OF FLOATING STRUCTURES STRUCTURAL ELEMENTS IN SEA WATER
O.A. Ivanova, A. V. Rodkina
Keywords: marine floating structures, corrosion, temperature, chromium alloying.
The analysis of influence of various factors on the corrosion processes of floating structures structural elements on the basis of domestic and foreign materials is given, the characteristics influencing the corrosion rate depending on the sea surface temperature are determined. The basic principles of alloying steels are described, the influence of alloying chromium steels on the electrochemical properties of steels are studied.
Статья поступила в редакцию 10.07.2018 г.
УДК621.396.93
СВ. Лебедева, доцент, к.т.н., ФГБОУВО «ВГУВТ»
В.И. Мерзляков, ст. преподаватель, к.т.н., ФГБОУ ВО «ВГУВТ»
603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ МЕЖДУ ОБЪЕКТАМИ В СИСТЕМАХ ШВАРТОВКИ СУДОВ
Ключевые слова: измерение расстояний, радиочастотные технологии измерения расстояния, ультраширокополосная радиочастотная технология.
Проводится анализ способов измерения расстояний между объектами для использования в системах автоматизированной швартовки судов. Предложен способ автоматизации измерения расстояний между объектами на основе отладочных плат Nanotron swarm bee ER Development Kit Plus Board.
В настоящее время использование систем позиционирования объектов - одно из актуальных направлений для создания автоматизированных и автоматических систем в самых разных отраслях деятельности.
Для судоводителя процесс швартовки является одним из самых сложных и ответ-
ственных этапов (всегда есть риск повреждения причальных сооружений, корпуса судна, порчи груза и загрязнения окружающей среды), и ему необходима непрерывная информация о расстояниях до причала от носа и кормы судна, скорости и направлении движения. В настоящее время оценка этих параметров судоводителем осуществляется визуально, для чего могут быть использованы выносной мостик, помощники на носу и корме или видеокамеры. В настоящее время такая информация уже не является достаточной. Современные требования к повышению производительности труда и обеспечению безопасности судовождения, а также разрабатываемые в наши дни концепции без экипажного судовождения и е-Навигации вызывают необходимость более точного автоматического определения параметров сближения судна с причалом и создания систем представления этой информации в наиболее удобном виде.
Для безопасной швартовки судна необходимо иметь информацию о мгновенных расстояниях от носовой и кормовой оконечностей судна до причала с точностью около 10 см, об угле подхода с точностью 1 градус, продольной и поперечной скоростях с точностью 0,02 узла (0,035 км/ч) [1].
Для решения таких задач существуют различные системы и устройства, реализующие измерения расстояния различными методами. Рассмотрим некоторые из них.
Известные системы GPS/ГЛОНАСС используются повсеместно. Эти системы предлагается использовать и для выполнения швартовных операций при подходе к причалу [2, 3].
Теоретически с помощью этих систем можно получить точность определения координат менее 1 см. На практике при передаче радиосигнала со спутника он подвергается различным искажениям, основными причинами которых являются ионосферные и тропосферные неоднородности, а также помехи от стационарных и подвижных объектов и многолучевость. То есть из-за искажений без применения специального оборудования реальная точность позиционирования обычно измеряется в метрах или десятках метров (в зависимости от широты, количества видимых спутников и других условий). Искажения могут быть существенно уменьшены с помощью дополнительной наземной инфраструктуры - систем дифференциальной коррекции, но стоимость таких систем довольно высока. Кроме того высокую точность определения координат можно получить только на неподвижном объекте, поскольку для повышения точности используется накопление данных и их статистическая обработка.
Не подходят для решения задачи швартовки судна и системы позиционирования в сотовых сетях и сетях Wi-Fi, поскольку точность позиционирования у них составляет десятки метров.
Существуют системы автоматизированной швартовки, использующие лазерные и ультразвуковые дальномеры. Эти системы имеют самую высокую точность определения расстояний и скоростей.
К недостаткам лазерных систем можно отнести некоторую зависимость дальности действия от погодных условий (яркий солнечный свет, дождь, снег, туман). Дальность работы определяется и поглощающей способностью поверхности предмета, поэтому желательно использовать специальные светоотражатели.
Недостатки ультразвуковых систем это потери сигнала из-за препятствий, ложные сигналы из-за переотражений и помехи от высокочастотных источников звука.
Но главный недостаток технологии локального позиционирования это отсутствие информации, от какого объекта отразился луч: от причала или от берега.
Лазерные и ультразвуковые системы позиционирования имеют довольно ограниченное применение в качестве бортовых систем, причем, по мере совершенствования радиочастотных технологий, в частности, повышения их точности, применение на судах лазерных и ультразвуковых систем сокращается.
Для определения местоположения объекта существует ряд технологий, использующих разные подходы измерения расстояний с помощью радиосигналов. Наиболее популярными считаются способы, основанные на определении мощности входного
сигнала (Receive Signal Strength Indication или RSSI), времени прохождения сигнала (Time of Flight или ToF), сдвига фаз радиоволн (Phase Difference) и определение углового положения объекта (Angular Positioning). Из-за конструктивных сложностей в организации метода определения углового положения объекта и высокой стоимости реализации метода измерения сдвига фаз радиоволн наибольшее распространение получили методы, основанные на определении мощности принимаемого сигнала и вычислении времени прохождения сигнала.
Метод RSSI наиболее простой и наименее точный - использует преобразование значения уровня сигнала между источником и приемником в расстояние. Основной проблемой ухудшающей точность измерений, является ослабление сигнала и увеличение времени его распространения при переотражениях.
Метод ToF основан на измерении времени распространения радиосигнала от передатчика до приемника. Зная скорость электромагнитной волны и время распространения, можно вычислить расстояние между ними. Одна из модификаций метода ToF получила название «симметричное двустороннее двухступенчатое измерение расстояний» (Symmetric Double Sided Two Way Ranging или SDS-TWR) рис.1. Для измерения расстояний методом SDS-TWR между объектами А и B объект А посылает объекту B пакет, содержащий запрос на измерение, и фиксирует время отправки иотпр. Объект B, получив пакет от А, отсылает объекту А подтверждение - ACK-пакет. Объект А, получив ACK-пакет, фиксирует время его получения /д^,. Метод SDS-TWR использует аппаратную генерацию ACK-пакета, где время обработки пакетов считается одинаковым для обоих объектов. Фиксация времени отправки пакета, содержащего запрос на измерение и прием ACK-пакета, происходит также аппаратно. Это позволяет заранее предсказать время обработки пакетов и вычислить время распространения сигнала ТРС по формуле:
где Тцикла А - время, измеренное объектом А с момента отправки пакета объекту Б до
получения ACK-пакета от объекта Б; Тотклика В - время, измеренное объектом Б с момента получения пакета от объекта А до отправки ACK-пакета.
Считая скорость распространения сигнала в среде известной и постоянной величиной, легко вычислить расстояние между объектами.
Объект А Объект В
4д
Рис. 1. Измерения расстояний методом SDS-TWR между объектами А и В
Из рис. 1 видно, что измерение времен Гцикла А и Готклика В производится на разных
объектах несинхронизированными часами. Очевидно, возникнет ошибка вследствие вычисления разности между величинами, измеренными с разной точностью. Метод SDS-TWR позволяет устранить эту ошибку. Для этого измерение расстояний производят обе стороны, после чего рассчитывается усредненное значение.
ТрС С^цикза А ^отклика а} С^цикла В "^отклика вЗ / ^
В результате, в каждой из скобок разность берется между величинами, измеренными одинаковыми часами. Однако данная формула будет справедлива, если Готклик^ = = Т
1 откликаВ.
Для повышения достоверности результата измерения повторяются несколько раз как платой А, так и платой Б и результаты усредняются.
Поскольку фиксация значений всех времен осуществляется аппаратной частью приемопередатчика, то параметры и режимы работы управляющего микроконтроллера или компьютера никак не влияют на точность определения расстояний.
В результате проведенного анализа технических параметров различных современных систем измерения расстояний радиометодами, для реализации проекта была выбрана аппаратура компании Nanotron Technologies. Она использует высокоинтег-рированый беспроводной модуль swarm bee ER и обеспечивает получение высокоточной локализационной информации в режиме реального времени без использования спутниковых систем. Для измерения относительных расстояний модуль swarm bee ER использует ультраширокополосную технологию (UWB). Этот модуль предназначен для решения задач, требующих определения координат с разрешением до 10 см на небольших расстояниях от 0 до 20 м. В системе из нескольких модулей swarm bee ER все узлы могут свободно перемещаться и измерять относительные расстояния между собой. При этом радиоузлы автономны и никакая дополнительная инфраструктура не требуется.
Передача сообщений в UWB осуществляется сверхкороткими импульсами с очень малой плотностью мощности - менее 41 дБм/МГц, что зачастую даже ниже уровня помех. Однако, при этом каждый символ UWB сообщения передается пачкой таких импульсов, и энергия этих импульсов может суммироваться когерентным приемником. В результате суммарная мощность выделенного когерентным приемником импульса оказывается много выше уровня помех. Приемопередатчики диапазона UWB, используют частоты 3,5-6,5 ГГц и имеют соответственно самую маленькую погрешность - 10 см. Однако такие широкополосные сигналы способны создавать помехи сразу целому ряду приемо-передающих систем, поэтому для диапазона UWB разрешены очень малые мощности передачи - до 50 мВт[4].
Компания Nanotron Technologies предоставляет пользователям готовое решение в виде отладочной платы Nanotron swarm bee ER Development Kit Plus Board (BN01SWBER) [5]. Вид платы показан на рис. 2. Она состоит из модуля swarm bee ER, имеет разъем USB и разъем для подключения внешней антенны, а так же несколько контрольных точек. Суффикс «ER» означает «Улучшенная точность».
Применение такой отладочной платы дает следующие преимущества:
- используется готовое высокотехнологичное устройство, разработанное и отлаженное в заводских условиях;
- используется встроенное программное обеспечение, позволяющее определять расстояния до своих соседей;
- используется программное обеспечение для компьютера, позволяющее удаленно программировать модули на отладочных платах, отображать результаты измерения расстояния до других отладочных плат, отображать величину ускорения по 3-м координатам;
- используется разъем USB для подключения компьютера и стандартный разъем для подключения внешней антенны;
- используется один источник питания +5 В;
- малые размеры (115 х 90 х 16 мм);
- низкое энергопотребление;
- относительно небольшая цена.
Рис. 2. Вид отладочной платы Nanotron swarm bee ER Development Kit Plus Board (BN01SWBER)[6]
На судне размещается четыре судовых измерительных модуля - по два с каждого борта на носу и корме. В измерениях участвуют только модули с того борта, которым швартуется судно. Такое решение позволит установить антенны на судне и причале примерно на одной высоте и уменьшить ошибку измерения расстояния до причала. На причале устанавливается два береговых модуля на фиксированном расстоянии «а» друг от друга, как показано на рис .3. Система измеряет расстояния «d» и «c» на носу и корме, расстояние «а» известно. Искомое расстояние до причала «h» находится как высота в треугольнике с известными сторонами «а», «b» и «c».
а + b + с
где V =-ñ-
Рис. 3. Расположение измерительных модулей на судне и причале
Таким образом, потребуется два типа измерительных блоков - бортовой и причальный. Структурные схемы блоков изображены на рис. 4 и 5.
Рис. 4. Структурная схема судового измерительного блока
Рис. 5. Структурная схема причального измерительного блока
Судовые измерительные блоки подключаются к судовому компьютеру через преобразователь USB-Ethernet (например, NetUSB-100iX4), причальные измерительные блоки работают автономно.
Таким образом, применение в радиотехнической судовой системе измерения расстояний при выполнении швартовных операций отладочной платы Nanotron swarm bee ER Development Kit Plus Board (BN01SWBER) с реализованными в ней технологией симметричного двустороннего двухступенчатого измерения расстояний (SDS -TWR) и ультра широкополосной технологией (UWB) позволит существенно сократить время на разработку аппаратной части, получить точность измерений до 10 см. и благодаря встроенному акселерометру, получить данные о скорости и ускорении по 3 -м координатам. Использование прилагаемого программного обеспечения для компьютера позволит сразу увидеть результаты измерения на экране.
Список литературы:
[1] Системы информационного обеспечения швартовных операций Dockingassistingsystems © С. А. Подпорин, 2013. - презентация [Электронный ресурс]. - Режим доступа:http://sbs-on-web.com/downloads/TSS/presentation/16_Docking%20systems_2013.pdf, свободный. - Загл. с экрана. (21.06.2018)
[2] Грошева Л.С., Плющаев В.И. Управление судном с колесным движительно-рулевым комплексом при выполнении швартовых операций. Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. -2017. - №4 - С. 21-30. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://vestnik.astu.org/, свободный. - Загл. с экрана. (21.06.2018)
[3] Грошева Л.С., Плющаев В.И. Автоматизация процесса швартовки судна с колесным движи-тельно-рулевым комплексом с использованием спутниковой навигационной системы. Труды 19 Международного научно-промышленного форума «Великие реки- 2017». Проблемы использования и инновационного развития внутренних водных путей в бассейнах великих рек. - Интернет журнал широкой научной тематики. Выпуск 6, 2017 г. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://вф-река-море.рф/2017/v2017_sek05.htm, свободный. - Загл. с экрана. (21.06.2018)
[4] Swarm ProductFamily. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://nanotron.com/ EN/pr_protect-php , свободный. - Загл. с экрана. (21.06.2018)
[5] Swarmbee ER Module Embedded Ultra Wide Band Radio Location Awareness and Concurrent Wireless Communication. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.wless.ru/ files/Nanoloc/SWARM/swarm_bee_ER_PB_V1_0.pdf, свободный. - Загл. с экрана. (21.06.2018)
[6] BN01SWBEP - swarm bee ER Development Kit Plus Board [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://shop.top-electronics.eu/swarm-bee-er-development-kit-plus-board-p-17601.html Загл. с экрана. (21.06.2018)
AUTOMATION OF DISTANCE MEASUREMENT BETWEEN OBJECTS IN SHIP MOORING SYSTEMS
S. V. Lebedeva, V.I Merzlyakov
Keywords: measurement of distances, radio-frequency technology measuring the distance, ultra-wideband radio frequency technology.
A comparative analysis of methods for measuring distances between objects to determine the possibility of their use in automated mooring systems is carried out. The method of distance measurement automation between objects based on Nanotron swarm bee ER Development Kit Plus Board debugging boards is proposed.
Статья поступила в редакцию 27.06.2018 г.
УДК 658.562.012.7
ТА. Михеева, к.т.н., доцент ФГБОУВО «ВГУВТ» И.Н. Лучков, аспирант ФГБОУ ВО «ВГУВТ» Е.Г. Бурмистров, д.т.н., профессор ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА НА СУДОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРЕДПРИЯТИИ НА КАЧЕСТВО ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ
Ключевые слова: качество подготовки производства, качество продукции судостроения, конкурентоспособность верфи
В статье излагаются общие подходы к установлению причинно-следственных связей между качеством подготовки производства на судостроительной верфи и качеством продукции судостроения. Установление такой зависимости и выстраивание с учётом этого системы управления качеством, позволит повысить эффективность производства и обеспечить конкурентные преимущества отечественным верфям.
Судостроение является трудоёмким и наукоёмким производством, в котором применяются новейшие достижения научно-технического прогресса. Для поддержания конкурентоспособности верфи привлекают значительные финансовые средства, вкладывая их в капитальное строительство и техническое перевооружение. Однако без грамотного, научно обоснованного подхода к вопросам подготовки, организации и управления производством, это не может в полной мере решить проблему обеспечения конкурентоспособности отечественных верфей на внутреннем и мировом рынках судостроительных услуг.
56
