CC BY
193
УДК 656.61.052.4
НЕКОТОРЫЕ МОДЕЛИ ШВАРТОВЫХ ОПЕРАЦИЙ БЕЗЭКИПАЖНЫХ СУДОВ В
КОНЦЕПЦИИ Е-НАВИГАЦИИ
Мельник П.В., аспирант ФГБОУ ВО «ГМУ им. адм. Ф.Ф. Ушакова»
Наиболее сложным, в условиях эксплуатации морских судов в концепции Е-навигации при без- и мало экипажном судовождении, является работа на конечном этапе рейса. Постановка на якорь и швартовые операции безэкипажного судна проблема, не имеющая пока решения в юридическом аспекте и техническом исполнении. Некоторые виды автоматической швартовки и алгоритм решения представлен в статье.
Ключевые слова: безэкипажное судно, швартовые операции, швартовые магнитные подушки, швартовка лагом, комплексные системы информационного обеспечения швартовки.
SOME MODELS OF MOORING OPERATIONS UNMANNED VESSELS IN THE
CONCEPT OF E-NAVIGATION
Melnik P., post-graduate student, FSEIHE «Admiral Ushakov Maritime State University»
The most difficult, in the conditions of operation of sea-going vessels in the concept of E-navigation withiout and little crew navigation, is work on the final stage of the voyage. Anchoring and mooring operations of an unscrewed vessel is a problem that has not yet been solved in a legal aspect and technical performance. Some types of automatic mooring and the solution algorithm are presented in the article.
Keywords: unmanned the ship, mooring operations, mooring magnetic cushions, mooring lag, the integrated information system of mooring.
Наиболее актуальными в сфере управления морским транспортом становятся элементы судового пути в развитиибез- и мало-экипажногосудовождения в концепции Е-навигации, как научно обоснованных отрезковцелостного судового пути.
Наиболее сложным, как представляется, будет швартовка и от-швартовка судов и вход-выход из портовой зоны. Проблемы могут быть, как с швартовыми операциями так и с интенсивностью судоходства на подходах к портам.
Купировать работу безэкипажных судов в портовой зоне и швартовые операции, безопасность судовождения может автоматическая швартовка и причаливание.
В мировой практике имеется достаточное количество инженерных систем обеспечивающих автоматическое причаливание и швартовку судов, однако зачастую они ограничиваются малым водоизмещением судов и неэффективны для крупнотоннажного флота.
Немаловажным фактором является юридический аспект проблемы. Так в некоторых портах, на каналах действует принцип обязательной лоцманской проводки судов. На настоящий момент безэкипажное судно вступает в противоречие с правилами "Portauthority" [8].
Рассмотрим некоторые системы автоматической швартовки судов.
Система с магнитными подушками.
Система имеет ряд ограничений: дорогая в эксплуатации (энергопотребление, обслуживание, квалифицированый персонал), дает нагрузку на корпус (например, при отжимном ветре может деформировать борт) - подушки нужно ставить в районе шпангоутов - то есть подгонять под конкретный корпус, надежность сомнительна - лопнувший трос можно быстро заменить, а вышедшую из строя подушку - нет.
Хороша там, где нужно БЫСТРО принять-отпустить судно: например- паромы.
В то же время системы автоматического натяжения использовать на танкерах ЗАПРЕЩЕНО даже там, где они есть. Так система при продольной «протяжке» корпуса вдоль причала, например под действием волны или проходящего рядом судна меняются нагрузки в шпрингах и продольных с ВКЛЮЧЕНОЙ и ВЫКЛЮЧЕНОЙ системой контроля натяжения концов. Может привести к деформации корпуса.
Автоматическая лазерная швартовка SmartDock- вспомогательная Система докования (DAS) обеспечивающая контроль и безопасность швартовки судна путем лазерного измерения расстояния, скорости и угла расположения судна в критическом диапазоне от 200 до 0м линии швартовки.
Благодаря Системе лазерной швартовки SmartDock можно предотвратить и избежать аварийной ситуации в случае подхода судна к причалу на слишком большой скорости или под слишком большим углом.
Согласно требованиям Технического регламента № 620 от 12.08.2010 «О безопасности объектов морского транспорта» и технико-эксплуатационных требований,утвержденных Министерством транспорта РФ под оборудованием такими системами попадает около 700
причальных портов на территории России [ 2 ].
Новые системы автоматической швартовки MSL вобрали в себя всю гибкость и характерные черты традиционного способа. В этих системах для удержания судна у причала вместо канатов применяются вакуумные подушки. Каждая подушка имеет контролируемую рабочую нагрузку, обеспечивая надёжное физическое соединение судна с причалом. Вакуумные подушки были испытаны и классифицированы под наблюдением международного классификационного общества DetNorskeVeritas (Б№У), результаты которых, совмещенные с современными трёхмерными аппаратными средствами, показали диапазон ходов и упругую эластичность автоматических систем на уровне швартовки при помощи канатов. Поскольку автоматическая система удерживает судно ближе к причальной стенке, чем перекрещенные канаты, она имеет большую причальную эффективность. Информация о нагрузке удержания получается от измерения уровней вакуума и поперечных сил в носовой и кормовой тумбах. Обладая информацией обо всех условиях швартовки в любой момент времени, оператор имеет полное понимание и контроль над состоянием швартовки судна.
Очень эффективная система "MoorMaster".
Канаты используются для швартовки судов уже тысячи лет. Это долгая и, зачастую, опасная процедура. Автоматическая система швартовки MoorMaster производства Cavotec предлагает современное решение старых проблем швартовки, упраздняя традиционное необходимое для этого оборудование.
Нажатием одной кнопки MoorMaster™ швартует судно и даёт ему отойти за менее, чем 12 секунд.
MoorMaster контролирует движения судна у причала, обеспечивая эффективность погрузочно-разгрузочных работ. Система также способна удерживать суда всех размеров на одном месте в портах, где присутствуют зыбь и длинные волны.
Особенно на наш взгляд данная система будет хорошо работать с автоматической системой управления судном. Так при движении судна вперед на высокой скорости система 1Р4000 функционирует как авторулевой, управляя только курсом судна с помощью рулевого устройства или траекторией судна, используя стороннюю электронно-картографическую и навигационную систему. В режиме авторулевого главная судовая силовая установка и подруливающие устройства не задействованы, но при этом авторулевой АР4000 является составной частью системы 1Р4000.
В режиме маневрирования, швартовки и удержания позиции система управления 1Р4000 позволяет управлять судном свободно в любом направлении, вручную задав необходимое продольное и поперечное перемещение, скорость движения и вращение судна с помощью одного 3-х осевого джойстика. Система автоматически вычисляет требуемое количество тяги, которое будет выделено от каждого движителя, заменяя собой обычные способы управления каждым движителем вручную. При этом в данных режимах управления системой 1Р4000 задается направление и сила тяги с использованием всех движительных установок
и подруливающих устройств.
Система JP4000 также способна обеспечивать автоматическое удержание заданного курса судна при маневрировании. Это означает, что система автоматически удерживает заданный курс, когда оператор свободно управляет движением судна в поперечном и продольном направлении; в данном случае нет необходимости в компенсации возможного вращения судна, которое может возникнуть в результате ошибочных действий со стороны оператора.
Режимы управления "HoldPosition" и "AnchorWatch" являются опциональными. В данных режимах система автоматически удерживает судно в заданной позиции, при этом также удерживая заданный курс судна.
Швартовые операции осуществляются не только в портах, но и в море.
Причем как в аварийных ситуациях, так и при грузовых работах. Каждая швартовая работа имеет свои особенности в соответствии с погодными, климатическими, конструкционными особенностями судов [ 1].
Рассмотрим некоторые виды швартовых операций:
- швартовка к судну, лежащему в дрейфе;
- швартовка к судну имеющему ход;
- швартовка к судну, стоящему на якоре;
- швартовка кормой к причалу в портах.
В России в настоящее время несколько образовательных и ведомственных научно-исследовательских образований занимаются вопросами Е-навигации.
ГМУ им. адм. Ф.Ф. Ушакова в инициативном порядке разрабатывает комплексную систему Е-навигации для судоходства в Керчь-Еникальском канале.
В частностиСевастопольский госуниверситет совместно с Объединенной судостроительной корпорацией намерен создать роботизированный порт для беспилотных судов. С постройкой учебно-научного судна «Пионер-М» в конце 2017-го года на его базе начнут отрабатывать технологию беспилотного управления. Для отработки рамочных исследований в Севастопольском госуниверситете, будет построен роботизированный порт. Это будет причал, который оснастят системой дальномеров, автоматических причальных устройств, двигателей. Судно «Пионер-М» в беспилотном режиме сможет автоматически швартоваться к причалу. Роботы смогут выгружать грузы с судна и, соответственно, загружать его». Стратегия партнеров - Университета и Объединенной судостроительной корпорации - нацелена на освоение самых современных технологий. К 2030 году, по оценкам некоторых специалистов работающих в области проблем Е-навигации, рынок судостроения будет занят беспилотным судоходством на 1%, что в денежном выражении - более двух миллиардов долларов. Севастопольский госуниверситет может быть пионером в Российской Федерации в реализации проекта беспилотного судна и роботизированного порта. В отдельных источниках считают, что выгода от строительства беспилотных судов заключается в уменьшении расходов на их создание и содержание, примерно в пять раз [ 5].
Одной из самых сложных задач, которую необходимо решить в автоматической швартовке является параллельность удержания судна по отношению к причалу, а также скорость сближения с причалом.
Обычно это достигаетсядействиями буксиров, прилагающих по его командам силовое воздействие на нос и корму швартуемого судна. Поэтому изменения скорости считается возмущением или отклонением от нормы, а действие судоводителя по их компенсации - регулированием этого параметра.
Так в Сборнике обязательных постановлений по морскому торговому порту Новороссийск определено условие: «...сближение судна с причалом следует осуществлять с помощью буксиров, параллельно причалу, чтобы судно «легло» на все четыре пала одновременно...» . Вследствие этого выполнен анализ временных и скоростных параметров оконечностей судна в момент контакта с причалом, который показал, что не всегда удается достигнуть одновременного касания причала носовой и кормовой оконечностей танкера и со скоростью удовлетворяющей значениям портовых нормативов. Поэтому рассмотрим различные ситуации касания оконечностей танкера к причалу :
1. Скорости обеих оконечностей судна ниже допустимой V1 < 8 см/сек и V2 < 8 см/сек; и одновременное касание кормовой и носовой оконечностей судна с причалом A t=0 при разных скоростях;
2. Скорость одной части судна выше допустимой скорости V1 >8 см/ сек, а другой оконечности судна - ниже допустимой V2 < 8 см/сек;
3. Скорость одной части судна при касании причала ниже допустимой V1 < 8 см/сек, скорость другой оконечности судна - выше
допустимой скоро- сти V2 > 8 см/сек;
4. Скорости кормовой и носовой оконечностей судна выше допустимой скорости VI >8 см/сек, V2 >8 см/сек.
В рассматриваемой методике для определения необходимого количества буксиров-кантовщиков и их тяговых характеристик используется метод «накрытия» всех возможных расчетных схем одной схемой, которая выделяет наиболее ответственные стадии операций причаливания-отчаливания, обычно сопровождающиеся наибольшими развиваемыми усилиями. Среди множества стадий кантования судна сопровождающими его буксирами, в стесненной акватории порта таковыми являются финальная стадия причаливания и начальная стадия отчаливания. В обоих случаях судно располагается параллельно причалу, и развиваемые усилия ориентированы в направлении, перпендикулярном его диаметральной плоскости. Эта расчетная ситуация традиционно находится в основе всех методик выбора необходимого количества и мощности буксиров-кантовщиков [8].
Реализация расчетной схемы осуществляется поэтапно, путем определения усилий от действия ветра и волнения, а также вызываемых движением самого судна и инерцией процессов его торможения и ускоренного перемещения. Итоговое значение усилия, определяющее величину потребной тяги буксиров в зависимости от водоизмещения или дедвейта швартуемого / отшвартовываемого судна, определяется по формуле:
F= +F2 + F3+ F4),
где
— коэффициент запаса;
F1— усилие от ветра, т;
F2— усилие от действия волн, т;
F3— гидродинамическая сила, т;
F4— инерционная сила, т. [3,4].
Классические методы швартовки применительно к крупно тоннажному судну:
Швартовку к причалу лагом осуществляют различными способами в зависимости от направления и силы ветра, течения, ледовой обстановки, а также возможностей маневрирования, наличия и расположения судов у причала. Основные способы швартовки лагом: самостоятельно без отдачи или с отдачей якоря и с помощью буксиров. Во всех случаях управляет судном и руководит швартовкой капитан.
При самостоятельной швартовке судна к причалу лагом без отдачи якоря (рис. 1), маневрируя машиной и рулем, приводят судно в положение, примерно параллельное причалу. По команде с мостика начинают подавать на причал швартовы. Обычно первым подают носовой шпринг или продольный и при первой возможности — хотя бы один швартовный трос с кормы для ее подтягивания. Для предупреждения навала судна на причал в нужных местах подставляют мягкие кранцы.
Рис. 1. Схема швартовки судна к причалу лагом.
Швартовку лагом с отдачей якоря выполняют при подходе к причалу для швартовки в промежуток между судами, при свежем ветре, в условиях ограниченной для маневрирования акватории и т. д. Отданный якорь позволяет избежать навала судна на причал и ошвартованные к нему суда, а при отшвартовке облегчает отход судна от причала без буксира.
Швартовку кормой к причалу осуществляют в тех случаях, когда для стоянки судна отведена минимальная длина причальной линии или когда перегрузочные работы должны вестись с использованием плавучих средств с обоих бортов. В зависимости от возможности маневрирования на акватории судно к причалу подходит параллельным или перпендикулярным курсом.
Если судно подходит параллельным курсом (рис. 3, а), оно следует малым ходом параллельно причалу (положение 1) на расстоянии, равном двум значениям длины корпуса от него. Не доходя до места швартовки 50 - 70 м, стопорят двигатель и отдают якорь наружного борта (положение 2). Во время движения судна по инерции потравливают
Рис. 2. Схема наложения стопора на швартовный трос.
Рис. 3. Схема швартовки судна кормой к причалу.
якорь-цепь до 3 - 4 смычек. Задержав якорь-цепь, перекладывают руль в сторону наружного борта и дают ход вперед. Когда судно развернется кормой к причалу, отдают второй якорь (положение 3), дают ход назад и потравливают обе якорь-цепи так, чтобы к концу швартовки (положение 4) их длина была примерно одинаковой. Кормовые швартовы подают на причал и закрепляют на судне по команде с мостика.
Если судно подходит перпендикулярным курсом (рис. 3, б), на расстоянии, равном примерно двум значениям длины корпуса от причала и в 40 - 60 м в стороне от места швартовки (положение 1), стопорят двигатель и отдают внутренний (по отношению к месту швартовки) якорь (положение 2). Во время движения по инерция травят якорь-цепь и разворачиваются в направлении отданного якоря. Когда судно развернется кормой к причалу и в воду вытравятся 3 - 4 смычки якорь-цепи, отдают второй якорь (положение 3). При работе двигателя назад травят и выравнивают якорь-цепи подводят судно кормой к причалу и подают швартовы (положение 4).
Постановку судна на швартовную бочку осуществляют по указанию портовых властей на стесненных рейдах, а также в места карантинных стоянок. В зависимости от условий и целей стоянки судно может быть пришвартовано к одной — четырем бочкам. Суда швартуются к нескольким бочкам обычно в тех случаях, когда предстоят грузовые операции с использованием плавучих средств и необходимо обеспечить неподвижность судна под воздействием ветра или течения.
Отшвартовка судна в зависимости от условий может быть осуществлена самостоятельно или с помощью буксиров. При самостоятельной отшвартовке (рис, 4) по команде с мостика на корме отдают все швартовы и быстро их выбирают, а на баке оставляют один шпринг. Получив сообщение, что под кормой чисто, руль перекладывают в сторону причала и дают самый малый передний ход (положение 1). По мере выхода на шпринг увеличивают ход до малого. Судно, удерживаемое шпрингом, начинает отходить кормой от причала (положение 2). Приведя корму к такому направлению, при котором судно на заднем ходу сможет пройти мимо стоящих по корме судов, дают задний ход. Когда судно начинает двигаться назад, отдают шпринг. Судно продолжает следовать задним ходом до тех пор, пока не появится возможность безопасного разворота [ 5,7 ]
Рис. 4. Схема отшвартовки судна от причала на шпринге.
Следует при швартовых операциях учитывать вектор волновой нагрузки на объект, особенно при работе с крупнотоннажными судами имеющими большую парусность в балласте, рассчитываемой по формуле с п-степенями свободы:
Fw(t) = ( Fw1, ... Fwj,... Fwn), где
Векторная нагрузка зависит от времени, и определяется как суперпозиция нагрузок отдельных составляющих [6].
Показанная классическая схема работы швартовых бригад коренным образом отличается от эффектного применения технических средств современной автоматической швартовки.
Классические схемы грубы и неповоротливы, долговременны и требуют физических усилий судовой и береговой команд- однако безопасны и надежны при работе с крупнотоннажным флотом.
Таким образом в безэкипажном судоходстве необходимо совместить безаварийную эксплуатацию судна и сочетание законодательств государства флага, постановлений портовых властей общей международной юрисдикции, поэтому технические решения уже сегодня позволяющие осуществлять безопасное управление судном в автоматическом режиме не позволят на практике работать.
Литература:
1. Бурханов М. В., Ермолаев Г. Г. и др. Справочник капитана дальнего плавания. - М.: Транспорт, 1988. - 248 с.
2. Попов В. В. Управление работой порта и портовой деятельностью./ -Новороссийск: НГМА, 1997. 138 с.
3.Панамарев Г. Е., Попов В. В., Демьянов В. В., Михалик М. А. Критерии ИМО к развитию сети ГМССБ Азово-Черноморского побережья России./ Сб. научных трудов НГМА (вып. 2). Новороссийск: 1997. - 9 с.
4. Панамарев Г. Е., Иванов А. Ю., Цой А. А., Попов В. В., Демьянов В. В. Перспективы использования EDI технологии в системах морского транспорта./ Сб. научных трудов НГМА (вып. 2). Новороссийск: 1997. - 5 с.
5. Панамарев Г. Е., Иванов А. Ю-, Цой А. А., Попов В. В., 7. 7.Демьянов В. В. Анализ существующих системы EDI в порту Роттердам./ Сб. научных трудов НГМА (вып. 2). Новороссийск: 1997. - 4 с.
6.Погосов С.Г. Швартовка крупнотоннажных судов. М.: Транспорт, 1975. 176 с.
7.Оганов А.М., Цурбан А.И. Швартовые операции морских судов. М.: Транспорт, 1987. 176 с.
8.Сборник обязательных распоряжений по морскому торговому порту Новороссийск (с приписным портопунктом Анапа) и морскому торговому порту Геленджик. Морская Администрация порта Новороссийск, 2005.
