CC BY
19фракции (пылеватые частицы, ил, растворенная глина), снижающие коэффициент фильтрации песка, а это ограничивает его применение, например, в дорожном строительстве. Поэтому необходимо доработать конструкцию для очистки песка и от мелких фракций.
Список литературы:
[1] Шкундин Б.М. Землесосные работы в гидротехническом строительстве. - М.: Высшая школа, 1977. - 239 с.
[2] Троицкий В.В. Обогащение нерудных строительных материалов. - Л.: Стройиздат, 1986. -193 с.
[3] Волков В.Г. и др. Обогащение и фракционирование природных песков для бетона гидравлическим способом. - М.: Стройиздат, 1964. - 163 с.
[4] Липман А.А., Терехов Д.И., Шаненко Ф.Ф. Обезвоживание нерудных строительных материалов. - Л.: Стройиздат, 1975. - 143 с.
EXPERIENCE OF CREATION AND TEST RESULTS OF ARC HYDROROAR
N.N. Arefyev
Keywords: hydromechanization, dredge, hydroroar, enrichment of sand and gravel.
The method of calculation and design of arc hydroroar is proposed, which ensures enrichment of sand by removing non-monetized fractions. When designing the results of the experimental unit tests are considered.
УДК 656.612
А.И. Епихин, к.т.н., доцент ФГБОУВО «ГМУим. адмирала Ф.Ф. Ушакова» г. Новороссийск, ул. Карамзина, 72 а
ПРОГРАММНЫЕ И АППАРАТНЫЕ МЕТОДЫ СБОРА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ СОВРЕМЕННЫХ СУДОВ-ГАЗОВОЗОВ
Ключевые слова: интеллектуальная система, человеческий фактор, контроль и мониторинг параметров, нейросетевая система, нечеткие алгоритмы, прецедент, база знаний.
В статье рассматриваются основные принципы использования современных технических решений при построении специализированных систем поддержки принятия решений для танкеров-газовозов с учетом условий их эксплуатации и перспектив развития морских перевозок СПГ и СНГ, предложены оптимальные методы организации сбора и обработки данных, а также оригинальная методика реализации СППР, позволяющая обеспечить их универсальность и широкий инструментарий по адаптации к конкретным судам, в том числе с учетом перспектив модернизации СТС.
Значимость СППР для газовозов с ПТУ и двухтопливными ГД
Как правило, современные судовые технические средства являются замкнутыми автономными системами, функционирующими под управлением собственных кон-
троллеров в соответствии с заложенными производителем оборудования алгоритмами, либо на основании алгоритмов, определяемых судоводителем. При этом следует отметить, что большая часть таких СТС являются взаимосвязанными, ввиду чего во многих случаях необходимо обеспечивать одновременный сбор и анализ контролируемых параметров для нескольких систем, что в классическом исполнении этих систем является затруднительным. Учитывая значительные потоки информации о параметрах различных судовых технических средств, для корректной интерпретации сведений, представляющих важность в контексте обеспечения безопасности, необходимо разработать алгоритмы автоматизированного отбора таких параметров в зависимости от навигационных или технологических условий в конкретные моменты времени.
Современный уровень развития компьютерных технических и программных средств позволяет проводить непрерывный сбор практически неограниченного числа контролируемых параметров с последующей аналитической обработкой полученной информации в соответствии с алгоритмами любой степени сложности. При этом на сегодняшний день на практике отсутствуют программно-аппаратные средства, позволяющие реализовать централизованный сбор и обработку данных по всем судовым техническим средствам. По всей видимости, основной причиной этому является сравнительная простота эксплуатационной совокупности навигации использованием современных систем судовождения и судовых технологических систем для классических типов судов, преимущественно использующихся в мировой практике морских перевозок. При этом до последнего времени класс судов-газовозов являлся весьма малочисленным и разработка специализированных технических и технологических решений для таких судов не представлялась экономически целесообразной.
Отдельно следует отметить условия эксплуатации современных судов-газовозов на территории Российской Федерации. Географическое расположение перспективных газовых месторождений характеризуется преимущественно северными районами, в которых наблюдается сезонное или постоянное наличие ледовой обстановки. Данный фактор оказывает существенное влияние на условия, характеризующие навигационные параметры переходов судов, а также на требования, предъявляемые к режимам функционирования двигателей, движителей и физические нагрузки на силовые конструкции корпусов и грузовых танков.
Следует учитывать, что в штатных условиях перехода внимание оператора распределяется по СТС равномерно и вероятность допущения ошибок невелика, но в случае судовождения в сложных метеорологических или навигационных условиях внимание в первую очередь концентрируется на навигационной составляющей, при этом пропорционально увеличивается вероятность пропуска оператором моментов достижения технологическими параметрами опасных значений, когда на принятие управляющих или корректирующих решений запаса времени практически не остается.
В таких случаях наличие интеллектуальных систем, осуществляющих непрерывный контроль и анализ эксплуатационных и технологических параметров, позволяет выявить неблагоприятные их сочетания, способствующие развитию нештатных ситуаций и выходу из строя оборудования, с последующим информированием оператора о возможном выборе наиболее оптимальных решений.
Одной из наиболее актуальных проблем обеспечения безопасной эксплуатации судовых технических средств является минимизация влияния «человеческого фактора» на технологические процессы в СТС, способствующие формированию опасных и аварийных ситуаций [1], за счет использования интеллектуальных систем, в которых реализован ряд комплексных алгоритмов контроля, анализа и обработки значительного потока данных, определяющих протекание технологических процессов на судне, на основании которых формулируются информативные уведомления, подсказки или запросы, позволяющие оператору осуществлять принятие решений в нетипичных ситуациях. Реализация систем такого рода стала возможной с развитием аппаратных и
программных средств, рост производительности, быстродействия и объемов памяти которых позволяют реализовать как детерминированные, так и нечеткие алгоритмы обработки больших динамических объемов данных.
Современная практика
Практика реализации систем поддержки принятия решений на современном флоте практически отсутствует. Это обусловлено тем, что большинство судов характеризуется невысоким уровнем сложности судовых технических средств, а также невысокой вероятностью возникновения нештатных ситуаций по причине человеческого фактора. В общих случаях, таким рискам подвержена только небольшая часть типов судов, уровень безопасности которых зависит от некоторых внешних факторов или внутренних систем повышенной опасности.
Практикующиеся на сегодняшний день методики технической эксплуатации как судов в целом, так и судовых технических средств в частности, не рассматривают судно в качестве некоего единого комплекса, состоящего из совокупности взаимосвязанных объектов (СТС), характеризующихся разнонаправленным влиянием протекающих в них технологических и функциональных процессов. Также следует отметить, что для части СТС практикуется лишь периодический контроль технического состояния и диагностика, что, безусловно, в некоторой степени повышает вероятность формирования опасных и аварийных ситуаций. Для судовых технических средств, оборудованных средствами непрерывного контроля (ДВС, генераторы, котлы и пр.) в процессе эксплуатации контролируются, как правило, достижения параметрами критических значений - например, падение давления в гидравлической системе ниже допустимого - что, по сути, позволяет констатировать уже наступившую опасную ситуацию. Иными словами, существующие методики обеспечения технической эксплуатации СТС не предназначены и не предусматривают возможности проведения анализа и прогнозирования нештатных ситуаций, позволяя в большинстве случаев или выявить предотказное состояние, либо локализовать неисправность при уже случившемся отказе.
На сегодняшний день уровень развития технических средств позволяет реализовать принципиально новые подходы к построению процесса технической эксплуатации судов, основывающиеся на рассмотрении всей совокупности судовых технических средств с взаимным влиянием процессов, протекающих в них, с учетом всех разнонаправленных характеров взаимодействия, позволяющих выполнять функции непрерывного контроля, анализа и прогнозирования неблагоприятных эксплуатационных ситуаций, позволяя оператору заблаговременно получать информацию о необходимости принятия каких-либо мер, направленных на предотвращение таких событий.
Рядом современных отечественных и зарубежных исследователей на протяжении последних лет было предложено несколько перспективных концепций построения СППР, позволяющих определить основные подходы к практической реализации важных составляющих таких систем, при этом каждое из исследований носит достаточно узкую направленность, позволяющую контролировать и обрабатывать группу условий и воздействий, характеризующих, как правило, один из факторов управления судном. Следует отдельно отметить, что в большинстве своем исследования носят фундаментальный характер, определяющий непосредственно принципы построения и алгоритмы функционирования таких систем, без формулирования конкретных рекомендаций и технических решений по их практической реализации.
Например, в исследовании Ю.И. Нечаева [7] весьма подробно рассмотрена проблематика построения интеллектуальных систем (ИС) реального времени в контексте обеспечения оптимальных режимов прохождения судами ледовых полей. В предлагаемой архитектуре построения ИС используются нечеткие и нейросетевые структуры, обеспечивающие анализ и интерпретацию информации с помощью адаптивных алгоритмов. Автор подчеркивает, что при сложном нелинейном взаимодействии суд-
на с внешней средой в условиях неопределенности и неполноты исходной информации [7] необходимо использовать самообучающиеся системы, построенные на принципах искусственного интеллекта.
А.П. Бень в своей работе [1] рассматривает концепцию построения СППР, использующей принципы динамических экспертных систем, для обеспечения оптимальных условий взаимного расхождения судов. По мнению автора, база знаний ИС судна должна содержать и накапливать информацию по трем направлениям: декларативная информация, которая регламентирует законодательную базу управления процессами расхождения судов М1II1СС-72. экспертная информация - формализирован-ные знания экспертов в предметной отрасли опытных судоводителей, и база прецедентов - информация относительно развития событий в навигационных ситуациях, которые уже имели место в прошлом [1].
Практически все авторы актуальных исследований в области СППР и иных судовых ИС в целом сходятся во мнении, что любая такая система должна характеризоваться тремя важнейшими особенностями [1]:
- функционирование СППР оператора осуществляется в режиме реального времени, что требует их интеграции с имеющимися на судне средствами централизации и автоматизации;
- формы отображения информации в СППР должны обеспечивать ее быстрое восприятие и высокий уровень осознания оператором;
- возможность информационного взаимодействия между береговыми системами управления движением и СППР, что обуславливает необходимость разработки унифицированных протоколов обмена информацией в таких системах.
В контексте проблематики данного научно-прикладного направления следует выделить четыре категории контролируемых параметров:
- входные параметры;
- технологические параметры;
- функциональные параметры;
- диагностические параметры.
К входным параметрам судовых технических средств целесообразно относить исходные данные, характеризующие условия работы СТС в текущий момент времени. Например, для главного двигателя это мгновенные значения частоты вращения, нагрузки и пр.
К группе технологических параметров относятся параметры, непосредственно характеризующие процессы, протекающие в рассматриваемом узле или механизме. Для двигателя это давление в масляной системе, рабочая температура, давление и пр.
К группе функциональных параметров следует относить т.н. «внешние характеристики». Тип функциональных параметров определяется характером режима функционирования конкретного СТС: например, для детерминированных систем - это значение их передаточной функции.
Все три вышеперечисленные группы параметров достаточно тесно связаны между собой, при этом во многих случаях такие зависимости носят комплексный многофакторный характер, часто нелинейный и вариативный. Более того, в некоторых частных случаях, в зависимости от взаимных сочетаний некоторых параметров, существенно изменяется и вид их зависимостей.
К четвертой группе, именуемой группой диагностических параметров, следует относить те параметры, которые напрямую не вносят вклад в непосредственное функционирование СТС или их взаимодействие, но в контексте обеспечения безопасности судна-газовоза имеют высокую информационную ценность. К данной группе параметров, в первую очередь, следует относить данные систем ранней углубленной диагностики узлов и агрегатов.
В контексте обеспечения безопасности эксплуатации танкеров, предназначенных для перевозки сжиженных газов, необходимо подробно рассмотреть особенности кон-
троля параметров грузовых систем (в первую очередь, непосредственно грузовых танков), для которых можно выявить ряд критичных факторов:
- давление груза;
- давление внешней среды;
- динамические нагрузки, вызываемые движением судна;
- термические нагрузки;
- нагрузки, возникающие в результате всплескивания сжиженного газа;
- нагрузки от изгибов и прогибов корпуса судна;
- вес груза, емкостей, изоляции, сопряженного технологического оборудования, ветровые нагрузки на надпалубные части танков и соответствующие реакции опор и креплений.
Представляется очевидным, что наибольшей степенью опасности характеризуются динамические составляющие нагрузок, при этом следует отметить, что вышеприведенный перечень нагрузок можно классифицировать по важнейшему признаку -наличию возможности регулирования воздействующего фактора. Для нерегулируемых факторов, таких как гравитационная составляющая нагрузок, ветровые нагрузки, температура окружающей среды и пр. необходимо реализовать систему мониторинга, прогнозирования и сигнализации, позволяющие, в случае достижения ими граничных значений, реализовать подготовку нештатных мер реагирования, таких как смена курса и пр. Для факторов, подверженных регулированию, необходимо реализовать возможность соответствующих управляющих воздействий.
Вне зависимости от типов используемых танков, в соответствии с требованиями [х311], для грузовой системы газовоза необходимо обеспечивать соблюдение ряда технологических условий, связанных с параметрами перевозимого груза.
Одним из наиболее важных параметров является внутреннее давление жидкости (сжиженного газа), которое возникает в результате действия ускорения силы тяжести груза, приложенного в его центре, в результате движения или маневрирования судна, а также при продольно-горизонтальной, поперечно-горизонтальной, вертикальной, бортовой и килевой качках и при рыскании на нерегулярном волнении.
Учитывая невозможность воздействия на причины возникновения таких нагрузок, единственным эффективным методом ослабления вышеперечисленных факторов являются снижение скорости судна и изменение курса судна, при этом СППР должна формировать соответствующие рекомендации для оператора.
Аппаратная реализация
Основные проблемы, связанные с реализацией аппаратной части СППР предлагаемого типа, характеризуются необходимостью применения специфической системы централизации сбора и обработки контролируемых параметров, поскольку возникает необходимость в построении отдельной специализированной системы, позволяющей производить сбор и передачу данных от значительного количества судовых технических средств, формирующихся в различных видах и форматах, с различными электрическими параметрами сигналов, в центральный модуль обработки информации. В масштабах крупных судов-газовозов реализация таких систем сбора и передачи данных представляет определенные сложности ввиду значительной взаимной удаленности СТС, наличия мощных источников помех, а также сложных термовлажностных режимов их функционирования.
Следует дополнительно подчеркнуть, что на физическом уровне оборудование, использующееся для автоматизации каждого СТС, является узкоспециализированным, при этом между ними не предусмотрена связь, поскольку, как правило, каждый производитель оборудования реализует свой собственный формат представления данных и протокол сбора данных, несовместимый с другими системами и зачастую имеющий закрытый характер.
Проведенный автором анализ используемого для автоматизации современных СТС оборудования показал, что для сбора оперативной информации с судовых технических средств наиболее целесообразно использовать один из наиболее распространенных протоколов, использующихся в промышленной автоматизации и централизации - это Modbus. Удобство использования такого протокола обусловлено возможностью использования различных видов последовательных линий связи - RS-485, RS-422, RS-232 и пр., а также сетей TCP/IP (Modbus TCP), что позволяет судить о долгосрочных перспективах использования таких систем и значительной степени их универсальности.
Также дополнительным аргументом в пользу применения Modbus является большое количество промышленно производимых датчиков, исполнительных устройств, модулей обработки и нормализации сигналов, конверторов протоколов и прочих устройств, позволяющих обеспечить сопряжение с различными типами средств автоматизации судовых систем.
Физические и электрические параметры технических средств сбора и передачи данных, работающих в стандарте Modbus, в случае использования специализированных модулей усиления и ретрансляции сигналов, позволяют обеспечивать надежную передачу данных на расстояния в несколько километров при сложных условиях внешней среды, что соответствует габаритным параметрам современных и перспективных морских судов. Количество устройств в судовой системе централизации ограничивается лишь необходимостью объединения средств сбора информации в группы до 247 конечных точек, с использованием для каждой группы собственного Master-модуля.
Представляется очевидным, что одним из наиболее важных факторов при разработке архитектуры таких систем является их универсальность и масштабируемость. Для обеспечения такой универсальности как на этапе разработки, так и на последующих этапах испытаний, оптимизации и внедрения, автором настоящего исследования было предложено использовать для интеграции программный комплекс LabView. Выбор данного ПО был осуществлен не случайно ввиду следующих очевидных преимуществ:
а) распространенность среди профильных специалистов, низкая стоимость;
б) возможность использования внешних программных и аппаратных модулей с универсальным открытым интерфейсом обмена данными;
в) невысокие требования к вычислительным мощностям, возможность интеграции на одном ПК;
г) возможность использования многоэтапной обработки данных с неограниченным преобразованием из программной в аппаратную среды и обратно.
Таким образом, появляется возможность реализации системы, основным преимуществом которой является не просто модульная структура, формируемая в зависимости от конкретных технических и технологических условий судна, но и возможностью замены любого модуля системы либо с программного на аппаратный, либо наоборот, при этом возможность переключения определяется режимом реального времени. Используя такую архитектуру, разработчик может в значительной степени упростить процесс настройки системы, заменив, например, систему сбора данных главного двигателя на ее математическую модель и исследуя ее взаимодействия с реальными СТС. Также данные преимущества проявляются при проведении процесса обучения операторов или в случаях модернизации судовых технических средств.
Рис. 1. Вариант построения архитектуры предлагаемой СППР
Анализ данного варианта архитектуры построения системы показывает, что с точки зрения аппаратной реализации никаких значительных затруднений не предвидится, основная работа по реализации аппаратной части заключается в разработке соответствующих коммутационных модулей и устройств для преобразования протоколов в тех случаях, когда формат данных между сопрягаемыми модулями является несовместимым.
Применительно к разработке имитационной модели следует отметить также необходимость детальной проработки математических описаний главного двигателя и грузовой системы, поскольку зависимости, характеризующие их функционирование, носят достаточно сложный и нелинейный характер.
Основные проблемы, связанные с реализацией аппаратной части СППР предлагаемого типа, характеризуются необходимостью применения специфической системы централизации сбора и обработки контролируемых параметров, поскольку возникает необходимость в построении отдельной специализированной системы, позволяющей производить сбор и передачу данных от значительного количества судовых технических средств, формирующихся в различных видах и форматах, с различными электрическими параметрами сигналов, в центральный модуль обработки информации. В масштабах крупных судов-газовозов реализация таких систем сбора и передачи данных представляет определенные сложности ввиду значительной взаимной удаленности СТС, наличия мощных источников помех, а также сложных термовлажностных режимов их функционирования.
Следует дополнительно подчеркнуть, что на физическом уровне оборудование, использующееся для автоматизации каждого СТС, является узкоспециализированным, при этом между ними не предусмотрена связь, поскольку, как правило, каждый производитель оборудования реализует свой собственный формат представления данных и протокол сбора данных, несовместимый с другими системами и зачастую имеющий закрытый характер.
На программно-алгоритмическом уровне наибольшей сложностью характеризуется реализация интеллектуального самообучающегося модуля, поскольку для корректной работы нечеткой модели необходимо использовать сложные алгоритмы сбора,
фильтрации, обработки, сохранения и прочих операций с большими потоками разно-факторной информации.
Программная реализация
Применительно к СППР для танкеров-газовозов, особенности программной реализации и алгоритмов обработки информации сводятся, в первую очередь, к анализу состояния СТС, задействованных в обеспечении перевозки груза и работы главной энергетической установки. Как было отмечено выше, в первую очередь необходимо обеспечивать контроль параметров груза в танках, контроль процесса испарения сжиженного газа, а также управление режимом работы установок повторного сжижения газов, рефрижераторных установок, режимом работы и типом используемого топлива для ГД, а также контроль навигационных параметров и метеорологических условий.
Для разработки алгоритмов синтеза предлагаемых системой решений, необходимо выделить основные зависимости:
1) параметр разности температур в слоях танков (ДТс) - характеризует необходимость активации системы перемешивания слоев груза (ПСГ);
2) параметр накопления испарившегося газа (Vvg) - характеризует необходимость интенсификации расхода газа ГД (ME<g>) или активации установки повторного сжижения газа (RLU<on> или RLU<inc>);
3) параметр режима работы установки повторного сжижения (RLU<mode>) - характеризует уровень потребления энергии, соответственно, режим работы главной энергетической установки (ME<mode>);
4) параметр режима работы рефрижераторной установки (REF<mode>) - характеризует уровень потребления энергии, соответственно, режим работы главной энергетической установки (ME<mode>);
5) параметр режима работы главной энергетической установки (ME<mode>) - характеризует соотношение мощностей, доступных для расхода на маневрирование, установки повторного сжижения, рефрижераторной установки и прочих потребителей;
6) параметр используемого типа топлива главной энергетической установки (ME<f>) - характеризует тип используемого на данный момент топлива;
7) параметр навигационной обстановки (NAV) - характеризует необходимость резервирования мощности главной энергетической установки для выполнения маневров;
8) параметр метеорологических условий (WTH) - характеризует необходимость изменения режимов REF и RLU.
Для вышеперечисленных параметров характерны сложные зависимости, в некоторых случаях носящие взаимоисключающий характер. Например, при условии:
{NAV<inc> = 1, REF<inc> = 1, ME<mode> = max}
формируется недопустимое соотношение параметров, поскольку при режиме работы главной энергетической установки в максимальном режиме возникает одновременно необходимость включения рефрижераторной установки при наличии перспективы усложнения навигационной обстановки. В таком случае система должна рекомендовать решение о снижении скорости с целью реализации цикла работы рефрижераторной установки.
Назначением СППР в таких случаях является контроль динамики и состояния таких параметров с целью прогнозирования изменений их состояния и формирования предупреждений оператору о перспективе создания неблагоприятных ситуаций. Функционирование СППР не ограничивается вышеприведенным перечнем параметров, поскольку система должна обеспечивать возможность контроля параметров мак-
симального перечня СТС, функционирование которых оказывает влияние на безопасность перехода судна в целом.
Программная реализация предлагаемой системы представляет собой трехуровневую структуру, состоящую из контрольно-диагностических, логических и аналитических модулей, позволяющих производить в режиме реального времени мониторинг основных внешних, внутренних и технологических параметров всех задействованных СТС. На уровне контрольно-диагностических алгоритмов предлагается использование стандартных (встроенных) средств преобразования и контроля используемой программной среды, поскольку их функционал является достаточным для реализации таких функций. Более того, в зависимости от степени автоматизации и наличия встроенных в СТС модулей самоконтроля можно дополнительно задействовать или исключить некоторые составляющие программного комплекса.
Заключение
Использование предлагаемой методики построения СППР позволяет обеспечить гибкость и возможность адаптации к любым техническим и технологическим условиям, при этом такие системы могут быть использованы на различных типах судов. Оригинальное решение по модульному построению СППР на базе программно-аппаратных комплексов с использованием среды имитационного моделирования LabView позволяет разработчику легко заменять любые физические СТС их имитационными моделями, а также вносить любые изменения и доработки как в аппаратную часть, отвечающую за сбор и преобразование внешних, технологических и функциональных параметров, характеризующих как работу каждого из СТС, так и процесс морской перевозки в целом, так и программную часть, отвечающую за обработку первичной информации и выработку рекомендаций оператору. Следует отметить, что такие изменения могут быть внесены в режиме реального времени, с возможностью резервного восстановления последних конфигураций.
Список литературы:
[1] Бень А.П. Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении // Искусственный интеллект (Укр), №3/2012.
[2] Ключко В.И. и др. Архитектуры систем поддержки принятия решений // Научный журнал КубГАУ. - 2013. - № 2.
[3] Вагущенко Л.Л. Интегрированные системы ходового мостика. - Одесса: Латстар, 2003.
[4] Шерстюк В.Г., Бень А.П. Гибридная интеллектуальная СППР для управления судном // Искусственный интеллект (Укр). - 2008. - № 3.
[5] Бурмака И.А., Дудник С.А. Поликритериальное управление процессом судовождения // Сб. науч. тр. Одесской Государственно Морской Академии «Судовождние». - 2006. - № 12.
[6] Вычужанин В.В., Бойко В.Д. Система поддержки принятия решений // Сб. науч. тр. Одесского Национального Морского Университета. - №4/2011.
[7] Нечаев Ю.И. Нейронечеткая система поддержки принятия решений при оценке поведения сложного динамического объекта. Текст лекций по нейроинформатике. - СПб: Изд-во СПбГМТУ, 2007.
[8] Нгуен Минь Дык. Комплекс технических средств информационной поддержки принятия решений по оперативному управлению объектами судовой энергетики. Автореф. дисс. к.т.н., Санкт-Петербург, 2013.
THE ALGORITHMS OF DATA COLLECTING AND PROCESSING IN DECISION SUPPORT SYSTEMS FOR GAS-CARRYING VESSELS
A.I. Epikhin
Keywords: intelligent system, human factor, control and monitoring of parameters, neural network system, fuzzy algorithms, precedent, knowledge base.
The article discusses the basic principles of using modern technical decision in construction of specialized decision support systems for gas tankers with regard to conditions of operation and prospects of LNG and LPG shipping development, suggests the best practices for organizing the collection and processing of data, as well as an original method of the DSS implementation, allowing to ensure their versatility and a wide range of instruments for adaptation to specific vessels, with regard to modernization of STS perspectives.
УДК 627.748:621.879.45
И.С. Сухарев, аспирант, ФГБОУВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПУЗЫРЬКОВ ГАЗА ПРИ ИСТЕЧЕНИИ В СИСТЕМЕ ВОЗДУХ/ВОДА
Ключевые слова: земснаряд, аэратор, водовоздушные смеси, газожидкостное течение, аппроксимирующая функция.
Определение и возможная оценка размера пузырька, образующегося при истечении газа в жидкость является важной задачей в различных областях техники. Отрывной радиус пузырька газа и его форма при всплытии являются расчетными параметрами во флотационных аппаратах судовых установок очистки сточных вод. Формирование пузырькового водовоздушного потока используется для турбулизации потока жидкости в забортных охладителях. Одним из важнейших эффектов при условии создания пузырьковой мелкодисперсной структуры течения газожидкостной смеси является снижение потерь на трение при гидротранспорте жидкостей, что особенно актуально для грунтопроводов землесосных земснарядов. Сложность расчета заключается в большом количестве параметров данного процесса, проблемой их измерения и варьирования. Поэтому для определения размера пузырьков газа в жидкости наибольшее распространение получило экспериментальное определение его геометрии и получение эмпирических зависимостей различного вида. В результате серии опытов получено уравнение регрессии, а также определены линейная и степенная аппроксимирующие функции в зависимости от основных параметров процесса.
Для определения размера пузырька, образующегося при истечении газа в жидкость через конечное отверстие, необходимо определить совершенную газом работу против сил поверхностного натяжения dLa и работу против сил гидравлического сопротивления dLs, совершаемые газом, истекающем в жидкую среду. Сумма работ (1) и (2) определяет геометрические параметры образующихся пузырьков газа:
dLa = Sir RdR
(1)
dR
(2)
где R - радиус пузырька газа;
Hi - кинематическая вязкость жидкости;
