УДК 50.501

Особенности автоматизации управления речными судами

Скрипников Олег Александрович – кандидат экономических наук, доцент кафедры математики, информационных систем и технологий Воронежского филиала Государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова

Аннотация: В статье рассматриваются основные направления развития системы водного транспорта Российской федерации с точки зрения оптимизации использования технических, трудовых и энергетических ресурсов на этапах строительства, эксплуатации, роста надежности, безопасности и поддержания функционирования водного транспорта. Новое Российское судостроение должно опираться на новые промышленные технологии, оптимизацию энергетических установок и повсеместное внедрение систем автоматического управления и навигации. Рассматривается внедрение систем автоматизированного управления и оптимизации.

Ключевые слова: речной флот, автоматизация управления, энергоэффективность, техническое обновление.

Опираясь на стратегию развития водного транспорта российской федерации до 2030 года, основной акцент относится к ускоренному развитию внутреннего водного, в первую очередь речного транспорта, так как это даст экономический эффект, повышение энергоэффективности, снизит загрязнение окружающей среды, что в свою очередь, разгрузит автомобильную и железнодорожную сеть в период летней навигации. По планам министерства транспорта РФ выполнение программы должно повысить производительность труда отрасли почти в три раза и снизить на треть энергопотребление.

Основной задачей, которую предстоит решить, является обновление парка грузовых и пассажирских судов. С 2000 года ведено в эксплуатацию около восьмисот судов, а выбыли из эксплуатации за это же время более десяти с половиной тысяч судов, а средний срок их эксплуатации превысил тридцать пять лет.

В соответствии со стратегией развития водного транспорта российской федерации до 2030 года, опираясь на государственную поддержку судостроения, планируется глубокое обновление транспортного флота Российской федерации, благодаря чему к окончанию действия стратегии средний возраст судов должен достигнуть двадцати двух лет. К таким системам относятся меры оптимизации потребления ресурсов, системы управления сложными агрегатами, системы поддержки курсовой устойчивости и маневра, автоматизация маневров и т.п., которые позволят одновременно улучшить безопасность и надежность перевозок и должно привести, в итоге, к росту экономичности и экологичности силовых установок.

Чтобы получить адекватные технические решения, необходимо создать алгоритмы автоматизации и управления судами и судовым оборудованием, подходы к строительству систем по современным технологиям судостроения, разработка алгоритмов по сокращению расхода ресурсов и элементов их эксплуатации, используя эффективное использование различных типов ресурсов во время каждого рейса. Среди технического средства можно выделить системы судового электроэнергетического комплекса, управление движением, грузоперевозками, обеспечение жизнедеятельности, автоматизацию энергоемких операций.

Надо особое внимание обратить на разработку моделей, алгоритмов и синтез автоматической системы управления судами, оптимизируя технологические процессы с помощью операционной экспертизы. Развивать алгоритмы и расчетные процедуры поиска оптимального решения класса динамических задач методами математики, в первую очередь, поскольку они позволяют упрощать поиск оптимального управления.

Для выполнения этих задач необходимо разработать методологические основы выбора, создания и использования математических моделей компьютерного управления, алгоритмов, которые предназначены для автоматического и эффективного управления динамическими объектами. Для того требуется пройти несколько этапов:

• Разработка теоретических основ и методологии оценки и моделирования процессов технологического процесса с использованием новаторских решений на основе принципа меньшего действия и оптимизации.
• Разработка моделей, подходов автоматизации, автоматизации управления объектами речного судна в режиме квазистационарности.
• Разработка моделей и программ динамического оптимизации, автоматизации и контроля технологических процессов на речном судне, учитывая динамику и специфику функционирования при внешних условиях.
• Использование моделей и схем предварительного управления системами динамического управления.

Современное судно имеет ряд систем, которые осуществляют управление энергетической подсистемой судна. К средствам и оборудованию относятся судовые энергосистемы, системы, механизмы движения и грузовых операций, устройства, обеспечивающие жизнедеятельность экипажей и другие.

На данный момент все более актуально решается проблема совершенствования автоматических систем, связанная с пролонгацией задач управления и ужесточением требований к безопасности, надежности функционирования, качеству динамического объекта.

Модернизация судовых систем включает в себя три циклических этапа: изготовление документации по действующему законодательству о судовом управлении; процесс эксплуатации оборудования; проектирование новых поколений систем динамического управления и средств автоматизации.

Комплекс качественных показателей судовых систем для обеспечения эффективности безопасного использования судов может быть представлен в следующих разделах: атрибуты качества, отражающие точность, быстродействие, авторегулирование, особенности реакции в переходном процессе и др. С ростом требований к степни автоматизации эти параметры могут значительно изменяться. Подобное наблюдается вместе с усложнением конструкции и проектирования системы; Показатели безопасности и надежности эксплуатации, характеризующие вероятность бесперебойного функционирования системы. При росте сложности системы показатель уменьшается. Чтобы улучшить эти показатели, необходимо повысить надежность изделий, использовать резервный способ , цифровые датчики и т.д.; Обобщаемые показатели систем динамического управления судами.

Системы контроля энергетических установок современных кораблей являются автоматизированными сложными техническими комплексами. Этот комплекс предназначен для эффективных операций в соответствии с назначением и спецификой работы корабля в конкретных условиях навигации.

Производительность автоматизированных объектов при перевозке грузов, пассажиров и паромных переправ, перевозке нефтепродуктов и их переработки, сжиженный газ и газконденсат, бурение скважин в условиях освоения прибрежных шельфах, монтаж трубопроводов и кабеля и т.д. требовали значительного и качественного изменения данного объекта. Это приводит к созданию систем и средств автоматического управления и автоматизации с учетом достижений научного и технического прогресса в исследуемом предмете.

На морском флоте и на речном флоте одна из главных - автоматизация, управление энергоэффективностью судов. Как следует из МАРПОЛ-Конвенции, концептуальные позиции данной проблемы заключаются в синтезе автоматизированных систем управления суднами и их управлением на новом уровне, что позволяет повысить энергоэффективность судна. При этом необходимо применять технологии, которые способствуют значительной экономии топлива, повышая точность позиционирования управления объектом на заданном курсе с использованием систем навигации.

Проблема автоматизации судовых систем в сложных условиях погоды и движения не решается без синтезирования высокоэффективных комплексов судовых систем управления, которые обеспечивают высокую точность удерживание судна на курсе маневрирования. Новые по безопасности плавания, точности навигации в рамках конкурентного рынка определяют актуальность проектирования систем управлния, которые невозможно реализовать традиционными проектами. Поэтому проблема оптимального контроля динамической системы судна в зависимости от энергетического расхода - одна из основных проблем автоматического управления речными суднами.

Для работы судов требуется оптимизация размещения разных ресурсов – труда, материалов, технического финансирования и иных. Важный ресурс, определяющий долговечность и надежность работы любого лайнера, является моторесурсом судового ДВС. Моторесурсы судовых двигателей существенно зависят от условий и режимов работы. Например на мелководном фарватере Расход топлива растет. Также рост потребления присутствует при маневрировании судна, ходе движения по участкам шлюза, швартовки и так далее. Увеличение расхода моторесурсов происходит в режимах пусков и остановок двигателей.

Важнейшим направлением снижения расходов моторесурсов является снижение расходов топлива и энергоэффективное управление мощностью при поддержке режимов, в которых снижена тепловое напряжение агрегатов. Высокие расходы топлива на рейс способствуют увеличению выбросов парниковых газов, которые отводятся в атмосферу и загрязняют ее, а также снижают показатели, определяющие энергоэффективность корабля.

Также составляющая, которая определяет расходы на транспортировку грузов, – рыночная цена дизельной топливной энергии. На сегодняшний день расходы на топливо составляют порядка половины необходимых расходов для перевозки судна на рейс. Таким образом, прибыль, полученная на рейсе в результате выполнения транспортных работ, определяется эффективностью расходов топлива в качестве ресурсов.

Современная электроэнергетическая и гидравлическая система, предназначенная для эффективного функционирования судового технологического объекта, отличающаяся принципами работы, широко используется на речном судне, как сеть, предназначенная для теплоснабжения, снабжения природным газом, топливам, водой, техническими жидкостями. Они обладают высоким размером, сложной зависимостью рабочих характеристик от технологического режима, внешней среды, что существенно усложняет проектирование моделей, проведение машинных экспериментов, позволяющих получить научно-обоснованные конструкционные решения на стадиях проектирования, реконструкции и реконструкции. Поэтому исключительно важно решить класс задач по оптимизации распределения потоков стационарного и стационарного типа в многоконтурной судовой системе и системе сосредоточенных и распределенных параметров. Решение этого комплекса проблем является основой для разработки современной технологии и модели гомогенной и гетероструктурной среды в процессах установления и перехода, а также характеризует широкий спектр приложений, в первую очередь на судах, а также на других водных объектах.

Автоматизация динамических судовых объектов – важный механизм повышения эффективности, качества и эффективности функционирования высокотехнологических процессов, а также, на основе этого, повышения показателей эксплуатации судовой системы. Важнейшим классом автоматизированных систем являются системы судов, выполняющие управление по максимальной скорости, позволяющие значительно сократить длительность переходного процесса, а также повысить эффективность и качество функционирования судов и динамических объектов различных назначений. Таким образом, оптимальная система может служить эталоном, который необходимо стремиться к созданию реальной системы с минимальными временами перехода.

Отметим, что, хотя в данной области исследований широко распространены научные публикации, проблемы в области совершенствования систем нелинейного и некачественно формализованного управления судовым динамическим объектом пока не решены в полном объеме. У них нет научно обоснованного механизма их принятия в отношении судовых объектов.

Очевидно, что использование систем нелинейного назначения позволяет существенно увеличить набор методов, средств и средств для принятия оптимального решения, обеспечить значительное повышение эффективности, надежности работы автоматических систем технологического процесса. Исследования, проведенные в вышеперечисленных направлениях, дают возможность на практике реализовать оптимальные методы управления с использованием нелинейных регуляторов выходов и состояний, синтезировать моделей и программ оптимизации технологического решения, соответствующих всему требованию к системам обратной связи.

Список литературы

1. Михаил Мишустин. Поручения по итогам стратегической сессии по развитию промышленности: Сайт правительства РФ [Электронный ресурс] Дата обновления: 10.04.2023. http://government.ru/news/48526/ (дата обращения: 10.04.2023).
2. Интервью порталу «Корабел.ру» директора института "Морская Академия" ГУМРФ им. адм. Макарова Владимира Соколова: Министерство транспорта Российской федерации [Электронный ресурс]. 2002. Дата обновления: 10.04.2023. URL: https://morflot.gov.ru/novosti/publikatsii_i_intervuy/f3530/ (дата обращения: 10.04.2023).