автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.17, диссертация на тему:Компьютерные технологии в промышленном рыболовстве

РГб од

2 ДПР 1995

Габрюк Виктор Иванович

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОМЫШЛЕННОМ РЫБОЛОВСТВЕ

Специальность № 05.18.17 "Промышленное рыболовство"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1995 г

Работа выполнена в Дальневосточном техническом институте рыбной промышленности и хозяйства (Дальрыбвтуз)

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Мельников В.Н.

д.т.н., профессор Кулагин В.Д. д.т.н., профессор Друзь Б.И.

Ведущее предприятие - АО "Дапьрыба"

Защита состоится " а^тяЬрб 1995 года на заседании специализированного совета Д 117 01 01 Всероссийского научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) по адресу: 107140, Москва, Верхне-Красносельская, 17а

С диссертацией ( монография "Компьютерные технологии в промышленном рыболовстве", М., "Колос", 1995 ) можно ознакомиться в библиотеке ВНИРО.

Автореферат разослан "_"_ 1995 года

Ученый секретарь специализированного совета Д.т.н.

В.И. Кудрявцев

Общая характеристика работы

Основная научная направленность. Многие века существует такая слож-я биологическая система как ЧЕЛОВЕК. Эта система для обеспечения своей пнедеягельности создавала всевозможные машины, механизмы н приборы; торые прошли длительный путь эволюционного развития, начиная с ве-чаишего изобретения древних КОЛЕСА и КОЛЕСНИЦЫ и кончая совре-нными сложнейшим» машинами.

Вся история развития машин и цивилизации может быть разделена на а периода: первый период - создание и совершенствование машин, не обдающих интеллектом и второй период - создание и совершенствование ннтел-ктуальных машин. Эпоха интеллектуальных машин берет свое начало с XX <а н.э., а точнее с 1947 года, когда была изобретена большая интегральная :ма (БИС), которая сейчас повсеместно называется микропроцессором •ocessing- обработка). Микропроцессор (microprocessor) - это электронное гройство, которое подобно мозгу человека может обрабатывать информацию, этому процессоры, по существу, являются мозгами машин,

Если машины без микропроцессоров помогают человеку выполнять тя-лые работы, то с появлением машин с микропроцессорами они стали помо-гь человеку обрабатывать информацию: участвовать п проектирование (CAD tern), производстве (САМ system), управлении станками, лебедками, цехами, тми, предприятиями (Computer-Aided Control system, САС system).

С появлением ПК (1974-1977 гг), а вместе с ними и автоматизированных 5очих мест (АРМ, Workstation) возникла человеко-компьютерная система <С: ЧЕЛОВЕК-ПК, ЧЕЛОВЕК-АРМ), в которой обрабатывают информа-:о два объекта - мозг человека и мозг машины (микропроцессор).

Сегодня'быстрая и качественная обработка больших объемов информа-I в любых сферах человеческой деятельности (образовании, проектировании изготовлении машин, управлении) возможна только в рамках человеко-шьютерных систем, рис. 1.

Че/юВеко - компьютерная система MAN - COMPUTER SUSTEH

Пользователи, п USERS I Аппаратура, А | 1 HARDWARE | Прикладные программы. ПП Application Software

ИНТЕРФЕЙС п-л ННТЕРФСйС mm HHTEPVEHC Л-П17

COHÜMB.COH щш, фл BOS.SH& 1 Г it (ft it |V

СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ \ Операционная Система (Operating System, OS): j

MS pas, OS/t. UNIX, Sun OS, Windows ЛГ

Piic. 1. Человеко-компыотерная система (ЧКС)

Разумеется, что технологии обработки информации человеке- компью-гой системой существенно отличаются от чисто человеческих технологий об-

работки той же информации, они получили название Компьютерных Технол« гий, KT (Computer Technology, CT). Фундаментом KT является математическо программное и информационное обеспечения.

Различают микро и мажро-компмотерные технологии. Микро- компьк терные технологии - это технологии решения задач в рамках систем ЧЕЛОВЕК-ПК, работающей в автономном режиме. Макро-компьютерные те] нологии - это технологии решения задач в рамках С AD-CAM-CAC systems.

Человеко-компьютерная система может работать в двух режимах: в< первых, с использованием компьютерных технологий; во-вторых, без их и< пользования. Ясно, что во втором случае КПД системы будет очень низким ПК будет использоваться либо как печатная машинка, либо для игр, либо да решения простейших задач. В рыбной отрасли второй вариант работы ЧКС Я1 ляется преобладающим. Это объясняется слабой разработкой математической специального программного и специального информационного обеспечени компьютерных технологий в рыболовстве, а также слабым кадровы; обеспечением этой отрасли специалистами профессионалами, владеющим компьютерными технологиями.

Ускорить решение многих задач промышленного рыболовства обеспечить его прогресс можно только существенно улучшив фундаментальна подготовку выпускников рыбных вузов и научив инженеров самим разрабать вать математические модели рыбопромысловых систем, а также программы и расчета и проектирования.

Необходимо отметить наличие большого количества литературы, пс священной языкам программирования ( BASIC, Pascal, С++) и пргасладньи программам общего назначения: текстовым процессорам (Лексикон, MS WORD), графическим процессорам (Auto-CAD), электронным таблица) (EXCEL), системам управления базами данных (dBASE), интегрированным пе кетам (Мастер, MS-WORK). Но литературы по компьютерным технология] решения технических задач очень мало, а в промышленном рыболовстве она д последнего времени вообще отсутствовала.

В настоящее время рыболовство России (равно как и Мировое рыболоЕ ство) переживает глубочайший кризис, который объясняется следующим причинами.

Во-первых, слабой подготовкой специалистов в ВУЗах рыбной ограсш так как она ведется, в основном, по устаревшим учебникам, не отражающи! последних достижений Мировой Науки и рыболовной практики. Особенно эт касается компьютерных технологий проектирования орудий рыболовства и производства и управления рыбопромысловыми комплексами, цехами, судам! промыслом. Ликвидация этого отставания возможна только путем объединены творческого потенциала ведущих ученых различных стран (и прежде всего Ро< сии, США, Японии) и создания международных творческих коллективо ученых для написания принципиально новых учебников, отражающих после): ние достижения Мировой Науки.

Во-вторых, огромные знания в рыболовстве, накопленные рыбакам различных стран, не структурировании, поэтому они используются не эффеь тивно. Эта структуризация возможна только путем использования новейши компьютерных технологий моделирования информации и создания объектнс ориентированных баз данных и баз знаний Мирового рыболовства, что може быть выполнено совместными усилиями ученых различных стран.

В-третьих, классические орудия рыболовства (тралы, кошельковые нево-1а, ...) достигли такой степени совершенства, что дальнейшая их модернизация I улучшение требует больших временных и экономических затрат и не может (.ать большого эффекта.

Поэтому прогресс рыболовства возможен на путях разработки принци-[иально новых технологий и орудий рыболовства, что возможно только на базе ювейших компьютерных технологии и учета поведения рыб.

Решение задач создания баз данных и баз знаний Мирового рыбо-овства и разработки принципиально новых технологий и орудий рыболовства озможно только на путях объединения творческого потенциала ведущих ченых развитых стран Мира.

Таким образом, проблемы рыболовства сегодня являются Мировыми роблемами, решение которых невозможно без использования новейших ком-ъютерных технологий моделирования информации, проектирования орудий мболовства, их производства и управления промысловыми комплексами, ехами, судами, промыслом.

Разработке теоретических и прикладных вопросов компьютерных техно-эгий в микроэлектронике, радиотехнике, электротехнике, общем машино-гроении, системном управлении, экономике посвящены работы В.М. Глушкова, '.П. Норенкоеа, И.Н. Орлова, С.И. Маслова, Ю.Б. Барадулина, В.М. Курейчика, И. Солъницева, Э.В. Попова, Г.С. Поспелова, Д. А. Поспелова, Б. Хокса, Хорофаса, С. Легг, X. Шварце, Г. Хольцгрефе, Ж. Энкарначчо, Э. Шлехтендаль, . Гардан, М. Люка, М. Кубонава, М. Тобота, Ю. Хасэбе и др.

Исследования по компьютерным технологиям в промышленном рыбо-»встве находятся в начальной стадии. Им посвящены работы Г.Н. Степанова, Н. Мельникова, В.М. Евтропкова, X. Штенгеля, А.Л. Обвинцееа, М.М. Розен-'пейна, Г.В. Малькова, Ш.А. Расупева, В.П. Карпенко, Э.А. Карепнко и др. Не-»ходимо отметить, что до сих пор не проработаны многие теоретические и »актические аспекты компьютерных технологий в рыболовстве.

Актуальность темы обусловлена необходимостью разрабатывать и со-ршенствовать компьютерные технологии решения задач промышленного ры-ловства, для повышения эффективности работы человеко-компьютерных си-;м в рыболовстве и обеспечение дальнейшего прогресса рыбной отрасли.

Цель диссертации - разработка компьютерных технологий (КТ) реше-я задач промышленного рыболовства, связанных с проектированием, изго-влением и промысловой настройкой как отдельных орудий лова, так и рыбо-вных систем, а так же разработка научной базы КТ- математического, про-аммного, информационного и методического обеспечений компьютерных [пологий в рыболовстве.

Основные задачи диссертации:

- разработка математического обеспечения компьютерных технологий в омышленном рыболовстве, связанных с расчетами характеристик орудий ло-н их оптимизацией, автоматизированным проектированием и автоматизиро-шой промысловой настройкой рыболовных систем;

- обоснование принципоп и этапов разработки математических моделей с орудий лова, гак и рыболовных систем;

- обоснование принципов оптимизации орудий лова и выбора критериев пшальности в рыболовстве;

- разработка математических моделей ваеров и траловых досок с у четок течений;

- разработка математической модели взаимодействия системы трал- объ ект лова и на ее основе обоснование основных характеристик внешней и внут ренней геометрии сетной оболочки трала;

- разработка математической модели траловой системы;

- разработка дискретной математической модели сетной оболочки вра

щения;

- разработка теории канатно-сетных структур, используемых в рыбо ловстве и создание на ее основе аналитического аппарата описания структурь орудий лова структурными формулами, являющегося математической базо? компьютерной графики в рыболовстве;

- разработка программного обеспечения компьютерных технологий I рыболовстве;

- разработка программ расчета характер и спи; ваеров и траловых досок;

- разработка программы расчета характеристик траловой рыболовног системы и промысловой настройки ее на оптимальные режимы работы;

- разработка информационного обеспечения компьютерных технологи! в рыболовстве;

- обоснование основных принципов разработки реляционных баз дан ных в промышленном рыболовстве;

- разработка алгоритмического обеспечения компьютерных технологий I рыболовстве;

- разработка алгоритмов решения оптимизационных задач в рыбо' ловстве;

- разработка алгоритмов создания математических моделей рыболовныз систем и их элементов;

- разработка алгоритмов решения основной и первой задач механики ва

ера;

- разработка алгоритма автоматизированного проектирования рыбо' промысловых систем;

- разработка алгоритма промысловой настройки траловой рыболовноГ системы на оптимальные режимы траления.

Общая методика исследования. В диссертации используются анали тические методы исследования. Для оценки адекватности основных моделей разработанных автором, использованы экспериментальные результаты как са мого автора, так и других исследователей.

Научная новизна работы заключается в том, что автору удалось разра ботать общие принципы создания математических моделей (ММ) сложных тех нических объектов, в том числе орудий лова и рыболовных систем и на их осно ве разработать ММ траловой рыболовной системы и ее элементов, а также раз работать общие принципы решения технических задач с использованием ком пьютерных технологий.

При выполнении работы автором впервые получены следующие теоре тические результаты:

-разработаны математические модели ваера и траловой доски с учето\ течений;

-разработана математическая модель траловой рыболовной системы;

-разработана дискретная математическая модель сетной оболочки вращения;

-разработаны основы теории канатно-сетных структур, используемых в ыболовсгве, позволяющей свести графическую часть проекта орудия лова к абору структурных формул, необходимых для выполнения компьютерной гра-шки орудий рыболовства;

-разработана технология создания математических моделей рыболовных бъектов (орудий лова и рыболовных систем);

-разработан алгоритм решения оптимизационных задач в промышлен-ом рыболовстве;

-разработан алгоритм и программа автоматизированной промысловой асгройке траловых рыболовных систем

-разработана общая методика решения задач промышленного рыбо-овства с использованием компьютерных технологий.

Практическая ценность работы заключается в том, что

1) Она позволяет перейти от докомпьютерных способов решения задач ромышленного рыболовства на компьютерные технологии их решения и ис-ользовать компьютерное моделирование в рыболовной практике, что [ачительно повышает эффективность работы человеке- компьютерных систем рыболовстве;

2) Она позволяет выполнять автоматизированную промысловую на-[ройку траловых рыболовных систем, что существенно сокращает эконо-ические и временные затраты на траловом промысле;

3) Она позволяет графическую часть проекта орудия лова свести к набо-/ структурных формул и используя специальную программу - транслятор, от-эражающую структурные формулы в элементы орудий лова, выполнять ком-люгериую графику орудий рыболовства.

Реализация работы. Результаты исследований широко используются в альрыбвтузе при изучении таких дисциплин как "Основы научных исследова-1й", "САПРрыбопромысловой техники", "Теории и проектирования орудий про-ышленного рыболовства". На основе их в настоящее время разрабатываются шнципнально новые учебники и учебные пособия по этим дисциплинам, в >торых весь материал строится на базе компьютерных технологий. Они также ¡пользуются на курсах по обучению преподавателей Дальрыбвтуза компью-рным технологиям.

Программа автоматизированной настройки тралов, разработанная ав->ром, используется в компьютерном тренажерном центре кафедры ПР Даль-.хбвтуза, на курсах ФПК, в технологическом отделе НБАМР и в отделе прочищенного рыболовства ТУРНИФ, она также используется на судах ДВ бас-йна, оснащенных ПК при промысловой настройке трапов, в проектных орга-вациях при проектирование новых тралов (тралы с гибкими распорными уст-«йствами и т.п.).

Апробация работы. Материалы монографии излагались на лекциях по >мпьютерным технологиям в промышленном рыболовстве, которые автор ггал инженерам отдела добычи и технологического отдела НБАМР (база ак-[вного морского рыболовства, г. Находка) в 1986-89 гг, инженерам- конструк-рам ПЭБ (Приморской экспериментальной базы, г. Находка) в 1987-89 гг, (женерам отдела промышленного рыболовства ТУРНИФ в 1990-91 гг, препо-вателям Дальрыбвтуза в 1992-93 гг, на заседании бассейновой секции "Тихий

Океан" ДВО АН СССР (21.12.89), на коллоквиуме лаборатории промышленного рыболовства ВНИРО в 1995 г., на расширенном заседании кафедры промышленного рыболовства Дальрыбвтуза с привлечением специалистов ТИНРО Морской Академии и ДФ РАН в 1995 г., на совете Учебно-Методического Объединения по специальностям рыбного хозяйства в 1993 г, на заседание кафедр теоретической и прикладной механики МЭИ в 1993 г., на заседании кафедр теоретической механики, динамика и прочность машин, летательных аппаратов и ракетных оболочек МГТУ им. Н.Э. Баумана в 1993,1994 гг.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 35 -и статьях (из них семь статей в центральных издательствах), пяти учебных пособиях, двух монографиях.

Объем работы. Монография состоит из семи глав, она содержит 600 страниц, из них непосредственно компьютерным технологиям в промышленном рыболовстве посвящено 320 страниц, в том числе список используемой литературы- 150 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обосновывается актуальность разработки и внедрения компьютерных технологий во всех сферах человеческой деятельности. Отмечается, что высокая техническая культура современного производства возможна только при использовании компьютерных технологий (КТ), а это требует компьютерной грамотности инженера и использовании им персональных компьютеров (ПК) и автоматизированных рабочих мест (АРМ) в своей работе.

Сегодня, качество инженера промышленного рыболовства определяется умением им использовать компьютерное моделирование при проектировании, изготовлении орудий лова и управлении ими. Творчески мыслящий, владеющий компьютерными технологиями инженер, сегодня определяет развитие науки, техники, производства и внедрение передовых идей и решений в рыболовстве.

Высокая эффективность человеко-компьютерных систем возможна только при использовании компьютерных технологий, что возможно только при наличии математического, программного, информационного, методического и кадрового обеспечений.

Сегодня остро стоит задача разработки компьютерных технологий в рыболовстве и обеспечения на их основе прогресса рыбной отрасли.

В первой главе показаны основные этапы решения технических задач человеко-компьютерной системой, рис.2.

Решение начинается с постановки ЗАДАЧИ. При этом разрабатывается дерево задачи, т.е. общая задача разбивается на частные задачи, а они в свою очередь разбиваются на подоадачи, рис. 3. Это разбиение должно отвечать условиям полноты, т.е. решение всех частных задач должно обеспечивать решение общей задачи. Разбиение осуществляется до тех пор, пока не будет достигнута приемлемая сложность решения частных задач и подзадач. После чего разрабатываются математические модели и алгоритмы решения частных задач и подзадач. Перед разработкой ММ необходимо выявить множество характери

БШ1

"человек'

ЧЕЛОВЕК *

Пре1рста жвритмв иаШ:&!йсш.лвсюп.

ЧЕЛОВЕК J

©

®

Алгоритм ршлмия задачи

®

ЧЕЛОВЕК г /1ат1нвтичесхая мнае/н,

©

ЧЕЛОВЕК / © ЗАДАЧА

®

Анализ резу/гтотоВ

®

Рехомндоции. Принятие решений

И

сГ о

___I

бш г _ пэвнт)

Прнранма аледритт на нашшипн ишкеСШЦ-йШк» дЮичнмх кодов

®

Информация ВозяЫтпа. ВЛ Т Ваза ¡ионий. В) Ша баи. Пв \К1ю*Му» Йам, КЯ

®

А&гюттмировоша* о1рсттко даткх

©

Резу/ чтаты

г

Рис. 2. Компьютерная технология решения технических задач

1К исследуемого объекта н выполнить их структуризацию.

Рассмотрен порядок решение технических задач с использованием компьютерных технологий и приведена блок-схема расчета и оптимизации (компьютерного моделирования) любой технической системы с использованием ПК, рис. 4.

Процесс исследования РПС должен быть направлен на выбор оптимального варианта. Оптимальный означает наилучший в каком-либо смысле. Таким образом, под словом оптимизация понимается выбор одного варианта ГН из некоторого множества вариантов В.

Рис. 3. Дерево задач

Выбор может быть критериальным, волевым или случайным. Научная шосгь представляет критериальный выбор оптимального варианта, осу-зтвляемый в соответствии с принятыми критериями оптимальности: ........... Критерии оптимальности бывают двух типов.

К первому типу относится критерии, ведущие к минимизации затрат удие лова минимальной массы, с минимальным гидродинамическим сопро-лением, минимальной стоимости и т.п.).

Ко второму типу относятся критерии максимизирующие какой-либо эф фект (например, уловистость орудия лова, световые, акустические и химически приманки ит.п.).

Выявление основных характеристик системы

Разработка математической модели (1Ш) системы 1_ 'и Корректировка — ... -

1-» ---- Разработка технического задания (ТЗ) Корректировка ТЗ

Выбор критериев оптимальности:

Разработка алгоритма расчета и оптимизации

Библиотека истодов расчета и оптимизации

Разработка основной программы I ]Библиотека стандарт-

ных программ

I

Отладка и тестирование программы

I Ввод исходных данных и параметров г Вариация параметров I

I-1 м | | --

Расчеты на ШВМ (математическое моделирование)

I -

Проверка соответствия результатов расчета требованиям ТЗ и критериям оптимальности

(X)

__годные характеристики

удовлетворяют требования« ТЗ: -и критериям оптимальности

|Вывод результатов на печать | ¡Проверка ММ на адекватность |

Ш

адекватна ■ исследуемойсистеме"

да

нет

Принятие решении на основе математического моделирования

Рис. 4. Блок-схема расчета и оптимизации любой системы на ПЭВМ

Таким образом, оптимизация возможна лишь тогда, когда имеется мне жество вариантов какой-либо системы и приняты критерии выбора. Выбор кр! териев является главной задачей оптимизации. Обычно в качестве критерие используются одна или несколько определяемых величин. Ими могут бьггь: а!

- И -

егатпое сопротивление орудия лона К, = , его массаК2=М, уловистость 1а = Му и т.п.

В практике промышленного рыболовства встречаются два типа задач птимизации. В задачах первого типа задаются только границы (область, про-гранство) варьируемых характеристик, обычно в виде параллелепипеда, то ггь.

ищутся значения параметров = с° > С°>"' с!» ПРИ которых функции цели гритерии оптимальности) имеют экстремальные (наибольшие или наименьшие) 1ачения, то есть

Во второй главе рассмотрена и описана аппаратура, используемая для зода и вывода текстовой и графической информации: клавиатура, дигитайзер, санер, цифровая видео-фото аппаратур а, принтеры, плоттеры.

Рассмотрена архитектура персонального компьютера и дана схема под-почення различных устройств к внутренней и внешней магистрали ПК.

Дано описание автоматизированного рабочего места инженера-роектировщика.

В третьей главе приводится описание программного обеспечения (ПО) икрокомпьютерных технологий и дана его классификация, рнс. 5.

ПО делится на два больших блока: операционные системы (ОС) и пакеты рикладных программ (ППП). Причем ППП подразделяются на пакеты общего специального назначения. Все ППП общего назначения представляют собой ^которую интерактивную среду, погружаясь в которую пользователь получает хшожность обрабатывать текстовую, графическую и табличную информацию диалоговом режиме. Основная функция ППП общего назначения - обеспечить 1мену бумажной технологии обработки информации электронной, сохраняя 5и этом традиционные формы представления информации в виде текстов, таб-щ, графиков, рисунков, чертежей, диаграмм, номограмм.

ППП специального назначения служит для решения инженерных задач в исих-либо областях: рыболовстве, экономике, транспорте, и т.п.

Дан сравнительный анализ различных ОС: MS-DOS, OS/2, UNIX, mOS. Подробно описана ОС MS-DOS.

В четвертой главе приводится краткое описание языков низкого уровня [ашинного языка, Ассемблера) и языка высокого уровня BASIC.

Описаны типы данных,используемых при обработке информации. Рас-ютрела структура BASIC - программ. Описаны объекты,используемые в Бей-[ке: операторы, функции, выражения, массивы, файлы последовательного и эонзвольного доступа.

Даны рекомендации по разработке, отладке и тестированию прикладной эограммы. Указаны пути повышения эффективности прикладных программ за [ет минимизации времени их выполнения и объема занимаемой ими памяти.

Экстремум {к,(С ).К2(С )■-} - С 6D •

Отмечается, что идея относящаяся к повышению эффективности при кладной программы, обычно рождаются только при достижении глубокого по нимания существа решаемой задачи.

Приведены примеры разработки прикладных программ с подробны» описанием математических моделей и алгоритмов решаемых задач.

Програииое обеспечение ШОSoftware 1 персональных ЭШ

Склепное Ш (Jwfi/n Soft юге) Операционная система (ОС, 0t):HSVOS, OS/2

¿правдяи?<е программ mtroi Programs

Бааовая система вода-вывода BI0)

Программ (блок) начальное загрузи (ШЗ Y.BOOt record

Мощь раатранкя ЕСВВ (10.ЗД

Мовд» обрабопга прерываний

мт.т

Ксшшшй процессор CcmmBnd.com ■

Драйверы, ути.тити: Norton Utilities

Processing Progroms

Трансляторы: интерпретаторы (interpreter ) и мшмляторы (compiler)

Библиотекарь (librarian)

Редактор сизей (мила-ном?«), Uncage éditer

Опадта (debugger)

Программ тестирования (test program

Программе sa грузи

Дрограиш оболочки,среш:

/forton Commander, PC Tools, HS-mntons,..

Пришдное Ю { triplication Softme)

Пакеты пришли к программ (ДШ)

ШП

обцего назначета

ППП

мевдашого назначения

Текстовые резапзрн (wordprocessor): Ш-ты, word Star. Лексикон,... Шгр

Графические редакторы (Graphic processor); AutoCAD, ИМ CAO, Super Vision,.. Boor

Э*еюронше таблицы (Spread Sheet): Vili Cot. Lotus hi-}. Excel,...

Trawl

Систеш управтеюм бамии данных (ОВД) Ma iose manogment systeti,

DBlfS: dâosi, Clipper, Paradox,...

TTS

йстеиы уаршапи базами знаний Kmwleagt manogment system, MS: Expert,m, usoc.... _

mod

Интегрированию пакета прикщни программ: ¿и ИМ, Мастер,...

âSoor

Рис. 5. Программное обеспечение микрокомпьютерных технологий

В пятой главе разработаны математические модели(ММ) рыбопромыс ловых систем (РПС) и их элементов. Математические модели являются фунда ментом компьютерных технологий. Их разработке посвящены рабогы Ф.И. Ба ранова (1948), А.И. Трещгва (1974, 1983), Н.Н. Андреева (1970), И.В. Никою posa (1973), В.Н. Мельникова (1979), С.Б. Гюпьбадамова (1957, 1958), В.Д Кулагина (1973, 1977). М.М. Розенштейна (1976), Г.Н. Степанова (1988) С.Е. Шевцова (1970), Ш.А.Расулева (1978, 1981), А.И. Шевченко (1972, 1975) А.Н. Бойцова (1976, 1980), А.И. Полутова (1985), В.П. Карпенко (1971, 1980 1990), Э.А. Карпенко (1966, 1980), В.М. Евтропкоеа (1990), Э.П. Иванове (1973), Б.А. Попова (1955), Ю.А. Изнанкина (1977), В.А. Ионаса (1967 1977), В.К. Короткоеа (1972, 1969), В.Н. Лукашоеа (1972, 1977), А.П. Обвин цева (1975,1976), А.И. Сучкова (1962,1972) и других исследователей.

Разумеется, что математические модели любых сложных технических си-ем (СТС), в том числе и рыбопромысловых (РПС), необходимы для компью-рного моделирования этих систем и принятия решений, рис. 6. Причем, мате-пическая модель только тогда представляет интерес и ценность, когда она (оплетворяет следующим четырем требованиям: универсальность, точность, 1екватность, экономичность.

Основным недостатком всех разработанных, до настоящего времени, ;М рыбопромысловых систем является отсутствие системного подхода при их оработже. Кроме того, необходимость использования ММ для компьютерного зделировання рыболовных систем и принятия решений предъявляет к ее размотке жесткие требования. Приступая к разработке ММ РПС необходимо тко определить:

1) цели разработки модели,

2) границы системы,

3) уровень детализации описания системы.

Обычно целями моделирования рыбопромысловых систем (РПС) явля-

гся:

- автоматизированное проектирование и производство орудий рыбо-1вства;

- настройка РПС на оптимальные режимы работы;

- автоматизированное управление процессом лова.

Таким образом, процесс разработки ММ начинается с определения цели вработки модели, на основе которой затем устанавливаются границы системы необходимый уровень детализации.

Разработчик ММ принимает решение о том, является ли тот или иной емент системы существенным и надо ли его включать в состав системы. От то-насколько успешно разработчик ММ может выделить существенные элемен-I и установить связи между ними, зависит успех моделирования. В описание сгемы, кроме того, должны бьггь включены критерии эффективности функ-юнирования системы и оцениваемые альтернативные варианты, которые мот рассматриваться либо как часть модели, либо как ее входы. Оценка же аль-рнатнвных решений по заданным критериям эффективности рассматривается к выходы модели.

Процесс построения модели является итеративным, так как моделирова-1е таких крупномасштабных, многоцелевых и многомерных систем, как РПС, >едставляет собой сложнейшую задачу.

В монографии рассмотрены основные этапы и принципы разработки ма-матических моделей РПС.

На первом этапе разработки ММ РПС осуществляется декомпозиция си-емы, т.е. разрабатывается древовидная модель (И-дерево РПС). Цель деком->зиции - разбить сложную систему на подсистемы допустимой сложности, ма-матические модели которых могут быть разработаны.

На втором этапе разрабатывается граф функциональной структуры 1С, называемый деревом функций или деревом целей (Ф-дерево системы). ;ль этого этапа - выяви л, множество функций, выполняемых системой и ее ементами.

На третьем этапе выявляются элементы, выполняющие функции системы, осуществляется морфологическое представление системы (М-представление).

На четвертом этапе разрабатывается граф соответствия между функцш ми и элементами системы: функционально-морфологический граф (ФМ-граф Цель этого этапа - выявить функции, выполняемые каждым элементом системы

На пятом этапе выбираются объекты системы, математические модел которых необходимо разработать.

На шестом этапе вьивляются основные характеристики /'-го объект РПС, другими словами осуществляется отображение ¿-го физического объект

О, на математический объект Р, = (¿¡,<1^.....с!^)- точку п; - мерного евклидов

пространства(0, —»О,), рис. 7. Здесь О,- множество характеристик 1-го объект! а п, =|[0,|- мощность множестваЭ, .

При выявлении характеристик объекта необходимо ответить на три вс

проса:

1) что такое объект физически и геометрически ?

2) элементом какой системы он является и кто его соседи в системе ?

3) какие функции в системе выполняет данный элемент ?

Например, объект ваер. Физически - это стальной канат. Геометрически

это цилиндр витой структуры, набираемый из круглых или трехгранных пр> дей. Ваер является элементом траловой рыболовной системы ТРС, т.е.

О, = Ваер е ТРС.

Его соседями в системе являются траловая доска (ТД) на одном конце и судно на другом. Какие функции выполняет ваер ? Ответ на этот вопрос не одна: начен. Основная его функция Фi - служить гибкой связью между тралом и сур ном, она делится на следующие частные функции: Фц - спуск трала на заданнуь глубину, Ф(2 - буксировка трала, - подъем трала. К этим функциям можн добавить еще одну Ф14 - обеспечение горизонтального раскрытия трала.

Таким образом, мощность (размерность) множества характеристик объ екта О, зависит от количества выполняемых им функций:

пи=|Ы = Г.(Фм.Ф12.Ф,з). п,2 =||0||| = Г1(Ф111Фи1Ф11,Ф14).

На седьмом этапе осуществляется структуризация характеристик объект О,. Характеристики объекта, взятые сами по себе, представляют собой аморф ную массу, мало интересующую исследователя. Для разработки математнческо] модели объекта ОI (ММ О¡) представляют ценность только структурирован ные данные, т.е. данные имеющие определенную структуру. Структуризаци характеристик объекта может быть выполнена по различным признакам в зави симости от целей, которые ставит перед собой исследователь.

При выявлении характеристик объекта, множество его харакгеристи удобно разбивать на следующие блоки (подмножества):

1-й блок: инвариантные характеристики - это физические и геомст рические характеристики объекта, не зависимо от того, является ли он элемен том исследуемой системы или нет.

Например, для ваеров - это такие количественные характеристики, ка диаметр каната ё, диаметр проволок предел прочности материала проволо на разрыв ов, количество наружных прядей в канате, ... и качественные харак теристики: материал, сердечник (органический, металлический), свивка (права* левая), форма пряди (круглая, трехгранная), покрытие проволок (цинк, пластш светлые).

I-------1

СРЕДА |

| Це/ь моде- Критерии оптимальность

лирования ' Уровень дг- У / /

/ СИСТЕМА \ МОДЕЛЬ

\тализации | Границы

у/Ж Г/У / / / / /

1 Альтернативные модели

Оценка мо дем на _

аделбатость

ИспалыоВа-ние подели для принятия решений

Рис.6. Моделирование слоеных систем

Математический объект -точка Д-гц - мерного евклидова пространства

Рис.7. Отображение физического объекта Ос на математический объект- точку Пи -.-.ерного евклидова пространства

Характеристики объекта, ХО

Исходные (входные). ИХ

Задазаемие характеристики. 5Х-X = дй^..

Нормативное харатерястихя. ИХ А = а,, л., а,..

Варьируемые харааперисмнкх, ЕХ=С = сьс1,с,,..

¡Расчетные (выходные), РХ

Хароутпериспхш. хопорые е:. йъекъ'ло ум^хыаьтъ.

Характеристики, ?о?тор»е же а итепьнэ уеея

Нейтрыъъые характеристики

Рис. 3. Структуризация характеристик исследуеиого объекта

- 162-й блок: интерфейсные характеристики объекта - это характеристики со пряжения его с соседями по системе.

3-й блок: характерисгики объекта на границах, где меняется среда, с ко торой он взаимодействует. Для ваера - это его характеристики на границе дву; сред вода-воздух.

4-й блок: характеристики взаимодействия объекта и среды. Для ваера: г,,

г,,,, г2( - гидродинамические силы, приходящиеся на единицу его длины; Я* сопротивление всего ваера, q - вес 1 м ваера в воде,....

5-й блок: системные характеристики объекта, т.е его характеристики ка] элемента системы. Например, характеристики ваера как элемента ТРС: е, В расстояния между ваерными блоками и траловыми досками; \и\2 • длины ваер! в воде и воздухе; - расстояния от нижней и верхней точек ваера до поверх ности воды,....

6-й блок: нормативные характеристики объекта, регламентируемые ГО СТами, ОСТами, правшами рыболовства, законами об охране среды обитани: гидробионтов, правилами Морского Регистра РФ.....

При исследовании объекта с помощью персональных компьютере: структуризацию его характеристик наиболее удобно выполнять так, как это по казано на рис. 8. Согласно этой структуризации все множества характеристи X делят на два непересекающихся подмножества:

- исходные (входные) характеристики (ИХ),

- рассчитываемые (выходные) характеристики (РХ).

В свою очередь множество ИХ разбивается на три подмножества: задаваемы X, нормативные Л и варьируемые характеристики (параметры) С, т.е.

ИХ = X 1/ А 11С.

Рассчитываемые характеристики РХ = У также делят на три подмно жества: характеристики, которые желательно уменьшать У , которые жела тельно увеличить У , и нейтральные характеристики У ,т.е.

РХ = У= У иУиУ

На восьмом этапе выявляются источники всех характеристик (человеь прибор, эксперимент, расчетная процедура, ...) и устанавливаются пределы и изменения

Б О =

а,-(а; а, 4а;

•а, )

П ( н

;а2

При расчетах на ЭВМ необходимо четко представлять границы свои владений и не выходить за их пределы. Так как может оказаться, что натяжени в нитях и канатах орудия лова превышают разрывные. Орудие лова при это: рвется и исчезает физически, хотя его математическая модель продолжает рабе тать, но эти расчеты уже не имеют физического смысла.

На девятом этапе получают уравнения связи между характеристикам объекта, используя при этом: геометрические условия, условия симметрии, зI коны физики, механики гибких нитей, сетей и оболочек, гидромеханики, и:

но психологии, теории сложных систем. Другими словами, разрабатывается 1атематическая модель (ММ) i -го объекта системы:

F,(X..A,.C,.Y.)= О •

где Fi = (fcf 2.....fn) - вектор-функция /-го объекта.

Объединив ММ всех объектов, получают математическую модель си-

темы:

F(X,A,C,Y)= О,

де F = (Fi, F2.....Fn) - вектор-функция системы.

Конечной целью разработки математической модели системы является птимизация системы.

На десятом этапе выполняется оптимизация системы на основе вы-

ранных критериев качества: Ki, К2.....

Критерии качества, используемые при исследовании рыбопромысловых тстем можно представить следующими векторами:

- качество рыбного сырья Ki = С = (ci, сг, сз,...),

- уловистость орудия рыболовства Кг — У = (yi, уз, уз, •••),

- масса орудия рыболовства Кз = М = (mi, м2, mj ,...),

- габаритные размеры ОР К4 = Г = (п, rj, гз,...),

- гидродинамическое сопротивление К5 = R = (ri, ti, гз,...),

- надежность ОР Кб = Н = (hi, н2, из,...),

- технологичность ОР К7 = Т = (ti, Тг, тз,...),

- цена (стоимость) ОР Ks = Ц = (щ, Ц2, Пз, •••).

Выбор критериев является главной задачей оптимизации. Часто удобно оделять главные и второстепенные критерии. По главным критериям гыскиваются экстремальные значения, а по второстепенным - накладываются граничения. В частности можно использовать условия: МАХ (С, Н), MIN (М, Г) при Ц<[Ц],

ш

МАХ (С, Н), MlN(M,r) при М<[М),Г^[Г], ;е [ Ц ], [ М ], [ Г] - допускаемая цена, масса, габариты.

Необходимо отметить, что попытки формулирования обобщенного 'нкцнонала цели в виде линейной формы

Ф =а,С +a2Y +0С)М +а4Г +a5R +а«Н +а,Т +а,Ц.

оказались несостоятельными ввиду невозможности оптимального выбо-весовых коэффициентов т.

В пятой главе выполняются общие исследования по механике орудий 1боловства и дается анализ внешних сил, действующих на них. Механику удий рыболовства можно разбить на несколько разделов :

- механика гибких нитей и канатов,

- механика сетных пластин и оболочек,

- механика распорных устройств (траловых досок, ГРУ, ГДЩ),

- механика рыболовных орудий,

- механика рыболовных комплексов,

- теория рыбопромысловых систем (РПС).

Рис. 9. Угли ^Р > задающие ориентацию поточной

системк координат каната относительно основной

системы хчг

Рис. 10. Характеристики ваерного каната при наличии течений

Поэтому и задачи, решаемые при исследовании ОР делятся на задачи лехапики гибких нитей, задачи механики сетных пластин и оболочек, задачи механики распорных устройств и т.п. В данной главе решению этих задач по-■вящены соответствующие разделы.

В монографии разработана математическая модель буксировочных ка-ттоп (ваеров, урезов, хребтин) при учете течений.

При исследовании характеристик ваера используются поточная XvYvZv и >сновная УЛ'Ъ системы координат . Ориентация поточной системы относительна основной однозначно определяется тремя углами у, ц/, <р, рис. 9. Меяеду бази-ами этих систем координат существует связь:

Т Цг

i -

к

cosycosy; sin у cos y; -sin у

cos7sin^sinp-sinycosv>; sinysin^siny/ + cosyeosip; sin ^ cos v

В монографии получены основные уравнения механики ваера с учетом ечений, образующие его математическую модель, рис. 10 :

- на участке OA движения ваера в воде:

Т" = Cq sin a cos р cos ^ +Cq cos а sin у - CIV cos « + sin а, ot" = (Cq cosa cos ip cos y - Cq sin a sin if +C„ sin« +CIvcoso:j/f, ip = -(c, sínicos f +CiVj/f sin«,

x = cosacosycos y -sinacos^siniccosy-sinasinpsiny = cose*x, (1)

y = sinacosysinp —sin«cospsin y sin y + cosacos^ sin y = sinaxsin£>x, h = sin a cos V +■ cos a sin y = sinaxcospx, С„ =C}1sinacosa + CJ2sin1acosa,

sinif = Vsa/V, siny = -V'sty/ Vcosv, tg•y=V,v/(Vie-V1),

C„ = С,,sin2a + C,2sin4« + Cncos2а, С = C21sinacosa:+ C22 sin1 acosa,

где T=T/0.5pV2d - натяжение ваера в текущей точке, отнесенное к ско-

зстному напору и диаметру ваера: С =q/0.5pV2d- коэффициент веса ваера в

'¿V, ^ ^ ил щади омири, ^ yl\JJL к^ла ии1и|\а иа^^а, «у*

т - проекции скорости течения на оси X, У, Ъ соответственно, V - скорость дна; V = V,, - V, - скорос-п. потока;

- на участке АВ движения ваера в воздухе: г = РсЪ(х/р4С,) + С2, р = ТАсо5аА/п^. гзтадхсоярдх,

С, = Arsh(tgaA), С2 =-p/cosaA =-pxchC,, (2)

cosaAX = cosa А cosy А cos Ц/ K- sin а А cos^A sin V л cos7a -sinaAsinv>AsinyA,

sin a A cos yA sin p A - sin a A cos A sin il' A sin у A + cos a A cos ^ A sin у A

tg^AX =-:---:---.

sinaAcospAcosy д + cosaAsmy/A

I2 =p|sh(xj/p + C,)-shC,J, x2 = p[Arch(h2 -C2)/p- С,],

tgfi = tgct

AX Sm?AX '

Для систем (1) и (2) решается краевая задача со следующими условиями:

X(0)=Y(0)=Z(0); aAXe(0;30-), то = ° SR*+R* , 4 ' cosa0i[

ft! = ^rf^S(YB-V'), i=2,3»|Y(1)-Yb|/|Y8|S[E5.].

В монографии выполнены подробные исследования по механике трало вых досок. Исследования траловых досок (ТД) сводятся к

- исследованию геометрии ТД,

- исследованию статики ТД,

- исследованию динамики ТД и устойчивости их движения в малом t большом,

- исследованию строительной механики ТД.

При исследовании ТД пользуются следующими системами координат основная (земная) XYZ (Х|| V,, Z\\ g), поточная XVYVZV (X,||V, Y, cX,Y,), свя занная с доской система XiYjZi (Xi - продольная ось доски, она параллельш хорде доски; Zi - поперечная ось, Yi XX1Z1 и направлена в сторону спинки до ски). Ориентация связанной системы XiYiZi относительно основной XYZ од нозначно определяется тремя углами a, р, X, рис. 11.

В монографии получены следующие основные уравнения механики тра ловых досок с учетом течений:

S = s(o.5R*/0.5pV2) , Q = Qх0.5RJ, M D = Q / 0.87g ,

g __T|Siny, + Та sin y 2 - Y0 / X0_

hcx, +c2Cy, +CiCiv|y„/X0+c4C„ h-cjcy, +c,C„'

Q = -(l + s(c1|C„| + cJCyT+cJC„))¿0/X0-tge-s(c,C„+0,0^+0,C„),

X0 = cosa0 cosy0cos -sina0 cos*>0sin y0cosy0 -sincc0 sinp0smy0,

Y0 =sino£ecos70sinp0-sina0cosiJ0 sin яп7в + cosa0 cosido siny0,

Z0 =sina0cos*)0cos^0+cosa0sin^|),

C, ssina,cosacos/}-cosa,sinacos/3, C2 = sin a, cos a eos /3 - eos oí , sin ct sia/j,

Cj = sinjS, C4 = cosa, (sina eos X + cos ce sin/3 sin - since ,(eos a cos X - sina sin |3 sin X),

Рис.11. Углыс£,ДЛ , задающие ориентацию траловой доски относительно земной системы координат ХУ1

Рис.12. Модель взаимодействия стаи рыб с тралом

- га -

с5 =síno(, (sin a cos A i-cosascnß sin A) -cosa, (casucosA -smvsinßsinA), Q=-cosßsi/). CrCOSo(,(s¿nots¿nA -сosasinßcosA) -Sinex, (cosa Sin A rsinasinßcos*), Ct=SLna,Cswo(SinA-cosofsLnßcosAycosc<,(casoisinA*sino<sinßcosA\Cg'COsAcosß

агх0 -a,y¿°6,, a,x0-a,z0*62, a3y0-atz^S3j

С!гТ„+Гг, 1-R,+Qt ,аг=т1г*-ггг*(?г+£1г, a3*WTiS+Rs+QSj

SrTuX, +ГггХг ~T„УгТг/Уг+Лсвг R, ~УС Qt.

6r ГаХ,*ГцЪ ~T„ Z,-T2,Z¿ '/„Rj'XcQs ~Z,R, ~ZcQt,

ВгТ„У,+ТгзУг ~Г„ Z, ~Tn2i +y?Rj +yeQ, 'Z^R, -Zc$z ,

Tu"-TUCOS ü cos В ¿cosa cosß +sin h(cosasinßsinA *sinacosA)+

+COSV>/Sind¿(COSocSinßCOSA-Sin<xS¿nA)], 1=1,2- ;

T¿rT¡[cos JiCos9iSLn<xCasß +sin -¡¿(sinc/sinßsinA -cosa cos A)

+COS ¿¿Sind; (Sina SinßCOSA +COS«, sin А )], i- Л 2;

T¿¡ ~T¿[-cos Л" eos в¿s¿nß sin cosß sin A 'Cos-Jt s¿n fycosßccsA ), i=i г;

R°Rx, cosa,cosß, i-ft^ Sin ОС, - R£,COscx, sinßtj

R¿~-Rxtr s¿na> COSßR^cos«, +R>trSin<X,Sinß,r Rs=R?r Sinß,+R2rC0SßfJ

QßOfsinasinA -ees« sinß cos А), Qz=Q(cos<xsinA*sinasinßcosA), QfQcasßco-

Tr[s¿n(eí-d)/Cosecos^,sin(et~&t)']O.SR¡J

T¿=[s¿n(d - в,)/COS 9cos Sin (вг -0,}]-й. 5Я Л ;

Х,(сг}т,г ~аг Г1})+У,(а,Г„ -а, Гг}) +z,(a2 Г„-а,Тп) +

+х2(а3 тгг -аг Ъз)+Уг (а, Тгз ~а3 тг1) (аг ггГа, тгг)+

+Хл (a¡ Rz ~а2 Rj) +ур (at Rra3 R<)+zD (аг R,-a,Rz)+

+Хс(а5 Qz - аг 93)<-Ус(а,Ц3 -a3Q,)tzc (ог Q,-afQz)-o,

Xq^Xj * Leos Lo cos ¿b;

y0~ У a 1-LsinS+¿<¡sin&o,__

Sin 4 » L Sin S-^(Xa +X¿) Z*L 2L CQsS(Äfi +X¿).

Эти уравнения позволяют находить такие характеристики досок, как площадь доски в плане S , массу доски М , координаты точек крепления верхней ( Л, , У, , Z, ) и нижней (Л* , Уг . Z¿ ) лапок, угол крена , угол между лугой и доской , координаты точки крепления ваера к дуге {Хд , У# , Z¿> <.

Траловая рыболовная система будет ловить рыбу только в том случае, если её движение устойчиво. Устойчивость траловой системы (ТС) в основном определяется устойчивостью движения досок. Для устойчивого движения ТД необходимо выполнение

двух условий:

1) угол атаки доски должен быть меньше критического, т.е. а«схкр ;

2) угол скольжения потопа должен равняться нуля. При £ - 0 поток параллелен стрингерам доски, т.е. VII(X, У,). Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то поток будет срываться с задней кротки доски, либо со стрингеров (либо одновременно с обоих указанных элементов ТД). Срыв потока сопровождается образованием больших вихрей. Каждый сорвавшийся с доски вихрь сообщает доске толчок (импульс), раскачивая доску и делая её движение неустойчивым.

В положении равновесия доски главные моменты всех внешних сил относительно осей Л, , ^ , 21 равны нулю. Случайные воздействия на ТД выводят её из положения равновесия при этом углы о( , Л и моменты Мхг , получают прираще-

ния ДсС , ЛЯ йМц- Равновесие доски устойчиво,

эсли возникшие моменты йМх1 • 11 приращения углов А ОС ,

\Л имеют разные знаки, т.е.

ЭА Иос Зое '

эаскрнвая эти соотношения, в монографии получены неравенства, тозволяющие определять области изменения параметров яоски, в которых она работает устойчиво.

Механике сетных пяастин и оболочек посвящены работы 2.И.Баранова (1940), Н.Н.Андреева а960, 1962, 1970), З.Д.Кулагина 11973, 1977), Э.П.Иванова С1973), Б.Л.Попова (1955), \.И.Зонова (1971), А.Й.Сучкова (1962, 1972), Ю.А.Изнанкина ,1977, 1965), А.И.Шевченко (1970), В.С.Калиновского (1975), Л.Фридмана (1981), Г.Н.Степанова (1966) и других исследователей.

1ри исследовании формы сети а потоке основным вопросом являлся вопрос о гидродинамических силах. Несмотря на то, что «иболылее количество работ посвящены исследованию гидролитических сил, действующих на сети, однако этот вопрос до {астоящего времени остается малоизученным.

В монографии для случая свободной фильтрации жидкости че-эез сетную пластину получены формулы для определения её гидродинамических коэффициентов в связанной с сетью системе координат:

С1 =Сх„сазан-Сги.иг$1-пго1/1 / V ^ ~ ^ ^

Сг = ~СК1ГЗи7 ал - С21Г иг ¿¿лсх^. / (УЛ,

С3 = СУ{Г иг ипы / У и\

где Сху , Суд. , Сг? ~ гидродинамические коэффициенты нитей сети. При определении формы сети в потоке используются два типа моделей: дискретные и континуальные. В монографии разработаны основные уравнения геометрии и статики сетных оболочек вращения в рамках дискретной модели и получены рекурентные уравнения, позволяющие рассчитывать форму сетных оболочек вращения.

Обоснование характеристик сетных оболочек орудий лова невозможно без моделей взаимодействия их с объектами лова. До последнего времени отсутствовали типовые модели взаимодействия рыб с орудиями лова, поэтому их проектирование выполнялось вслепую. Работы Ф.И.Баранова (1956), Н.Н.Андреева (1970, 1979), И.В.Никонорова (1973), А.И.Трещева (1983), В.Н.Мельникова (1973, 1975), В.Н.Честного (1961, 1977), Д.В.Радакова (1969, 1972), С.Б.Гюльбадамова (1957, 195Ь), Д.С.Павлова (1965, 1970, 1979), В.Р.Протасова (1978), А.Л.Обвинцева (1975), А.И.-Шевченко (1972), Е.Н.Сабуренкова (1977), Б.В.Вы-скребенцева (1970) и других исследователей позволили сдвинуть эту проблему с мертвой точки.

Для обоснования характеристик сетной оболочки трала в монографии приводится простейшая модель взаимодействия стаи рыб с тралом. Причем выделяется четыре характерных момента взаимодействия рыб с тралом, рис.12

£, - момент встречи стаи с устьем трала, Ьг - момент встречи стаи с критическим сечением трала (начало возбуждения стаи, момент начала движения по стае волны возбуждения),

Ьз - момент окончания движения по стае волны возбуждения (начало движения всей стаи),

- момент окончания движения по стае волны движения (начало движения всей стаи рыб).

При периферийные рыбы в трале по мере прибли-

жения к ним сетной оболочки перемещаются к оси трала со скоростью 1Ггр = 0,3-0,6 м/с. При этом происходит уплотнение стаи. В это время стая еще не воспринимает трал как опасность Для того, чтобы периферийные рыбы при движении трала все вре-

!я находились на дистанции реагирования 2?/ ответной обо-очки, вектора их скоростей относительно трала ¡/рт должны ыть параллельными сетной оболочке трала. При этом угоч <Х езду вектором 1/рг и осью трала X равен углу атаки сетной болочки с<л- . Чтобы не происходило отсева рыб через сетную болочку трала, должно выполняться условие

(4)

де ихр , ¿^о - средние значения компонент скорости дви-ения периферийных рыб в трале по осям X и 2. соответственно;

Ут - скорость трала, равнение (4) связывает геометрические <хн и кинематические и"т характеристики трала с биофизическими параметрами рыб Ухр * Угр ) • Оно позволяет определять оптимальные углы раки сетной, оболочки. Так, например, для скумбрии ( 1Ггр = 0,3-0,6 м/с, Уг = 2,5-3,0 м/с), имеем

Ьдин = (0,3-0,6)/(2,5-3,0) = 0,107-0,188 = 7-14°.

1я минтая ( ТТ2р = 0,3-0,5 м/с, 1/т = 1,5-2,0 м/с) имеем: = 11-18°.

,ким образом, угол атаки сетной оболочки трала в отпугиваю-'й зоне (от устья до критического сечения) не должен превы-ть для скумбрии, ставриды ~14 для минтая и углах атаки сетной оболочки больших указанных величин риферийные рыбы в трале не успевают перемещаться к оси ала и сетная оболочка выгоняет рыб из трала. А. если ско-сть трала больше максимальной скорости рыб, го рыба будет цеяиваться через канатную и крупноячейную ячеи сетной обо-чки трала.

Перемещение периферийных рыб к оси трала и уплотнение аи продолжается до момента ¿2 встречи стаи с критическим чением. За время ( ¿г - ¿, ), прошедшее между встречей аи с устьевым и критическим сечениями трал проходит рассто-

х, = ут (Ну -вр-яр-дкс ;/2 гГгр,

з Ну - вертикальный размер устья трала; -5*/" , О{0х - дистанции реагирования рыб на верхнюю и шюю подборы трала;

Бкс ~ диаметр критического сечения сетной оболочки 1ла.

- 2о -

В момент £г хвостовая часть стаи оказавшись в критическом сечении трала, получает сигнал опасности, которьП распространяется по стае в виде волны возбуждения; при этом рыбы последовательно меняют свои позы (переориентируются) на вътхог из трала. За время прохождения по стае волны возбуждения траг перемещается на расстояние

где ¿с - горизонтальный размер стаи вяояь оси Х11УГ\

1/ц - скорость перемещения по стае волны возбуждения ( Ум =5-15 м/с).

Если длина мелкоячейной мотни трала меньше Х^ , то хвостовая часть стаи в момент ¿3 окажется в мешке трала. В дальнейшем постепление рыб в мешок происходит постепенно, по мер( уставания стаи и обгона их тралом.

Рыба, находящаяся в трапе в момент на расстоянии X от его устья не сможет выйти через устье, если

где - длительность движения рыбы с максимальной ско-

ростью;

1Гт~ит/I/™рах, V- относительные скорости дви-

жения трала;

Щд - скорость перемещения по стае рыб волны движения.

Используя вышеописанную модель в монографии дано обоснова ние размеров устья трала, углов атаки сетной оболочки, диаметра критического сечения, размеров канатной крупноячейной и мелкоячейной мотни; характеристик тралового мешка, циклов кройки сетных пластин.

При определении циклов кройки сетных пластин трала криволинейная тр.'пеция (развертка сетной оболочки) делится на п прямолинейно трапеций:

Цк*^дЕ ~Ьд 1д\> -Л;)/21; п,

где - угол раскрытия ячеи в соответствующей части тра-

ла; ¿т) - угол между боковыми кромками сетноР трапеции;

Д , D¿^1 - диаметры I -го и I + 1-го сечений трала;

. ¿1 - расстояние между I -ми с + 1-м сечениями тралг

В шестой главе огаечаетея, что решение большинства технических задач использованием ПК сводится к численному решению: -систем линейных алгебраических уравнений, -трансцендентных уравнении, -дифференциальных уравнений, -аппроксимации кривых и поверхностен, -анализу экспер1шентальных данных.

В главе шесть рассмотрены алгоритмы решения выше отмеченных задач приведены Бейсик-программы их реализации на ЭВМ. Решение большинства дач механики нитей сетных пластин и оболочек, сетных орудии лова сводится численному интегрированию обыкновенных дифференциальных уравнений, 1бо дифференциальных уравнений в частных производных.

Подробно рассмотрен метод Рунге-Кутта численного интегрирования ¡ыкновенных дифференциальных уравнений, как самый широко использован-,1Й в мировой практике. Использование этого метода показана на примере шення задачи Коши для уравнения равновесия ваера в потоке воды, а также i примере краевой задачи для определения характеристик ваера, движущегося цвух средах (пода и воздух) как без учета течений, так и с учетом течений, энведены результаты компьютерного моделирования задачи о ваере.

Приведена Бейсик-программа NASTR автоматизированной промысло-й настройки тралов. Программа NASTR позволяет с помощью ПК решать гдующие задачи:

-из параметрического ряда выбирать траловые доски, соответствующие данному тралу, скорости и глубине траления;

-выбирать углы атаки и крена доски, массу киля, положения точек креп-шя верхней и нижней лапкн к доске, а также точки крепления ваера к дуге, еспечивающйх устойчивое движение доски;

-определять длины кабелей и длину вытравленного ваера; -определять характеристики оснастки верхней и нижней подбор; -определять агрегатное сопротивление трала и выявлять соответствие бранного трала гягово-скоростным характеристикам судна.

Методика настройки тралов с помощью программы NASTR предпола-т наличие следующих баз данных:

-базу данных технических характеристик промысловых судов (БД ТХС); -базу данных технических характеристик тралов (БД ТХТ); -базу данных биометрических и энергетических характеристик объектов ¡а (БД ХОЛ);

-базу данных физико-механических и гидродинамических характеристик [атов, используемых для ваеров, кабелей, лапок доски (БД МХК);

-базу данных технических характеристик траловых досок и гндродина-lecKux щитков (БД ХТД).

В седьмой главе рассматриваются орудия рыболовства (ОР) как объекты проектирования и отмечаются три их характерные особенности:

- во-первых,в процессе лова ОР выступает как хищник,вступая в< взаимодействие с объектом лова (жертвой).Поэтому параметры ОР зависят от поведения гидробионтов в зоне действия ОР.его биометрически: и энергетических характеристик.Отмечается,что проектирование 01 должно опираться на типовые модели взаимодействия "объект лова-ору дие рыболовства";

- во-вторых,основными материалами из которых изготавливаются ОР являются канаты и сети, т.е. гибкие элементы. Поэтому и орудия ры боловства являются гибкими конструкциями, внешняя и внутренняя гео метрия которых определяется действующими на них силами. Задачи рас чёта ОР являются существенно нелинейными и не сводятся к линейным

- в-третьих, все орудия рыболовства (при наличии течений и вол нений) являются пространственными системами. Поэтому их ;расчётны модели также должны быть пространственными. Широко используемые литературе плоские модели ОР не отражают многообразия свойств ре альных орудий лова, поэтому не могут быть использованы для моделиро вания ОР и тем более для принятия решений.

Таким образом, задачи расчёта и оптимизации ОР являются сущест венно пространственными (трёхмерными) и не могут быть сведены плоским (двумерным) никаким предельным переходом. В этом состои принципиальная разница мезду задачами промышленного рыболовства задачами гидромеханики или теории упругости,где плоские задачи име ют право гражданства.

ОР и рыбопромысловые комплексы (РНК) относятся к классу сложнь технических систем (СТС), т.к. они удовлетворяют пяти основнь свойствам СТС: целенаправленность, целостность и членимость, иера[ хичность, многоаспектность, эволюционность.

Для содержательного .проектирования ОР необходимо чётко опред* лить три аспекта:

- объект проектирования,

- цели проектирования,

- требования на проектирование (ограничения на проектирование: Для этого должны быть разработаны три И-ИЛИ-дерева:

- И-ИЛИ-дерево объекта проектирования,

- И-ИЛИ-дерево целей проектирования,

- И-ИЛИ-дерево требований на проектирование,рис. 13.

Без разработки этих трёх деревьев проектирование как процесс обр.

Рис.13. Основные этапы проектирования орудий рыболовства

Рис.14. Система автоматизированного проектирования

ботки и анализа информации теряет содержательный смысл.

Проектирование ОР и рыбопромысловых комплексов как сложных технических систем должно выполняться автоматизированно. Автоматизированное проектирование (АП) означает использование аппаратуры (ЭВМ, принтер, дигитайзер, плоттер, сканер и др.), программного и информационного обеспечений для проектирования необходимых обществу изделий (продуктов). АП совершается в рамках системы, называемой САГО (Computer Aided Desing System,CAD system),рис.14.

САПР как сложная система состоит из следующих подсистем:

- пользователи: аналитики, проектировщики, конструкторы,проектировщики, испытатели (кадровое обеспечение, КО САПР);

- аппаратура: ЭВМ, принтер, плоттер, дигитайзер, сканер, (аппаратное обеспечение,АО САПР);

- программы: системные и прикладные (программное обеспечение, ПО САПР);

- данные и знания,необходимые для обеспечения автоматизированного проектирования (информационное обеспечение, >10 САПР);

- математические модели объектов проектирования и проектных про цедур (математическое обеспечение, МО САПР);

- алгоритмы и методики автоматизированного проектирования (мето дическое обеспечение, МеО САПР);

-документы, должностные инструкции, инструкции по эксплуатаци САПР (организационное обеспечение, 00 САПР). САПР рыбопромыслово техники (САПР РТ) должна удовлетворять следующим требованиям: объектная ориентируемость, эрганичность, эволюционность, информа тивность, коллективность, агрегатируемость, унифицируемость.

С помощью САПР решаются три типа задач при проектировании:

- расчётные задачи (математическое моделирование объектов проек тирования),

- конструкторские задачи (геометрическое моделирование, заверша ющееся выпуском чертежей),

- технологические задачи (составление спецификаций,технологичес ких карт).

Основная роль в САПР принадлежит человеку-пользователю, исполь зующему при проектировании соответствующие технические и програ& мные средства. Он выполняет работу, находясь на автоматизирование рабочем месте (АРМ) и используя по своему усмотрению те или инь модули САПР. Программные модули, ориентированные на работу в режик диалога, обеспечивают пользователю (аналитику, проектировщику, koï

зтруктору, технологу, испытателю) доступ к информации, управление зё обработкой и контроль результатов.

В монографии кратко описано аппаратное (техническое) обеспечение ?АПР техники рыболовства (АО САПР TP). К техническим устройствам >АПР TP предъявляют следующие требования:

- использования технических устройств непосредственно на рабочих лестах проектировщиков;

- возможность одновременной работы многих проектировщиков над щним проектом;

- возможность текстового и графического диалога с системой;

- обеспечение статической и динамической графики;

- высокая точность и скорость расчётов;

- возможность ввода, хранения и отображения проектной документами;

- выдача результатов проектирования в виде документов,удовлетво-(яющих основным требованиям ЕСКД и конструкторской документации >рудий рыболовства.

Для удовлетворения этим требованиям АО САПР TP должно включать [ентральный вычислительный комплекс (ЦВК),' содерисащий ЭВМ большой ющности и производительности (рабочие станции= work -station,WS) и ерсональные компьютеры (ПК,PC-personal computer) малой мощности либо дисплеи-терминалы) на рабочих местах проектировщиков.

В рыболовстве необходимо использовать однопользовательские и ногопользовательские САПР. Однопользовательские (персональные) АПР рассчитаны на одного пользователя, их также называют автоном-ыми АРМ. Минимальный набор автономного АРМ: ПЭВМ, принтер, плот-ер, дигитайзер). Многопользовательские САПР с числом рабочих мест т четырёх до восьми являются наиболее перспективными в рыболовс-ве.

Для большей живучести многопользовательского САПР необходимо ав-ономные АРМ соединять в локальные вычислительные сети (ЛВС). Полу-енная при этом распределённая система автономных АРМ имеет следую-ие преимущества:

- система не теряет работоспособности при неисправности како-о-либо устройства;

- возможность развития САПР по модульному принципу. Например,на-ав работать на одной автономной АРМ, по мере необходимости добав-яют к ней другие АРМы.

Практика использования САПР многих ведущих фирм Мира позволяет

сделать следующие выводы:

- эффективное использование компьютерной техники и технологи! при проектировании сложных технических систем требует использована локальных и глобальных компьютерных и информационных сетей;

- при создании компьютерной сети необходимо учесть возможност! её роста за счёт подключения её к другим сетям (интеграции).

САПР TP как сложная неоднородная'-система состоит из трех множеств различной природы: ПОЛЬЗОВАТЕЛИ (USERS), АППАРАТУРА (HARDWARE), ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ (APPLICATION SOFTWARE).

Чтобы эти три множества работали как единая САПРовская систем; необходимо обеспечить интерфейс между ними. Эту задачу Еыполняе' какая-либо операционная система: MS-DOS, OS/2, UNIX, Sun OS, Windows NT и др. В ^«¿пользовательских САПР, где используются локальные и глобальные вычислительные сети, применяют такие ОС, как 0S\2 UNIX, SunOS, Windows NT и др.

Слабым звеном в САПР TP является отсутствие специального прикладного программного обеспечения, необходимого для выполнения расчётов и оптимизации орудий рыболовства и автоматизированного выпол нения проектных процедур (например,автоматизированного выполнена проектной документации (компьютерная графика). Здесь сделаны толью первые шаги Х.Штенгель (1977), А.Л.Обвинцев (1986), В.П-.Карпеню (1988), Г.Н.Степанов (1990), М.М.Розенштейн (1988), Ш.А.Расуло (1993), А.Л.Тучинский, В.М.Евтропков (1988), и др.

Качество проектирования орудий рыболовства и рыбопромысловы: систем невозможно без сбора,хранения и обработки данных и зна ний,накопленных рыбаками разных стран,т.е.разработки информационно го обеспечения САПР ТК.В настоящее время используется два способ хранения данных.

Во-первых, их можно хранить в прикладных программах (ПП). В Бей сик-лрограммах такой блок данных (база данных Ш) формируется one ратором DATA. .Этот способ годится только тогда, когда пользовател работает с одной или несколькими автономными (не САПРовскими) прик ладными программами. Но в САПР их используются сотни (иногда тыся чи) и внутрипрограммное хранение данных приводит к их дублировани и зависимости программ от данных, что отметим, очень плохо. Так ка данные - это быстро изменяющаяся часть программы, живущая по свои законам, в то время как алгоритм - инвариантная часть программы Для устранения этих недостатков потребовалось оторвать данные о прикладных программ и хранить их в специальных складах (складах ин

эрмациошюго сырья), называемых базами денных (БД).

Как известно, база данных - это информационная модель предметной бласти, которая содержит структурированную совокупность данных эрганизованных по определённым правилам, предусматривающих общие ринципы описания, хранения и манипулирования данными) с минималь-эй избыточностью (дублированием), предназначенных для коллективно-э использования персоналом проектного предприятия, учреждения,■ • грасли. В БД данные хранятся в специально организованных. файлах знных. Для работы с данными были созданы специальные языки описа-данных (ЯОД) и языки манипулирования данными (ЯМД). Однкяиз са->ix мощных ЯМД является язык SQL (Structure Query Language - язык рруктурированных запросов).

Дальнейшим развитием технологии баз данных является разработка эщного программного интерфейса между пользователями и прикладными юграммами с одной стороны и данными - с другой, получившего наз-шие "система управления базами данных" - СУБД. Широко используе-je СУБД: dBASE, InterBASE, Clipper, Focus, Gemston, SQL/DS, DB/2, îgres, Progress, Paradox, Oracle и др.

Моделирование предметной области в промышленном рыболовстве до IX пор не выполнено. Пожалуй, это является одним из самых слабых эеньев, сдерживающих использование компьютерных технологий в обра-)вании, проектировании, производстве и управлении в системе рыбо-шства.

Для моделирования предметной области в промышленном рыболовстве структуризации дачных и знаний) и создания банка информации (ин->рмационное обеспечение САПР ТР, АСУ ТР, ИО ДСП ГР) необходимо сработать следующие базы данных рыболовства:

- базу данных физико-механических характеристик рыболовных мате-[алов (БД ХРМ);

- базу данных технических характеристик промысловых судов и их «анизмов (БД ХПС);

- базу данных технических характеристик орудий рыболовства и юмыслового вооружения (БД ХОР);

- базу данных биометрических и энергетических характеристик объ-;тов лова и их промысловых скоплений (БД ХОЛ) ;

- базу данных гидрометеорологических характеристик промысловых йонов (БД ХПР);

- базу данных технологических, экологических, эргономических, одических требований и требований безопасности груда к орудиям

рыболовства (БД ТОР);

- базу данных нормативных документов на проектирование, построй ку и эксплуатацию орудий рыболовства (БД ДНД);

- базу данных о типовых проектных решениях, сведениях о состоя нии текущих разработок и лучших мировых аналогах (БД ТПР);

- базу данных об охране среды обитания гидробионтов (БД ЗОС);

- базу данных о данных, хранящихся в базах данных рыболовств (база метаданных, БДМ).

Различают персональные, локальные и глобальные базы данных, промышленном рыболовстве очень остро стоит вопрос разработки персо нальных баз данных аналитика (БДА), проектировщика (БДП), конструк тора (БДК), технолога (БДТ), испытателя (БДИ). Для этого необходим разработать компьютерные модели аналитика (КМА), проектировщик (КМП), конструктора (КМК), технолога (КМТ) и испытателя (КМИ).

В мировой практике используются четыре типа баз данных:

- реляционные базы данных РБД, основанные на табличной модел данных,

- сетевые базы данных СБД, основанные на графовой модели данных

- иерархические базы данных ИБД,основанные на древовидной модел данных,

- объектноториентированные базы данных ООБД, основанные на ново объектно-ориентированной технологии моделирования данных.

В ближайшей перспективе реляционный подход наиболее предпочтите лен для использования в САПР РТ.Это объясняется моуиой математичес кой базой реляционных баз данных:реляционная алгебра (Relations Algebra,RA) и реляционное исчисление (Relational Calculus.RC).Базе выми операциями реляционной алгебры являются: выборка (селекция) проекция, декартово (прямое) произведение, соединение,объединение разность. Этот набор реляционных операций является полным.

В монографии рассмотрены вопросы построения баз данных промыш ленного рыболовства путём использования базовых операций RA.

Фундаментом мощного здания САПР РТ является математическое обес печение (МО), т.к. автоматизированное проектирование орудий рыбе ловства и рыболовной техники невозможно без разработки их математи ческих моделей на следующих уровнях:

- на уровне предметной области (моделирование предметной облас ти). Объекты предметной области: промысловые суда, орудия рыболове тва, промысловые механизмы, промысловые гвдробионты, гидросфере атмосфера. Результатом моделирования предметной области являютс

-

¡соответствующие базы данных и знаний;

- на концептуальном уровне (концептуальное моделирование): моде-[ирование орудий рыболовства и их элементов, моделирование поведе-:ия гидробионтов в зоне действия орудий рыболовства и т.п.;

- на уровне языков высокого уровня (Бейсик,Паскаль,Си'1"*);

- на уровне машинных языков;

- на уровне аппаратуры.

По назначению МО САПР ГР делится на две части:

1) формализованное описание объектов проектирования (разработка атематических моделей орудий рыболовства и техники),

2) формализованное описание технологии проектирования.

Что касается первой части МО САПРО ТК - разработки ММ рыболовных 5ъектов, то здесь имеются определённые достижения: разработаны ММ 1еров, урезов, хребтин ярусов; ММ траловых досок, ММ сетных оболо-ж и др.

Моделированием орудий рыболовства занимались Ф.И.Баранов .947,1948), Н.Н.Андреев, (1953, 1960, 1975), И.В.Никоноров (1973), И.Трещев (1974, 1983), В.Н.Мельников (1973,1979), А.И.Сучков .973), Г.Н.Степанов (1988), В.П.Карпенко (1971, 1980), Э.А.Карпен-) (1966, 1985), С.Е.Шевцов (1970).А.И.Зонов (1964,1971), В.Д.Кула-[Н (1973,1977), В.А.Ионас (1967), А.Л.ООвинцев (1975), Ю.А.Изнан-1н (1971, '1975), В.К.Саврасов (1976, 1977), Э.П.Иванов (1973) А.Расулев (1978), С.В.Гюльбадамов (1957, 1958), Х.Ш.Штенгель 964, 1977), М.М.Розенштейн (1977, 1978) и многие другие исследо-тели.

Что касается второй части МО САПР ТР, го формализация процессов томатизированного проектирования оказалась очень сложной задачей, и её решении необходимо формализовать всю логику взаимодействия оектировщиков как друг с другом, так и с техническими средствами ПР. Методы теории сложных систем и технологии системного модели-вания, на основе которых должны решаться эти задачи, пока не наш-широкого использования в этой области.

Работы по автоматизации процессов автоматизированного проектиро-тая ТР выявили несовершенство сложившейся технологии проектирова-1 орудий рыболовства и привели к необходимости изучеиия самих тросов проектирования. В настоящее время нет установившейся тео-гической базы для описания процессов автоматизированного проекти-зания как орудий рыболовства, так и рыбопромысловых комплексов. Работы ведутся в двух направлениях:

1) развитие методов получения оптимальных проектных решений;

2) выделение инвариантных процессов АП, не зависящих от проектируемого объекта, их совершенствование и типизация.

Важным этапом совершенствования и типизации технологии процессо: автоматизированного проектирования является разработка Госстандар том методических указаний "САПР.Типовые функциональные схемы проек тирования изделий в условиях функционирования систем". В этом доку менте отмечается, что автоматизированное проектирование по состав и последовательности процедур и формам проектной документации ка чественно отличаются от тех же элементов традиционного проектирова ния.

В силу большого разнообразия рыбопромысловых систем (РПС трало вого лова, РПС кошелькового лова, РПС ставного неводного лова, РП ярусного лова, РПС снюрреводного лова,РПС ловушечного лова сайры н свет и др.) и процедур их автоматизированного проектирования, необ ходимо из множества проектных процедур выделить инвариантные проце дуры (общие для всех РПС), которые должны составлять ядро автомати зированного проектирования любой РПС; разработать типовую модел автоматизированного проектирования РПС, разработать и выпустить бг зовый программно-методический комплекс, реализующий эту модель.

Взгляды различных авторов на методологию развития ззтоматизирс ванного проектирования техники рыболовства (АП ТР) во многом разл!-чаются, но они совпадают в том, что в основе АП орудий рыболовстг и РПС как сложных технических систем должен лежать системный по; ход. Математическое обеспечение САПР РПС должно описывать в теснс взаимосвязи ОБЪЕКТЫ, ПРОЦЕССЫ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА и технолог} автоматизированного проектирования.

При разработке МО САПР ТР необходимо учитывать, что орудие рыбе ловсгва (ОР) является частью рыбопромыслового комплекса (РПК). свою очередь РПК является частью рыбопромысловой системы (РПС. включающей в себя как РПК, так и гидробионты со средой их обитан] (гидросферой).Таким образом, РПС = орудие рыболовства (механически система) + промысловое' судно (энергетическая система) + механизм] автоматика, пользователи-эксплуатационники (управляющая система) объект рыболовства (биологическая система) + среда обитания гидр бионтов (экологическая система),т.е. ОР е рпк е РПС.

Моделирование таких крупномасштабных сложных биотехнических си тем, какими являются рыбопромысловые системы, является задачей о ромной сложности. Что объясняется следующими причинами:

1) в распоряжении исследователя имеется ограниченное число фун-аментальных законов, описывающих систему;

2) многие взаимосвязи между элементами системы с трудом поддают* формализации;

3) трудно количественно описывать поведение объектов, входящих в гстему и прежде всего гидробионтов и людей;

4) существенную роль в системе играют недетерминированные (слу-шные) процессы;

5) неотъемлемой особенностью этих систем являются процессы при-[тия решений- человеком в условиях недостаточной информации.

Системный подход к разработке МО САПР ТК требует предварителько-| описания структуры РПК, а также операций, в которых участвуют >удия рыболовства (вымегка, спуск, травление, застой, траление,ко-лькование, выборка, подъём, освобождение от улова, ремонт).Каждая промысловых операций предъявляет к орудию лова определённые тре-вания. Поэтому перед проектированием ОР конструктор должен иметь исок требований, предъявляемых к ОР промысловыми операциями и ус-новить, какими проммеханизмами будут выполняться эти операции. При автоматизированном проектировании ОР решаются следующие за-чи:

- задачи структурного и параметрического синтеза и геометричес-"0 моделирования;

- задачи одновариантного и многовариантного анализа;

- задачи машинной графики;

- задачи автоматизированного выполнения проектных процедур;

- задачи сбора данных и знаний и их хранение в БД и ВЗ;

- задачи графического диалога с системой (статическая и динами-:кая графика).

Для автоматизированного решения этих задач необходимо иметь со-¡етствующее математическое обеспечение: МО структурного синтеза, геометрического моделирования, МО машинной графики и т.п. Для решения задач структурного синтеза орудий рыболовства ис-ьзуется хорошо разработанный математический аппарат теории гра-

Для автоматизированного выполнения графики орудий рыболовства ором разработан соответствующий математический аппарат теории атно-сетных структур.При этом осуществляется отображение орудия оловства (ОР) на канатно-сетную структуру (КСС), которая анали-ески описывается структурными формулами (ОФ), используя аппарат

теории множеств, топологии и математической логики.

Структурными формулами можно описать любые канатно-сетные оруди: рыболовства.Для выполнения компьютерной графики орудий рыболовства необходимо разработать программу-транслятор, отображающую структур ные формулы на элементы орудий лова,согласно схемы:

ОР - КСС - СФ - ТРАНСЛЯТОР - МАШИННАЯ ГРАФИКА ОР

В основе аналитического описания КСС лежит принцип выделения и сложных канатно-сетных структур, используемых в промышленном рыбо ловстве, простейших неделимых элементов - примитивов (primitiv простой, первообразный).которые являются атомами этих структур. Ис пользуя примитивы, строят более сложные структуры-элементы (молеку лы),' а из разных элементов строят сложные однородные и неоднородны структуры. Из множества объектов, используемых для изготовлени орудий рыболовства рассмотрим два наиболее важных: канатные и сет ные объекты.

Объект канат. Базисные понятия: канатный примитив (КП), канатнь; элемент (КЭ), канатная структура (КС), однородные канатные структу ры (ОКС), неоднородные канатные структуры (НКС), математическая мс дель канатной структуры (ММ КС),структурная формула канатной струн туры (СФ КС).

Канатные структуры орудий рыболовства изготовляются из канате (стальных, капроновых, куралоновых; витых и плетёных) путём физ1 ческой операции резки их на куски определённой длины и изготовлеш огонов по концам.

По существу, канатная структура имеет единственный примитив отрезок каната с огонами на концах. Этот примитив описывается тага ми характеристиками как длина заготовки 13. расстояние между огон» 1К, диаметр dK для стального (или длина окружности Ск для капрош вого) каната, линейная плотность шк, структура каната:

Текс X щ X П2 X Пз. •

Для введения математических операций над канатными примитива (КП) множество КП, пошедшее на : изготовление орудия лоеэ, кеобход! мо структурировать. Структуризацию КП выполняют по топологичесш признаку, т.е. по их ориентации в орудии лова.

Различают четыре типа ориентации канатных примитивов,рис. 15:

- первый тип кп1 - канат идёт слева вверх направо;

- второй тип кп2 - канат идёт слева вниз направо;

- третий тип кпЗ - продольный канат;

- четвёртый тип кп4 - поперечный канат.

Структуры, используемые о праныш/нмнам раболобстде

| Канатные | | Сетно/е 1 | панотно-сетные \

РисЛо. Структура, кспольауикве в орудиях рыболовства

Операции с сетными деталями, ОСЛ _HetdetaiL operations, ыро

Физические Physical operation

Кройка Cutting-out

Простая

По прямой

По косой

комбинированная

По циклу

Соединение Combination

Съячеша

Ячея 6 ячею

Ще ячеи ¡ячею

т ячеи с п ячея пи

Шворка

Ручная

Машинная

Мат ематииеские Mathematical operation

Логические, БулеВы Logical, Boolean

JlSe сетные детали

д/сп Q дг

Ati/дг

At наг

д>\лг ^ й

Исключающие и или Е^З

Д1 НЕ Д/

Топологические TopaloQicaC

Включение

ш

1

Исключение

Va

ш

□

Наложение

Совмещение

Рис.16. Физические и математические операции с сетными деталями

К этим четырём базовым типам КП иногда добавляют пятый тип ШЬ ■ пустой элемент (означающий отсутствие элемента).

Такая структуризация КП позволяет всё множество канатных прими тивов, пошедших на изготовление какого-либо орудия лова, разбить и четыре непересекающихся подмножества:

КП ={КП1,КП2,КПЗ,КП4>= КП1 и КП2 и КПЗ и КП4.

Причём некоторые из этих подмножеств могут оказаться пустыми.На пример,редко в орудиях рыболовства используются КП четвёртого типа т.е. часто КП4 = 0

Из канатных примитивов можно получить более сложные качатны структуры - канатные элементы (КЭ). Перечислим некоторые КЗ, ис пользуемые в орудиях рыболовства:

- верхняя половина ромба - ВР,

- нижняя половина ромба - НР,

- ромб - Р,

- зеркальная ячея - ЗЯ и т.п.

Каждый канатный элемент может быть получен из четырёх типов ка натных примитивов путём использования логической операции объедине ния (и). Например:

ВР = к1 и к2, НР = к2 и к1, Ч = (к1 и к2) и (к2 и к1),

Ш = ВР и 2 х кЗ и НР.

Из канатных элементов можно образовать более сложные канатнь структуры (КС).Если для образования канатной структуры используютс канатные элементы только одного типа, то такая КС называется однс родной (ОКС), в противном случае - неоднородной (НКС).

Для полного описания канатных структур необходимо указывать крс ме идентификаторов (имён) канатных элементов и их характеристиь (материал: капроновый канат - КК,стальной канат - СК), длину окру? ности С (или диаметр (1 - для стального каната), длину заготовки Ь расстояние между огонащ 1к, линейную плотность т, структуру. В этс случае обозначения канатных элементов принимают вид:

ВР-КК Ск,1з,1к.тк; Ч-(КК СкМзЛк'.тк и КК Ск",1з".П1км).

Таким образом, из конечного множества канатных элементов мож! построить любую канатную структуру (КС). То есть КС является фун] цией канатных элементов:

КС=ИКЭ) ИЛИ КС=Г(ВР,НР,Р,Г,Ш,К1,К2,КЗ,К4,ШЬ). При этом кп е кэ, кэ е кс, оке е икс.

Рассмотрим принципы математического описания однородных (ОКС) неоднородных (НКС) канатных структур. Если в однородной канатн

•руктуре используется п канатных элементов (например, типа ВР), то тематически это записывается так: ОКС = ВР + ВР +...+ ВР = п х ВР.

Если несколько однородных канатных структур (например, па х ВР, х НР, пз х Ш) объединяются в неоднородную структуру.то математи-екк это можно записать так: НКС - щ х ВР и х НР и пз х ш.

Орудия промышленного рыболовства набирается из отдельных поясов, я выделения структурной формулы одного пояса её необходимо заклю-гь в круглые скобки. Таким образом, элементы, стоящие в круглых эбках общей структурной формулы, являются структурными формулами цельных поясок. Например, структурная формула (01>) верхней пласти -[атной мотни 62.4/230 м трала имеет вид: ОТ ВП КМ 62.4/230 м трала = (13хВР)и(14хКЗ)и(13хНР}ицЗхКЗ) ш необходима информация не только о структуре канатной мотки, но оке и знание характеристик элементов мотни, то в структурную фор-1у необходимо внести эту информацию. Например,

ВП КМ 62.4/230 м трала = (13хВР - ККЗО, 6.4, 5, 56) и (14хКЗ -О, 6.4, 5, 56) и (13*НР - ККЗО, 5.4, 4, 56) и (13*КЗ - ККЗО,5.4, 56).

сь указаны такие характеристики канатных элементов, как:

КК - капроновый канат;

30 - длина окружности каната, мм;

6.4 - длина заготовки канатного элемента, м;

5 - расстояние между огонами канатного элемента, м;

56 - линейная плотность каната, г/м.

Объект сеть. Базисные понятия: сетной примитив (СП), сетной эле-г (СЭ), однородная сетная структура (ОСС), неоднородная сетная /ктура (НСС), математическая модель сетной структуры (ММ СС), /ктурная формула сетной структуры (СФ СС).

1з сетного полотна ручной или машинной вязки путем физической эации кройки получают различные сетные детали (СД). Применяя к шм деталям вторую физическую операцию- соединение,можно из одних шх деталей получить другие.

1ростейшими сетными деталями - сетными примитивами (№1 рг1тШ-являются:

) левый верхний прямоугольный треугольник - т1; О левый нижний прямоугольный треугольник - т2; О правый верхний прямоугольный треугольник - тЗ;

- 4г?-

4) правый нижний прямоугольный треугольник - т4. Таким образом, множество сетных примитивов (СП) состоит из четыре сетных деталей:

СП = {т1, т2, тЗ, т4>.

У сетных деталей различают внешнюю и внутреннюю геометрию. Внеп няя геометрия сетных примитивов характеризуется длиной двух ег сторон, которая может задаваться двояко: либо в метрах в джуте, лис в ячеях (п х ш). Здесь п - число ячей по поперечной, а ш - по лрс дольной кромкам сети. К внешней геометрии СД также относятся тага характеристики, как габаритная площадь 5Г, фиктивная площадь площадь нитей Эн,поверхностная плотность гп (масса сети,фиктивна площадь которой равна 1м2), циклы кройки боковых кромок: Цк1, Цк2.

Внутренняя геометрия сетных деталей характеризуется шагом яч< а, диаметром с! (либо структурным номером) нити, коэффициентом рас! рытия ячеи и = э1п е. Здесь 2е - угол между нитями, выходящими i одного узла.

Между характеристиками внешней и внутренней геометрии сетной д> тали существуют связи:

Бр^иц^, Зн=Бфй/а, 5н--=Згс1/и1и2, _,

£ílc=(tg с - 1е ё = А /тхп/1000.

Здесь - угол между боковой кромкой сетного примитива и продол ным катетом.

Для полной характеристики сетного примитива надо указать е идентификатор (т!,т2,тЗ,т4) и инвариантные характеристики внешней внутренней геометрии. Например:

Т1 = пхтхЗфх5нхахс1хт:х Цк.

Из сетных примитивов можно получить любую сетную деталь (СД),и пользуя операции объединения (и) и разности (\), т.е. СД являет функцией сетных примитивов:

СД = Г (СП) = (т1,т2,тЗ,т4). Здесь под словом "функция" подразумевается некоторая совокупное (набор) логических и топологических операций над сетными прими! вами, рис.16.

Например,структуры сетных деталей (СД),показанных на рис.15, с ваются следующими структурными формулами:

СД1=сетной прямоугольник-кжШ=(Т4-пхтиТ1-п*1п), СД2=верхняя сетная Трапеция-Кжт=(т1-П1хтисп1-П2><тит3-Пзхш), СДЗ=нижняя сетная трапеция<ФНТ=(Г2-П1><п)иСП1-Г12><шиТ4-пз><т), СД4=сетной треугольник АВС->ДАВС\ДВ0С=(Т1-гцхп}Ь^1-П2хт).

Такие интегральные характеристики сетной оболочки трала как фик-вная площадь Б®, затенённая площадь Зн являются функциями струк-рных формул, т.е.

= ^(СФКМ.СФДМ), Бн = Г2(СФКМ,СФДМ). зработаны алгоритмы и программы вычисления интегральных характе-стик трапа через его структурные формулы.

Канатно-сетные объекты. Базисные понятия:канатно-сетные элементы ::Э), канатно-сетные структуры (КСС), математическая модель канат-сетной структуры (ММ КСС), структурная формула канатно-сетной эуктуры (СФ КСС).

Рассмотреь^Рдва типа операций: (операции среди канатных элемен-з (КЭ), результатом которых являются канатные структуры.КС=Г(КЗ); грации среди сетных элементов (СЭ), результатом которых являются гные структуры, СС^НСЭ) недостаточны для построения любых орудий юловства.В орудиях рыболовства встречается и третий тип операций «ешанные операции), когда сети крепятся к канатам, в результате ю образуются канатно-сетные объекты.

В практике промышленного рыболовства используются два типа сме-шых операций:

1) сеть крепится к канату по верхней (нижней) или боковым кром-1. В этом случае канат выполняет функцию подборы, а соединение 'и с подборой называется посадкой сети на подбору;

2) канат используется для задания определённой формы сети или [ обеспечения её общей прочности.В этом случае он может крепиться :ети в любом месте и называется пошлиной, см. рис.15 Канатно-сетные примитивы (элементы), КСП, КСЭ. Можно выделить ¡емь типов канатно-сетных примитивов (КСП):

1) верхняя подбора, ВП; 2) нижняя подбора, НП: 3) левая боковая бора, ЛВП; 4) правая боковая подбора, ПБП; 5) пожилина, идущая ва вверх направо, П1; 6) пожилина, идущая справа вверх налево, 7) продольная пожилина, ИЗ; 8) поперечная пожилина, П4. Пожилины, как правило крепятся к сети.по прямой ячее (вдоль и ерёк сети) и по косой ячее (слева вверх направо и слева вниз раво).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В монографии выполнялись исследования по следующим пяти направлениям:

а) разработка компьютерных технологий решения задач промыпледас го рыболовства;

б) разработка математического обеспечения компьютерных технологий в промышленном рыболовстве;

в) разработка трехмерной механики рыболовных систем и программно-алгоритмического комплекса их расчета и оптимизации;

г) разработка компьютерных технологий проектирования орудий рыболовства;

д) разработка информационного обеспечения компьютерных технологий в рыболовстве.

Основные результаты, новизна и практическая значимость выполне! ных исследований заключаются в следующем:

1. Разработана методика решения задач промышленного рыболовствг в рамках человеко-компьютерных систем.

2. Описаны принципы и этапы разработки математических моделей сложных технических систем в том числе и рыбопромысловых.

3. Разработана трехмерная математическая модель буксировочных канатов (ваэров, урезов, хребтин) с учетом течений, изменяющихся ] глубине, позволяющая определять их форму, натяжение, сопротивледаи длицу, диаметр.

4. Разработана Бейсик-программа расчета характеристик буксиров! чных канатов с учетом течений.

5. Разработана математическая модель траловой доски с учетом т> чений, позволяющая определять площадь доски в плане, ее масс.у, координаты точек крепления ваера к дуге и лапок к доске, угол атаки крена доски. Показано, что момёнтные уравнения равновесия доски б, дут совместными (непротиворечивыми) только при выполнении условия совместности, вытекающего из теоремы Кронекера-Капелли.

6. Разработана модель взаимодействия стаи рыб с тралом, на осн ве которой получены аналитические зависимости для определения хар теристик внешней и внутренней геометрии сетной оболочки трала (го ризонтальный и вертикальный размеры устья, диаметр критического с чения, диаметр мешка, угол атаки сетной оболочки, длина передней части трала и его мешка, циклы кройки сетных пластин делевой част трала).

7. Разработана трехмерная математическая модель траловой систе

?С) и Бейсик-программа настройки ТС на оптимальные режимы траления, 1эволяюцая решать следующие задачи:

- из параметрического ряда выбирать траловые доски, соответствую-:е заданному тралу, скорости и глубине траления;

- выбирать углы атаки и крена доски, массу киля, положения точек 'еплегаш верхней и нижней лапок к доске и точки крепления ваера к ге для устойчивого движения доски;

- определять длину кабелей и вытравленного ваера;

- определять характеристики оснастки верхней и нижней подбор;

- находить агрегатное сопротивление трала и выявлять соответст-е трала тяговоекорэстньм характеристикам судна.

8. Разработана дискретная математическая модель сетной оболочки ащения, позволяющая находить ее форму и натяжения в нитях.

9. Разработан граф-кристалл проектирования орудий рыболовства, зволякнций структурировать основные процессы проектирования ОР.

10. Разработана блок-схема САПР орудий рыболовства, описывающая чонные этапы работ при автоматизированном проектировании ОР и >вни проектирования:

- уровень замыслов и алгоритмов,

- уровень данных и знаний,

- .уровень статической и динамической машинной графики,

- уровень текстового и графического диалога человека с ЭВМ.

П. Выполнена структуризация канатных и сетных объектов, исполь-'мых в орудиях промышленного рыболовства, которая позволяет ото-.жать канатно-сетные орудия рыболовстза на канатно-сетныо струк-ы (КСС) и сводить все физические операции с деталями орудий ры-овства к математическим операциям, используя аппарат математикой логики и технологии, без чего невозможно автоматизированное ектирование орудий рыболовства.

12. Предложен математический аппарат описания структуры любых атно-сетных орудий рыболовства структурными фор.чулами (СФ), по-ляющий проект любого орудия лова свести к набору структурных мул, т.е. разработано математическое обеспечение компьютерной £ики орудий рыболовства.

[3. Изложены принципы оптимизации проектных решений и выбора кри-гев оптимальности в рыболовстве.

[4. Заложены начала научного обеспечения компьютерных технологий ¿боловстве и создана база для перевода учебного процесса рыбных >в и университетов на компьютерные технологии. .5. Монография может служить основой для создания трех базовых

учебников по специальности промышленное рыболовство:

- "Механика рыбопромысловых систем и программно-алгоритмические комплексы их расчета и оптимизации";

- "Компьютерные технологии проектирования орудий рыболовства";

- "Базы данных и базы знаний в рыболовстве",

без которых немыслима подготовка инженеров-механиков по промышленному рыболовству, отвечающих современным требованиям.

Основное содержание и результаты работы опубликованы в слецуащи источниках:

1. Оптимальные размеры ваеров при тралении на больших глубинах. Б кн.: Возможности траления на больших глубинах.- Владивосток: Дальневосточное книжное издательство, 1369, С. 34-54 (в соавторств с Л.В.Габрюк).

2. Основные уравнения геометрии и статики ассимптричных сетей.-В сб.: Сообщение ДБ31ШУ по судовым мягким оболочкам.- Владивосток: изд. ДВВШУ, 1970, вып. 12, С. 14-26.

3. Экспериментальное определение боковой силы стальных и капрон вых канатов.- Рыбное хозяйство, 1974, № 2, С. 44-47 (в соавторстве с Л.В.Габрюк).

4. Основы теории расчета тралов их раапюрных досок.- М.: дел. ЦНИИТЭИРХ, 1975, № 50.- 60 с.

5. Теория расчета траловой системы.- В сб.: Сообщение ДВВИНУ по судовым мягким оболочкам.- Владивосток, 1975, вып. 33, С. 84-99.

6. Статика траловой системы.-.: деп. ЦНШТЭ»!?;'., 1976, К» 90.- I'!

7. Определение параметров траловых распорных досок при пелагичо ком тралении по двухваерной схеме.- Рыбное хозяйство, 1977, к 6, С. 57-59.

8. Методика увязки параметров сетной части тргла, траловых досс ваеров и судна при тралении на больших глубинах.- Доклад 2.1^, 5-я научн.техн. конференция по развитию флота рыбной промшлеьяос! и промышленного рыболовства Соц. стран,- Л.: ГИПРОРЬНйЛОТ, 19'.'В.-39 с.

9. Определение глубины траления и расстояния между траловыми дс ками.- Рыбное хозяйство, 1978, № 2, С. 59-61 (в соавторстве с

А.С.Чумаковым).

10. Аналитические методы расчета параметров траловой системы.-М.: ЦНИИТЭИРХ, 1982, деп. № 256.- 468 с.

11. Методы увязки параметров рибных стай, трала и судна (Учебн! пособие).- Владивосток: изд. Дальрыбвгуза, 1984,- 138 с.

12. Методы расчета параметров ваеров при тралении на различных убинах (Учебное пособие).- Владивосток: изд. Дальрыбвт.уза, 1987.-ü с.

13. Методика оптимальной промысловой настройки разноглубинных алов с помощью ПЭВг»!.- Владивосток, ЦГКТБ ВО Дальрыба, 1987.- 88 с. в сочяторстве с Т.И.Ивановой).

14. Программно-алгоритмическнй комплекс расчета и оптимизации тра-зых систем (Учебное пособие).- Владивосток: изд. Дальрыбзтуза,

123 с.

15. Параметр!,: разноглубинных тралоп,- М.: Агропрсмиздат, 1983.- с.

16. Компьютерные технологии в промышленном рыболовстве.- !.1. : юс, 1995.- ЕЗО с.

Подп. к печати t7.CY.9S?Объем 2,fSn.it. Формат 60x84 1/16 Заказ ЗЪ Тираж ЮС

ТОО "Нерей". ВНИРО. 107140, Москва, В. Красносельская, П