автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.17, диссертация на тему:Оптимизация процесса лова каспийской кильки рыбонасосными установками на основе математического моделирования

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА. I АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ

ОПТИМИЗАЦИИ ЛОВА ШБОНАСОСНЫМИ УСТАНОВКАМИ Ю

1.1. Общие принципы оптимизации лова рыбонасосными установками

1.2. Объект лова как элемент системы управления процессом лова рыбонасосными установками

1.3. Рыбонасосная установка как элемент системы управления процессом лова

ГЛАВА П ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЛОВА РЫБОНАСОСНЫМИ УСТАНОВКАМИ

2.1. Обоснование структурной схемы модели про цесса лова

2.2. Математическое описание этапа привлечения и концентрации рыбы

2.3. Математическое описание перемещения рыбы у залавливающего устройства

2.4. Разработка аналитической модели процесса

2.5. Оптимизация процесса лова рыбонасосной установкой

ГЛАВА Ш ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И РЕЖИМА РАБОТЫ РЫБОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК

3.1. Общая методика экспериментальных работ

3.2. Определение мерительных характеристик датчиков концентрации рыбы

3.3. Определение показателей процесса лова в промысловых условиях

3.4. Проверка адекватности теоретической модели процессу лова рыбонасосными установками

ГЛАВА 1У СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЛОВА РЫБОНАСОСНЫМИ УСТАНОВКАМИ

4.1. Обоснование структурной схемы процесса лова рыбонасосными установками

4.2. Обоснование измерительных преобразователей системы управления горизонтом лова

4.3. Выбор элементной базы датчиков системы управления горизонтом лова

ГЛАВА У РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ РЫБОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

5.1. Система автоматизированного лова с диспетчерским управлением

5.2. Автоматическая система управления процессом

5.3. Результаты опытной эксплуатации автоматизированной системы лова вывода

Актуальность проблемы. Лов рыбонасосными установками отно -сится к числу наиболее совершенных способов лова. Он отличается непрерывностью, относительно низкой энергоемкостью, малой трудо -емкостью, процесс лова сравнительно хорошо управляем и может быть автоматизирован. Вместе с тем этому прогрессивному способу лова присущи недостатки, в основном связанные с режимом работы рыбона-сосных установок. В настоящее время режим перемещения залавливающих устройств выбирается рыбаком-оператором интуитивно с учетом поступления рыбы в водоотделитель рыбонасосной установки. Управ -ление режимом перемещения залавливающих устройств по результатам поступления рыбы в водоотделитель не может быть оптимальным, так как информация о результатах лова запаздывает на время, равное времени перемещения рыбы по рыболовным шлангам. Кроме того,отсутствие своевременной и достаточной информации о процессе лова предъявляет повышенные требования к профессиональной подготовке и психологической нагрузке операторов рыбонасосных установок (в связи с выбором решения при неполной информации). Поэтому решение вопросов повышения эффективности работы рыбонасосных установок с одновременным улучшением культуры и условий труда рыбаков за счет оптимизации и автоматизации процесса лова является актуальным.

Цель диссертации - обоснование и разработка оптимальных систем управления процессом лова рыбонасосными установками.

Основные задачи исследований. В работе поставлены и решены следующие задачи: исследование процесса лова рыбы на свет рыбонасосными уста -новками на основе системного биотехнического подхода; теоретическое и экспериментальное обоснование математической модели процесса лова рыбонасосными установками; разработка методов оптимизации режима работы рыбонасосных установок; синтез оптимальных систем управления процессом лова рыбонасосными установками; разработка схем автоматизированного и автоматического управления процессом лова и их испытания в промысловых условиях.

Общая методика исследований. Основной материал диссертации получен в результате анализа работы рыбонасосных установок и синтеза системы управления процессом лова на системной биотехнической основе теоретическими и экспериментальными методами.

Аналитические методы системного подхода применяли,в основном, для разработки математической модели и определения оптимальных значений показателей процесса лова рыбонасосными установками. Основные этапы аналитического описания процесса лова рыбонасосами: предварительное ознакомление с процессом лова; построение струк -турной схемы модели; необходимая идеализация процесса лова; сос -тавление уравнений материального и энергетического баланса отдельных звеньев модели, определение начальных и конечных условий;раз-работка математического описания модели в целом; определение оп -тимальных значений показателей процесса лова; синтез системы уп -равления режимом работы рыбонасосных установок. I

Теоретические исследования выполнены на детерменированном уровне. Оптимальные значения показателей режима работы рыбонасосных установок определены методом аналитической оптимизации по экстремуму функции нескольких переменных. Численные значения показателей процесса лова получены в результате решения системы уравнений, описывающих математическую модель.

Эмпирические методы исследования применяли при определении мерительных характеристик датчиков концентрации рыбы оптического и гидроакустического типа; проверке работоспособности технических средств контроля процесса лова рыбонасосными установками в промысловых условиях; определении значений постоянных коэффициентов математической модели процесса лова; определении статических харак -теристик процесса лова; проверке адекватности математической модели исследуемому процессу; оценке эффективности автоматизированного лова каспийской кильки рыбонасосными установками.

Проведению этих исследований предшествовало создание специального контрольно-измерительного комплекса, который послужил основой для исследования процесса лова и получения практических результа -тов. Разработку контрольно-измерительной аппаратуры и исследование её метрологических характеристик проводили в лабораториях Астрыб -втуза. Остальные исследования выполнены на основе эксперименталь -ных работ, проведенных автором в районах промысла каспийской кильки на свет рыбонасосными установками с судов ВРПО ""Каспрыба".

Для обоснования показателей математической модели и проверки её адекватности процессу лова привлекали эмпирические данные дру -гих исследовадвлей (Никоноров 1963,1968,1976 и др.; Мельников,1974, 1975,1979; Павлов,1974; Протасов,1968,1978; Ловецкая,1958; Шарапов, 1969; Приходько, 1954а,б,1958 и др).

При проведении экспериментальных работ в лабораторных условиях использовали методы активного эксперимента,как наиболее простые и не требующие больших затрат времени. При исследовании в промысло -вых условиях применяли пассивно-активный эксперимент. Экспериментальные данные обрабатывали статистическими методами, основанными на корреляционном и регрессионном анализе.

Научная новизна работы состоит в следующем: на системной биотехнической основе разработана и эксперимен тально подтверждена обобщенная математическая модель процесса лова рыбонасосными установками; уточнена степень влияния основных показателей способа лова на эффективность работы рыбонасосных установок; разработаны методы повышения эффективности лова на основе оптимизации режима работы рыбонасосных установок; решены задачи синтеза оптимальных систем управления процессом лова рыбонасосными установками.

Практическая ценность работы заключается в следующем: разработаны основы проектирования систем управления процессом лова рыбонасосными установками; разработаны и испытаны в промысловых условиях системы автоматизированного лова рыбонасосными установками с датчиками концентрации рыбы оптического и гидроакустического типа; впервые в промышленном рыболовстве создана система автоматического управления процессом лова.

Результаты исследований используются при проектировании системы автоматического лова каспийской кильки,а также в учебных заведения при подготовке специалистов по промышленному рыболовству и повышении их квалификации в курсах "Устройство орудий лова и технология добычи рыбы" и "Теория и проектирование орудий промыпленного рыболовства" Кроме того, результаты исследований можно использовать в проектно-конструкторской практике при разработке оптимальных по производи -тельности автоматизированных и автоматических рыболовных рыбонасосных установок, для управления режимом их работы в процессе лова и в учебном процессе в курсе "Механизация, автоматика и автоматизация процессов промышленного рыболовства".

Реализация работы. Автоматизированные системы лова рыбонасос -ными установками были смонтированы и испытаны под руководством ав -тора в промысловых условиях на судах БРПО "Каспрыба" и получили-sof лучили положительную оценку (приложения В.1,В.2 и В.З). Приборы для определения концентрации рыбы в зоне всасывания рыбонасоса на-• мечены к внедрению на промысловых судах в соответствии с Постановлением Коллегии МРХ СССР (протокол № 3 от 26 января 1978г) (прило-■ жение В.4). Центральное конструкторское бюро "Ленинская кузница" - прорабатывает техническое задание Минрыбхоза СССР на проектирова -ние среднетоннажного рыбоморозильного судна для лова каспийской кильки. Техзаданием предусмотрена установка прибора для определе -ния концентрации кильки у залавливающего устройства и проработка варианта автоматизированного процесса лова кильки (приложение В.5). В настоящее время "Касптехрыбпром" на основе исследований и практи-« ческих разработок автора проектирует систему автоматического лова рыбы для внедрения на промысле каспийской кильки (приложение В.б).

Использование приборов контроля концентрации рыбы у залавливающих устройств для управления режимом работы рыбонасосных устано -вок повышает производительность лова на 15-20/6. Ожидаемый экономический эффект от внедрения системы автоматизированного лова на промысловых судах ВРПО "Каспрыба" составит 4,0 млн.руб в год.36

Результаты исследований вошли в 4 научных отчета по хоздого -ворным темам,выполненным в 1974-78 гг. на кафедре промышленного рыболовства Астрыбвтуза( N госрегмстрацки 77O/5054L .

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на межкафедральной секции и Ученом совете Астрыбвтуза; на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников Астрыбвтуза в 1974-1983 гг.; на У-й научно-технической конференции по развитию флота рыбной промышленности и промышленного рыболовства социалистических стран (Ленинград,1978г); на П Всесоюзном совещании ученых ЦНИОРХа (Астрахань,1979г); на научной конференции к Расчеты экономической эффективности внедрения системы автоматизированного лова приведены в приложении В.7. по развитию рыболовства Дальнего Востока (Владивосток,1981), в лаборатории промрыболовства ВНИРО.

Предложения и рекомендации по результаты иссследований отмечены Почетной грамотой ВРПО "Каспрыба".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов. Она изложена на 128 ст^^ницах, содержит 20 рисунков и 4 таблицы, библиография - 130 наименований, приложений - 9.

ВЫВОДЫ

1. В результате теоретических и экспериментальных исследований показана перспективность и плодотворность применения системного биотехнического подхода к обоснованию и разработке оптимальных систем управления процессом лова рыбонасосными установками. Разработана, обоснована и экспериментально подтверждена обобщенная математическая модель процесса лова рыбонасосными установками, в которой учтены основные показатели объекта лова, рыбонасосной уста -новки и внешней среды.

2. С применением математической модели уточнен характер и сте -пень влияния показателей способа лова на эффективность работы ры -бонасосных установок, установлены оптимальные по производительности лова соотношения между параметрами управления (мощностью прив -лекающих источников света, производительностью рыбонасосов по воде, перемещением залавливающих устройств). Полученные оптимизационные зависимости рекомендуется использовать при проектировании рыбона -сосных установок и в процессе лова для выбора района промысла, показателей светового оборудования и режима перемещения залавливаю -щих устройств.

3. В диссертации доказана принципиальная возможность и выявлены преимущества автоматизации управления рыбонасосными установками, разработана структура оптимальных систем управления рыбонасосом, световым оборудованием и режимом перемещения залавливающих устройств с использованием информации об объекте лова, рыбонасосных ус -тановках и показателях внешней среды, показаны пути реализации таких систем управления.

4. Экспериментально установлена работоспособность и определены мерительные характеристики приборов контроля концентрации рыбы у залавливающих устройств оптического и гидроакустического типа как элементов систем автоматизированного и автоматического управления ловом, уточнено распределение каспийской кильки в естественных условиях и у подводных источников света, оценен характер и степень влияния режима перемещения залавливающих устройств на производи -тельность лова рыбонасосными установками, подтверждена адекватность математической модели реальному процессу лова.

5. По результатам исследований разработаны системы автоматизированного и автоматического управления процессом лова рыбонасосными установками, в которых величина улова контролируется непосредственно у залавливающего устройства. По выданному нами техническому заданию "Касптехрыбпром" проектирует системы автоматизированного и автоматического лова рыбонасосными установками.

6. Приборы контроля концентрации рыбы у залавливающих устройств оптического и гидроакустического типа прошли опытную эксплуатацию на промысле каспийской кклвки. Внедрение систем автоматизированного и автоматического лова повышает производительность лова рыбонасосными установками на 15-20%, улучшает условия и культуру труда рыбаков. Экономический эффект от внедрения на рыбодобывающих судах ВРПО "Каспрыба" составит около 4,0 млн.руб.

7. Результаты исследований используются в проектно-конструктор -ской практике, а также в учебных заведениях при подготовке специа -листов по промышленному рыболовству и повышении их квалификации в курсах "Устройство орудий лова и технология добычи рыбы" и "Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства". г

1. Ажажа В.Г.,Соколов О.А. Подводная лодка в научном поиске.-Наука,М.:19бб -96с.

2. Аронов М.11. ,Выскребенцев Б.В.,Павлов О.Н. Подводные рыбохо-зяйственные исследования.-ВНИР0,М.:1969 .

3. Асланова Н.Е. Изучение поведения рыб в зоне действия орудий лова. "Труды ВНИР0".-Пищепромиздат,1958,с.36,с,33-51.

4. Багаутдинов И.И. Способ определения светового поля группы источников подводного освещения.- Рыбное хозяйство,1974,№ 3, с. 62-64.

5. Бадаев Л.А., Мельников Ю.С. Визуальные подводные наблюденияза поведением черноморской хамсы и ставриды у подводных источников света. Сб.Морские подводные исследования.Издательство Наука,М.1969 .

6. Баранов Ш.Е. Опыты лова рыбы с помощью электросвета в водах Приморья.- Известия ТИНР0,1955,т.43, с.139-166.

7. Бесекерский В.А. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления.-М.: Наука, ГУ'ЙЗ. -с,510с.

8. Борисов П.Г. Научные наблюдения и разведка рыбы с помощью света.-Рыбное хозяйство,1946, № 10-11, с.38-44 .

9. Борисов П.Г. Разведка и лов каспийской кильки на свет.-Рыбное хозяйство,1947, № 10, с.23-27.

10. Борисов П.Г. Лов рыбы при помощи электрического света.-М.: Пищепромиздат,1950. -с*24с .

11. XI. Борисов П.Г. Состояние и перспективы лова каспийской кильки на электросвет и перспективы внедрения электросвета в добывающую промышленность.-М.: Министерство рыбной промышленности СССР, 19о1, с.9 .

12. Борисов П.Г. Поведение рыб под воздействием искусственного света.- Тр.совещания по вопросам поведения и разведки рыб.М.: 1955,с.81-87 (Тр.совещаний и ихтиологической комиссии, в.5).

13. Борисов П.Г.,Протасов В.Р. Применение ламп накаливания и селективных источников света для лова рыб.-Рыбное хозяйство,1959,№12, с.48-49.

14. Гирса И.И. Биологические основы привлечения рыб на свет.- В кн.: Биологические основы управления поведением рыб.М.:1970,с.191-225 .

15. Гирса И.И. Поведение некоторых рыб в условиях фотоградиента.-Вопросы ихтиологии,1966,т.6,в.1,с.127-139 .

16. Гирса И.И. Особенности привлечения рыб на свет.-В кн.'.Поведение и рецепции рыб.-М.:1967,с.99-102 .

17. Грищенко Г.И. Опыты лова сельди на электрический свет.-Известия ТИНР0,1951,: т.34,с.153-156 .

18. Зуссер С.Г. Критика применения теории шропизмов к изучению поведения рыб.-Журнал общей биологии,1953,т.14,№ 2,c.I3I-I34.

19. Зуссер С.Г.,Эцинген P.M. Влияние фияиологического состояния рыб на их реакцию на свет.-Рыбное хозяйство,1961, № II .

20. Карпин Е.Б. и др. Автоматизация технологических процессов пищевых производств. -М. Шшцевая промышленность, 1977 430 с.

21. Кузнецов К.И. О поведении каспийской анчоусовидной килькив зоне электрического освещения в зимнее время.-Рыбное хо -зяйство,1970, № I .

22. Лексуткин А.Ф.,Никоноров И.В.,Патеев А.Х. Лов кильки рыбонасосом с использованием электрического света.-В кн.:Техника промышленного рыболовства и сетеснастное хозяйство.М.:1955, с.4-30 (труды ВНИРО,т.ЗО).

23. Лексуткин А.Ф.,Приходько В.И. Поведение кильки в освещенной зоне при лова на электрический свет.-Рыбное хозяйство,1951, .чо 12, с.11-13 .

24. Ловецкая А.А. 0 реакции кильки на свет.- "Труды совещания по физиологии рыб".М.:Издательство АН СССР,1958,с.121-123 .

25. Мальков Г.В.,Мельников В.Н. Бесконтакнтные методы количественной и качественной оценки концентрации рыб.В кн.:Рыбохозяйственные исследования КаспНИРХа в 1974 году,Астрахань,1979,с.-i49 .

26. Мельников В.Н. Исследование совокупности источников надводного освещения при лове рыбы.-В сб:Рефнрат«докладов и сообщений XIX Научной конференции Астрыбвтуяа.Астрахань, 1968, с.56-57.

27. Мельников В.Н. О влиянии некоторых факторов на искусственное световое поле в воде.-Тр.Калининградского технического института рыбной промышленности и хозяйства,1969,в.21,с.<s63-ki73 .

28. Мельников В.Н. Биофизические основы промышленного рыболовства.-М.:Пищевая промышленность,1973, -е,392 с.

29. Мельников В.Н. Основы управления объектом лова.-М.:Пищевая промышленность,197535В с .7 121

30. Мельников В.Н. Биотехническое обоснование показателей орудий и способов промышленного рыболовства.-М.:Пшцевая промышлен -ность, 1979,-376с.

31. Мельников В.Н. ,Ле-Динь-Ха.Сравнительные размеры зоны действия надводных и подводных источников.-В сб.; Рефераты докладов и сообщений XIX Научной конференции Астрыбвтуза.:Астрахань,1968, с.84-85.

32. Мельников В.Н.,Ле-Динь-Ха. Характер и степень влияния различных факторов на зону действия источников надводного освещения.-Рыб-ное хозяйство,19764, с.08-61 .

33. Мельников В.Н., Ле-Динь-Ха. Способы и методы изучения зоны действия источников надводного освещения.-Рыбное хозяйство, 1971, № 3, с.49-52 .

34. Мельников В.Н.,Мальков Г.В.,Богословский А.А. Использование прибора для определения концентрации рыбы у залавливающего устройства рыбонасоса.-Рыбное хозяйство,1979,№ 6, с.47 .

35. ЗЙ Мельников В.Н., Мальков Г.В. Прибор для определения концентрации рыбы у-залавливающего устройства рыбонасоса.-Рыбное хозяйство,1977, № 8, с.64-66 .

36. Ш) Мельников В.Н.,Мальков Г.В. Автоматизация лова каспийской кильки рыбонасосными установками.-Рыбное хозяйство,I960,№ 7, с.60-68 .

37. Мельников В.Н.,Нпзен-Хьен.О способах определения светового поля совокупности промысловых источников света.-Рыбное хозяйство, 1973, № 6, с.52-53 .

38. Мельников В.Н.,Соколов И.М.,Савин В.Н. Особенности лова рыбонасосом с применением света.-Рыбное хозяйство,1973, № 5, с.54 .

39. Мельников В.Н.,Савин В.Н. О связи между производительностью рыбонасосных установок по воде и по рыбе на промысле каспийской кильки.-Рыбное хозяйство,1974, № 5, с.50-51 .г