Оптимизация процесса лова каспийской кильки рыбонасосными установками на основе математического моделирования

Актуальность проблемы. Лов рыбонасосными установками относится к числу наиболее совершенных способов лова. Он отличается непрерывностью, относительно низкой энергоемкостью, малой трудоемкостью, 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. Управление 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 установками на основе системного биотехнического подходатеоретическое и экспериментальное обоснование математической модели процесса лова рыбонасосными установкамиразработка методов оптимизации режима работы рыбонасосных установоксинтез оптимальных систем управления процессом лова рыбонасосными установкамиразработка 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 ловапостроение структурной схемы моделинеобходимая идеализация процесса ловасоставление уравнений материального и энергетического баланса отдельных звеньев модели, определение начальных и конечных условий-раз-работка математического описания модели в целомопределение оптимальных значений показателей процесса ловасинтез системы управления 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 типапроверке работоспособности технических средств контроля процесса лова рыбонасосными установками в промысловых условияхопределении значений постоянных коэффициентов математической модели процесса ловаопределении статических характеристик процесса ловапроверке адекватности математической модели исследуемому процессуоценке 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 результатов. Разработку контрольно-измерительной аппаратуры и исследование её метрологических характеристик проводили в лабораториях Астрыбвтуза. Остальные исследования выполнены на основе экспериментальных 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 других 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 промысловых 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 установкамиуточнена степень влияния основных показателей способа лова на эффективность работы рыбонасосных установокразработаны методы повышения эффективности лова на основе оптимизации режима работы рыбонасосных установокрешены задачи синтеза оптимальных систем управления процессом лова рыбонасосными установками.

Практическая ценность работы заключается в следующем: разработаны основы проектирования систем управления процессом лова рыбонасосными установкамиразработаны и испытаны в промысловых условиях системы автоматизированного лова рыбонасосными установками с датчиками концентрации рыбы оптического и гидроакустического типавпервые 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 производительности 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 рыбонасосными установками были смонтированы и испытаны под руководством автора 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 проектирование среднетоннажного рыбоморозильного судна для лова каспийской кильки. Техзаданием предусмотрена установка прибора для определения 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 установок 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 хоздоговорным 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 Астрыбвтузана 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 установки и внешней среды.

2. С применением математической модели уточнен характер и степень влияния показателей способа лова на эффективность работы рыбонасосных установок, установлены оптимальные по производительности лова соотношения между параметрами управления (мощностью привлекающих источников света, производительностью рыбонасосов по воде, перемещением залавливающих устройств). Полученные оптимизационные зависимости рекомендуется использовать при проектировании рыбонасосных установок и в процессе лова для выбора района промысла, показателей светового оборудования и режима перемещения залавливающих 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 установках 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 производительность 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-конструкторской практике, а также в учебных заведениях при подготовке специалистов по промышленному рыболовству и повышении их квалификации в курсах «Устройство орудий лова и технология добычи рыбы» и «Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства». г.