Введение к работе
Основная научная направленность. Многие века существует такая слож-я биологическая система как ЧЕЛОВЕК. Эта система для обеспечения своей ізнедеятельности создавала всевозможные машины, механизмы и приборы; торые прошли длительный путь эволюционного развития, начиная с ве-чайшего изобретения древних КОЛЕСА и КОЛЕСНИЦЫ и кончая совре-нными сложнейшими машинами.
Вся история развития машин и цивилизации может быть разделена на а периода: первый период - создание и совершенствование машин, не обла-ющих интеллектом и второй период - создание и совершенствование ннтел-сгуапьных 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, кшн, 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 «готовлений машин, управлении) возможна только в рамках человеко-шьютерных систем, рис. 1.
Че/іоВеко - компьютерная система MAN -COMPUTER SYSTEM
(Аппаратура,
Прикладные про*ромпы,пп Application Software
ИНТЕРФЕЙС А-ПП
сомі*лнв.сон
фі DOS.SH&
\j.i.d4XJtt4^fi*
СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Операционная Система (Operating System, OS): MS DOS, OS/t. UNIX, Sun OS, Windows /IT
Рис. 1. Человеко-компыотерная система (ЧКС)
Разумеется, что технологии обработки информации человеке- компью-іоії системой существенно отличаются от чисто человеческих технологий об-
работки той же информации, они получили название Компьютерных Технолі гнй, КТ (Computer Technology, СТ). Фундаментом КТ является математическо программное и информационное обеспечения.
Различают микро и макро-компьютерные 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 ш 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 яі 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 фундаментальну] 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, C++) и пргасладньїі программам общего назначения: текстовым процессорам (Лексикон, MS WORD), графическим процессорам (Auto-CAD), электронным таблица] (EXCEL), системам управления базами данных (dBASE), интегрированным т 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 рьіболої ство) переживает глубочайший кризис, который объясняется следующим причинами.
Во-первых, слабой подготовкой специалистов в ВУЗах рыбной отраслі так как она ведется, в основном, по устаревшим учебникам, не отражающиі последних достижений Мировой Науки и рыболовной практики. Особенно эт касается компьютерных технологий проектирования орудий рыболовства и производства и управления рыбопромысловыми комплексами, цехами, судамі промыслом. Ліпсвидация этого отставания возможна только путем объединени 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 структурированны, поэтому они используются не эффе* тивно. Эта структуризация возможна только путем использования новейши компьютерных технологий моделирования информации и создания объекте 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-\а, ...) достигли такой степени совершенства, что дальнейшая их модернизация і улучшение требует больших временных и экономических затрат и не может іать большого эффекта.
Поэтому прогресс рыболовства возможен на путях разработки принци-іиально 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-ьютерных технологий моделирования информации, проектирования орудий ыболовства, 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. Норенкова, И.Н. Орлова, СИ. Маслова, Ю.Б. Барадулина, В.М. Курейчика, И. Сольницееа, Э.В. Попова, Г.С. Поспелова, Д. А. Поспелова, Б. Хокса, Хорофаса, С. Легг, X. Шварце, Г. Холъцгрефе, Ж. Энкарначчо, Э. Шлехтендаль, . Гардан, М. Люка, М. Кубонава, Ы. 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. Расулева; В.П. Карпенко, Э.А. Карепнко и др. Не-іходимо отметить, что до сих пор не проработаны многие теоретические и іактические 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-зм 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 шологий в рыболовстве.
Основные задачи диссертации:
разработка математического обеспечения компьютерных технологий в омышлениом рыболовстве, связанных с расчетами характеристик орудий ло-н их оптимизацией, автоматизированным проектированием и автоматизиро-гной 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 учетол 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 базої компьютерной графики в рыболовстве;
разработка программного обеспечения компьютерных технологий і рыболовстве;
разработка программ расчета характеристик ваеров и траловых досок;
разработка программы расчета характеристик траловой риболовної системы и промысловой настройки ее на оптимальные режимы работы;
разработка информационного обеспечения компьютерных технологій в рыболовстве;
обоснование основных принципов разработки реляционных баз дан ных в промышленном рыболовстве;
разработка алгоритмического обеспечения компьютерных технологий і рыболовстве;
- разработка алгоритмов решения оптимизационных задач в рыбо
ловстве;
разработка алгоритмов создания математических моделей рыболовньи 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 риболовної 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 вра-дения;
-разработаны основы теории канатно-сетных структур, используемых в ыболовсгве, позволяющей свести графическую часть проекта орудия лова к абору структурных формул, необходимых для выполнения компьютерной ґратки 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 астронке траловых рыболовных систем
-разработана общая методика решения задач промышленного рыбо-овства с использованием компьютерных технологий.
Практическая ценность работы заключается в том, что
-
Она позволяет перейти от докомпьютерных способов решения задач ромышленного рыболовства на компьютерные технологии их решения и ис-ользовать компьютерное моделирование в рыболовной практике, что іачительно повышает эффективность работы человеко- компьютерных систем рыболовстве;
-
Она позволяет выполнять автоматизированную промысловую на-гройку траловых рыболовных систем, что существенно сокращает эконо-ические и временные затраты на траловом промысле;
-
Она позволяет графическую часть проекта орудия лова свести к набо-у структурных формул и используя специальную программу - транслятор, от-эражающую структурные формулы в элементы орудий лова, выполнять ком-ііогерную графику орудий рыболовства.
Реализация работы. Результаты исследований широко используются в альрыбвтузе при изучении таких дисциплин как "Основы научных исследова-іії", "САПРрыбопромысловой техники", "Теории и проектирования орудий превышенного рыболовства". На основе их в настоящее время разрабатываются шнцнпнально новые учебники и учебные пособия по этим дисциплинам, в >торых весь материал строится на базе компьютерных технологий. Они также шользуются на курсах по обучению преподавателей Дальрыбвтуза компью-рным технологиям.
Программа автоматизированной настройки тралов, разработанная ав-іром, используется в компьютерном тренажерном центре кафедры ПР Даль-.ібвтуза, 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 тралов, в проектных орга-ізациях при проектирование новых тралов (тралы с гибкими распорными уст-ійствами 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, іженерам отдела промышленного рыболовства ТУРНИФ в 1990-91 гг, препо-вателям Дальрыбвтуза в 1992-93 гг, на заседании бассейновой секции "Тихий
Океан" ДВО АНСССР (21.12.89), на коллоквиуме лаборатории промышленно го рыболовства ВНИРО в 1995 г., на расширенном заседании кафедры про мышленного 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.