RU2593171C2

RU2593171C2 - Scientific and research simulator complex for simulating ice control operations environment around sea floating and gravitational structures

Info

Publication number: RU2593171C2
Application number: RU2014151819/11A
Authority: RU
Inventors: Валерий Адамович Беляшов; Юрий Андреевич Симонов; Андрей Игоревич Латушко; Александр Николаевич Соколов; Дмитрий Владимирович Казунин; Илья Васильевич Титков
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-07-27
Also published as: RU2014151819A

Abstract

FIELD: training means.

SUBSTANCE: scientific and research simulator complex for simulating ice control operations environment around sea floating and gravitational structures comprises universal navigation simulator, a unit for physical modeling of movement of ice-breaking ships. Universal navigation simulator comprises Instructor station, training place in the form of a navigation bridges, stationary serving technical facilities. Stationary technical devices include server station and computer-aided workstations. Automated workstation comprises means virtual simulation of external conditions, development system simulator databases editor mathematical models of vessels. Physical modeling unit contains self-propelled wireless remote-controlled model exploitation, wireless remote control. Self-propelled remote-controlled model comprises self-contained propulsion-steering complex, autonomous system of measuring forces and moments in propulsion-steering complex, autonomous system of measuring kinematic and dynamic parameters of model, independent system determining the position of model in space, a control module, processing and recording of measurements.

EFFECT: higher precision of dynamic parameters of the ship at modelling of its movement in sea ice conditions.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области имитационной техники, а более конкретно к тренажерам морских операций и предназначен для совместного обучения экипажей судов обеспечения и добывающих платформ таким морским операциям, как буксировка крупногабаритных инженерных сооружений, в том числе в ледовых условиях, их позиционирование и установка в заданном месте, проведение грузобалластных операций, а также для разработки тактических приемов управления ледовой обстановкой (УЛО) у морских ледостойких сооружений при совместной работе нескольких ледокольных судов.The invention relates to the field of simulation technology, and more particularly to simulators of marine operations and is intended for joint training of crews of support vessels and mining platforms in marine operations such as towing large-sized engineering structures, including in ice conditions, their positioning and installation in a given place, cargo ballast operations, as well as for the development of tactics for managing the ice situation (UL) in offshore ice-resistant structures with the joint work of several pier ships.

В настоящее время ведется интенсивная разработка месторождений углеводородов на Арктическом шельфе, что потребует производства новых добывающих платформ, вспомогательных ледокольных судов, танкеров ледового класса, а значит, потребуется подготовка новых экипажей и отработка новых технологий УЛО с нестандартными типами маневров.Currently, intensive development of hydrocarbon deposits on the Arctic shelf is underway, which will require the production of new production platforms, auxiliary icebreaking vessels, ice-class tankers, which means that it will be necessary to train new crews and develop new technologies for ULV with non-standard types of maneuvers.

Судоходство в ледовых условиях само по себе является непростой задачей, а при маневрировании и проведении различных операций в ледовых условиях вблизи добывающих сооружений риски возникновения аварийных ситуаций многократно повышаются, особенно при работе нескольких судов в ограниченной акватории. Поэтому подготовка экипажей судов к проведению совместных ледовых операций экономически гораздо выгоднее проводить на тренажерах, а не в реальных условиях. При этом можно проанализировать возникающие аварийные ситуации и разработать рекомендации по их предотвращению.Navigation in ice conditions is a difficult task in itself, and when maneuvering and conducting various operations in ice conditions near mining facilities, the risks of emergencies increase many times, especially when several vessels operate in a limited water area. Therefore, the preparation of crews for joint ice operations is economically much more profitable to carry out on simulators, and not in real conditions. In this case, it is possible to analyze emerging emergencies and develop recommendations for their prevention.

Известны и получили достаточно широкое внедрение отечественные тренажеры судоводителей с использованием полномасштабных моделей интегрированных мостиковых систем, имитацией функционирования судовых технических средств и визуализацией окружающей обстановки.Domestic simulators of navigators are known and widely used using full-scale models of integrated bridge systems, simulating the functioning of ship technical equipment and visualizing the environment.

Наиболее близким к настоящему техническому решению по технической сущности является навигационный тренажерный комплекс Navi-Trainer Professional (http://www.transas.ru/products/NTPROIce?from=9990), включающий универсальный навигационный тренажер, содержащий инструкторские станции и учебные места в виде навигационных мостиков в любой конфигурации, и стационарные обслуживающие технические средства в виде серверных станций и автоматизированных рабочих мест, включающих средства виртуального моделирования внешних условий, систему разработки тренажерных баз данных и редактор математических моделей судов, (см. приложение: рекламный буклет Группы Транзас (выставка «Нева-2013», Санкт-Петербург, 2013 г). Основным недостатком известного тренажерного комплекса является недостаточная точность воспроизведения динамических параметров судна при моделировании его движения в ледовых условиях, а также трудоемкий и длительный процесс настройки тренажера под конкретное судно (подбор коэффициентов для различных режимов движения и пр.). При этом настройка современных тренажеров производится на основе данных, полученных при выполнении стандартных маневров при натурных или модельных испытаниях.Closest to the present technical solution in technical essence is the Navi-Trainer Professional navigation simulator complex (http://www.transas.ru/products/NTPROIce?from=9990), which includes a universal navigation simulator containing instructor stations and training places in the form navigation bridges in any configuration, and stationary servicing equipment in the form of server stations and workstations, including virtual modeling tools for external conditions, a system for developing training databases and professor of mathematical models of ships, (see appendix: Transas Group brochure (Neva-2013 exhibition, St. Petersburg, 2013). The main disadvantage of the known simulator complex is the lack of accuracy in reproducing the vessel’s dynamic parameters when simulating its movement in ice conditions, as well as the time-consuming and lengthy process of setting up the simulator for a specific vessel (selection of coefficients for various driving modes, etc.). At the same time, the adjustment of modern simulators is based on data obtained when performing standard maneuvers during field or model tests.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение точности воспроизведения динамических параметров судна при моделировании его движения в морских ледовых условиях, в том числе при выполнении нестандартных маневров при различных режимах движения, и снижение трудозатрат на настройку тренажерного комплекса под конкретное судно.The objective of the proposed invention is to increase the accuracy of reproducing the dynamic parameters of the vessel when simulating its movement in sea ice conditions, including when performing non-standard maneuvers in various modes of movement, and reducing labor costs for setting up the training complex for a specific vessel.

Для этого в состав известного научно-исследовательского тренажерного комплекса моделирования операций управления ледовой обстановкой вокруг морских плавучих и гравитационных сооружений, включающего универсальный навигационный тренажер, содержащий инструкторские станции и учебные места в виде навигационных мостиков в любой конфигурации, и стационарные обслуживающие технические средства в виде серверных станций и автоматизированных рабочих мест, включающих средства виртуального моделирования внешних условий, систему разработки тренажерных баз данных и редактор математических моделей судов, по изобретению введен блок физического моделирования движения ледокольных судов в ледовом опытовом бассейне и выполняемых этими ледокольными судами операций управления ледовой обстановкой в моделируемых ледовых условиях. Указанный блок включает, по меньшей мере, одну самоходную беспроводную дистанционно-управляемую модель ледокольного судна, которая оснащена автономном движительно-рулевым комплексом и оборудована автономной системой измерения сил и моментов на указанном движительно-рулевом комплексе, автономной системой измерения кинематических и динамических параметров движения упомянутой модели, автономной системой определения положения модели в пространстве, модулем управления, обработки и регистрации результатов упомянутых измерений, связанным с указанными системами с одной стороны и с редактором математических моделей судов универсального навигационного тренажера с другой стороны. Также в указанный блок физического моделирования движения ледокольных судов входит расположенный на расстоянии и снабженный программным обеспечением беспроводной пульт управления дистанционно-управляемой моделью. При этом редактор математических моделей судов дополнен программным модулем импорта информации от блока физического моделирования.To do this, the composition of the well-known research simulator complex for simulating ice control operations around marine floating and gravity structures, including a universal navigation simulator containing instructor stations and training places in the form of navigation bridges in any configuration, and stationary maintenance equipment in the form of server stations and workstations, including tools for virtual modeling of external conditions, development system renazhernyh database editor and mathematical models of vessels of the invention are administered block physical movement simulation icebreaking vessels in ice towing tank and performed by these icebreaking vessels Ice control operations in simulated ice conditions. The specified unit includes at least one self-propelled wireless remote-controlled model of an icebreaking vessel, which is equipped with an autonomous propulsion and steering complex and equipped with an autonomous system for measuring forces and moments on the specified propulsion and steering complex, an autonomous system for measuring kinematic and dynamic parameters of motion of the said model , an autonomous system for determining the position of the model in space, the control module, processing and recording the results of the above measurements, is connected with the indicated systems on the one hand and with the editor of mathematical models of ships of the universal navigation simulator on the other hand. Also included in the indicated block of physical modeling of icebreaking vessel movements is a remote control unit remotely controlled with software and is located at a distance. At the same time, the editor of mathematical models of ships is supplemented with a software module for importing information from a physical modeling block.

При этом связь модуля управления, обработки и регистрации результатов измерений с редактором математических моделей судов универсального навигационного тренажера осуществляется посредством беспроводного соединения и/или переносных накопителей информации.Moreover, the connection of the control module, processing and recording of measurement results with the editor of mathematical models of ships of the universal navigation simulator is carried out through a wireless connection and / or portable information storage devices.

Введение в состав научно-исследовательского тренажерного комплекса блока физического моделирования позволяет оперативно получать требуемые данные для повышения точности воспроизведения динамических параметров судна при движении в морских ледовых условиях, в том числе при выполнении нестандартных маневров при любых режимах движения.The introduction of a physical modeling unit into the research and training simulator complex allows you to quickly obtain the required data to improve the accuracy of reproducing the vessel's dynamic parameters when moving in sea ice conditions, including when performing non-standard maneuvers in any movement conditions.

Дополнение редактора математических моделей судов программным модулем импорта информации от блока физического моделирования обеспечивает снижение трудозатрат на настройку тренажерного комплекса под конкретное судно за счет автоматизированного получения данных от блока физического моделирования, а также их автоматического ввода в математическую модель судна.The addition of the editor of mathematical models of ships with a software module for importing information from a physical modeling block provides a reduction in labor costs for setting up the simulator complex for a specific ship due to the automated receipt of data from the physical modeling block, as well as their automatic input into the mathematical model of the ship.

Связь блока физического моделирования с универсальным навигационным тренажером посредством беспроводного соединения и/или переносных накопителей информации позволяет каждому из них работать автономно и на значительном удалении друг от друга.The connection of the physical modeling unit with a universal navigation simulator through a wireless connection and / or portable storage devices allows each of them to work autonomously and at a considerable distance from each other.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется рисунком, на котором изображена блок-схема научно-исследовательского тренажерного комплекса моделирования операций управления ледовой обстановкой вокруг морских плавучих и гравитационных сооружений.The essence of the alleged invention is illustrated in the figure, which shows a block diagram of a research simulator complex for simulating operations to control the ice situation around marine floating and gravity structures.

Предлагаемый научно-исследовательский тренажерный комплекс включает универсальный навигационный тренажер 1 и блок физического моделирования 2 движения ледокольных судов в ледовом опытовом бассейне и выполняемых этими ледокольными судами операций управления ледовой обстановкой в моделируемых ледовых условиях. Универсальный навигационный тренажер 1 содержит инструкторские станции 3 и учебные места 4 в виде навигационных мостиков в любой конфигурации, стационарные обслуживающие технические средства 5 в виде серверных станций 6 и автоматизированных рабочих мест 7, включающих средства виртуального моделирования внешних условий 8, систему разработки тренажерных баз данных 9 и редактор математических моделей судов 10.The proposed research simulator complex includes a universal navigation simulator 1 and a physical modeling unit 2 for the movement of icebreaking vessels in the ice pilot basin and icebreaking operations performed by these icebreaking vessels in simulated ice conditions. Universal navigation simulator 1 contains instructor stations 3 and training places 4 in the form of navigation bridges in any configuration, stationary servicing equipment 5 in the form of server stations 6 and workstations 7, including virtual modeling tools for external conditions 8, a system for developing training databases 9 and editor of mathematical models of ships 10.

Блок физического моделирования 2 включает по меньшей мере одну самоходную беспроводную дистанционно-управляемую модель ледокольного судна 11 и расположенный на расстоянии и снабженный программным обеспечением беспроводной пульт управления 12 моделью 11.The physical modeling unit 2 includes at least one self-propelled wireless remote-controlled model of the icebreaking vessel 11 and a remote and software-based wireless control panel 12 of the model 11.

Модель ледокольного судна 11 оснащена автономным движительно-рулевым комплексом 13 и оборудована автономной системой измерения сил и моментов 14 на движительно-рулевом комплексе 13, автономной системой измерения кинематических и динамических параметров движения 15, автономной системой определения положения 16 в пространстве и модулем управления, обработки и регистрации результатов упомянутых измерений 17.The model of the icebreaking vessel 11 is equipped with an autonomous propulsion and steering complex 13 and is equipped with an autonomous system for measuring forces and moments 14 on the propulsion and steering complex 13, an autonomous system for measuring kinematic and dynamic parameters of motion 15, an autonomous system for determining the position of 16 in space and a control, processing and recording the results of said measurements 17.

Модуль управления, обработки и регистрации результатов измерений 17 модели 11 блока физического моделирования 2 связан с редактором математических моделей судов 10 универсального навигационного тренажера 1 посредством беспроводного соединения Wi-Fi и/или переносных накопителей информации.The module for controlling, processing and recording measurement results 17 of model 11 of the physical modeling unit 2 is connected to the editor of mathematical models of ships 10 of the universal navigation simulator 1 by means of a wireless Wi-Fi connection and / or portable information storage devices.

Эксплуатация научно-исследовательского тренажерного комплекса моделирования операций управления ледовой обстановкой осуществляется следующим образом.The operation of the research and development training complex for modeling ice management operations is as follows.

В ледовом бассейне оператор с пульта дистанционного управления 12 управляет моделью 11. При этом все данные от движительно-рулевого комплекса 13, автономной системы измерения сил и моментов 14, автономной системы измерения кинематических и динамических параметров движения 15 и автономной системы определения положения 16 модели 11 в пространстве, поступают в модуль управления, обработки и регистрации результатов измерений 17, где сохраняются в файл. Параллельно модуль управления, обработки и регистрации результатов измерений 17 по беспроводному соединению Wi-Fi передает данные на пульт дистанционного управления 12, где оператор в реальном времени контролирует ход эксперимента.In the ice pool, the operator controls the model 11 from the remote control 12. Moreover, all the data from the propulsion and steering complex 13, the autonomous system for measuring forces and moments 14, the autonomous system for measuring the kinematic and dynamic parameters of the movement 15, and the autonomous system for determining the position 16 of model 11 space, enter the control module, processing and recording the measurement results 17, where they are saved in a file. In parallel, the module for controlling, processing and recording measurement results 17 over a wireless Wi-Fi connection transmits data to the remote control 12, where the operator real-time monitors the progress of the experiment.

После проведения эксперимента полученные данные от модуля управления, обработки и регистрации результатов измерений 17 блока физического моделирования 2 после предварительной подготовки передаются по беспроводному соединению Wi-Fi либо посредством переносных накопителей информации в редактор математических моделей 10 универсального навигационного тренажера 1, где с учетом этих данных создается новая или корректируется существующая математическая модель судна.After the experiment, the data obtained from the control, processing, and recording module of the measurement results 17 of the physical modeling unit 2, after preliminary preparation, are transmitted via a Wi-Fi wireless connection or via portable information storage devices to the mathematical model editor 10 of the universal navigation simulator 1, where, taking into account these data, new or corrected existing mathematical model of the vessel.

С помощью средств виртуального моделирования внешних условий 8 и системы разработки тренажерных баз данных 9 задаются внешние условия и готовятся сценарии предполагаемых работ. Данные от средств виртуального моделирования внешних условий 8, системы разработки тренажерных баз данных 9 и редактора математических моделей 10 взаимосвязаны в рамках каждого сценария. Эти данные из автоматизированных рабочих мест 7 передаются на серверные станции 6, откуда в процессе работы универсального навигационного тренажера 1 загружаются в инструкторские станции 3 и учебные места 4. Данные от инструкторских станций 3 и учебных мест 4, полученные при проведении работ универсального навигационного тренажера 1 передаются на серверные станции 6, откуда могут быть доступны для обработки на автоматизированных рабочих местах 7.With the help of virtual modeling tools for external conditions 8 and the development system for training databases 9, external conditions are specified and scenarios of the proposed work are prepared. Data from virtual modeling tools for environmental conditions 8, the development system for simulator databases 9 and the editor of mathematical models 10 are interconnected within each scenario. These data from workstations 7 are transferred to server stations 6, from where, during the operation of the universal navigation simulator 1, they are downloaded to instructor stations 3 and training places 4. Data from instructor stations 3 and training places 4, obtained during the work of the universal navigation simulator 1, are transmitted to server stations 6, from where they can be accessed for processing at workstations 7.

После создания математических моделей судов в редакторе математических моделей 10 в универсальном навигационном тренажере 1 по заранее подготовленным сценариям производятся следующие виды работ: проверка разработанных методик УЛО, отработка действий при морских операциях (в т.ч. грузобалластных) в сложных ледовых условиях, подготовка экипажей судов к проведению совместных ледовых операций и отработка действий в аварийных ситуациях.After creating mathematical models of ships in the editor of mathematical models 10 in a universal navigation simulator 1, the following types of work are carried out according to pre-prepared scenarios: checking the developed ULO techniques, practicing actions during offshore operations (including cargo ballast) in difficult ice conditions, training crews to conduct joint ice operations and practice actions in emergency situations.

В процессе моделирования морских операций УЛО в тренажерном комплексе с помощью опытных судоводителей производится отработка известных и разработка новых методов и тактических приемов управления ледовой обстановкой, на основании которых затем будут разрабатываться регламентирующие документы по управлению ледовой обстановкой у морских плавучих и гравитационных сооружений.In the process of simulating offshore operations in the simulator complex with the help of experienced boatmasters, the well-known methods are developed and new methods and tactics for managing the ice situation are developed, on the basis of which regulatory documents will then be developed for managing the ice situation in marine floating and gravity structures.

Предлагаемый научно-исследовательский тренажерный комплекс моделирования операций управления ледовой обстановкой вокруг морских плавучих и гравитационных сооружений позволяет наиболее точно моделировать динамические параметры движения судов в морских ледовых условиях при выполнении любых маневров на всех режимах движения, а также сократить время, затрачиваемое на создание уточненных математических моделей судов, используемых в работе тренажерного комплекса, что выгодно отличает его от прототипа.The proposed research simulator complex for simulating ice management operations around marine floating and gravity structures allows you to most accurately model the dynamic parameters of the movement of ships in marine ice conditions when performing any maneuvers in all traffic modes, as well as reduce the time taken to create refined mathematical models of ships used in the work of the training complex, which distinguishes it from the prototype.

Claims

1. Research and development training complex for modeling ice management operations around marine floating and gravity structures, including a universal navigation simulator containing instructor stations and training sites in the form of navigation bridges in any configuration, stationary maintenance equipment in the form of server stations and workstations which include tools for virtual modeling of external conditions, a system for the development of training databases and ed a ship of mathematical ship models, characterized in that a block of physical modeling of icebreaking vessel motion in the ice test basin and ice operations performed by them in simulated ice conditions is introduced into it, including at least one self-propelled wireless remote-controlled model of an icebreaking ship equipped with an autonomous propulsion and steering complex and equipped with an autonomous system for measuring forces and moments on the specified propulsion and steering complex, autonomous system measuring the kinematic and dynamic parameters of the motion of the said model, an autonomous system for determining the position of the model in space, a control module for processing and recording the results of the said measurements associated with the indicated systems on the one hand and with the editor of mathematical models of ships of the universal navigation simulator on the other hand, and located on distance and software-controlled wireless remote control remote-controlled model, while the editor math The model of ships has been supplemented with a software module for importing information from a physical modeling unit.

2. The training complex for modeling ice control operations according to Claim 1, characterized in that the communication module for controlling, processing and recording the results of measurements of the physical modeling block with the editor of mathematical models of ships of the universal navigation simulator is carried out using a wireless connection and / or portable information storage devices.