PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI. Zeszyt 32

Transkrypt

1 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI Zeszyt 32 Gdynia 2017

2 KOLEGIUM REDAKCYJNE: Jacek JANUSZEWSKI Krzysztof KOŁOWROCKI Leszek SMOLAREK Cezary SPECHT Henryk ŚNIEGOCKI REDAKTOR NAUKOWY: Leszek SMOLAREK REDAKTOR NACZELNY: Agnieszka BLOKUS-ROSZKOWSKA REDAKTOR TECHNICZNO-JĘZYKOWY (JĘZ. ANG.): Joanna SZŁAPCZYŃSKA RECENZENCI: dr hab. inż. Teresa ABRAMOWICZ-GERIGK, prof. nadzw. AMG, Akademia Morska w Gdyni dr inż. Marcin BUDZYŃSKI, Politechnika Gdańska dr inż. of. wacht. Paweł CHORAB, Akademia Morska w Szczecinie prof. dr hab. inż. Zbigniew DĄBROWSKI, Politechnika Warszawska dr hab. inż. kpt. ż.w. Włodzimierz FILIPOWICZ, prof. nadzw. AMG, Akademia Morska w Gdyni dr Sambor GUZE, Akademia Morska w Gdyni dr hab. inż. Kazimierz JAMROZ, prof. nadzw. PG, Politechnika Gdańska prof. dr inż. kpt. ż.w. Mirosław JURDZIŃSKI, Akademia Morska w Gdyni dr hab. inż. arch. Karolina KROŚNICKA, Politechnika Gdańska dr hab. inż. Jakub MONTEWKA, prof. nadzw. AMG, Akademia Morska w Gdyni dr hab. inż. Zbigniew PIETRZYKOWSKI, prof. nadzw. AM Szczecin, Akademia Morska w Szczecinie dr hab. Adam PRZYBYŁOWSKI, prof. nadzw. AMG, Akademia Morska w Gdyni dr inż. Krzysztof RUDZKI, Akademia Morska w Gdyni dr hab. inż. Rafał SZŁAPCZYŃSKI, prof. nadzw. PG, Politechnika Gdańska dr inż. kpt. ż.w. Przemysław WILCZYŃSKI, Akademia Morska w Gdyni dr hab. inż. Wiesław WSZOŁEK, prof. nadzw. AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wszystkie artykuły zamieszczone w niniejszym numerze zostały zrecenzowane REDAKCJA I KOREKTA: Ewa GIEDZIUN PROJEKT OKŁADKI: Marek KOŁODZIEJ WYDAWCA: AKADEMIA MORSKA W GDYNI ul. Morska Gdynia Wszelkie prawa autorskie i wydawnicze zastrzeżone ISSN

3 SPIS TREŚCI Strona POŻEGNANIE TWÓRCY I PIERWSZEGO REDAKTORA NACZELNEGO PRAC WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO... 5 M. JURDZIŃSKI Domena statku w nawigacji morskiej... 9 M. JURDZIŃSKI Międzynarodowa Organizacja Morska (IMO) w procesie globalizacji żeglugi morskiej J. KOZAK Problems with Modelling the Strength Properties A. CZAJA of Sailing Vessels Rigging Ropes K. MALINOWSKA Porównanie komputerowych metod obliczania oporu jednostki żaglowej z metodą doświadczalną T. MISORZ Postępowanie z wodami balastowymi na statkach w żegludze międzynarodowej w świetle konwencji BWM M. MODZELEWSKA Przegląd trendów IT w zarządzaniu sieciami dostaw, R. BOROWSKI które decydują o współczesnej przewadze rynkowej A. KAIZER K. RUDZKI Koncepcja symulatora nawigacyjnego planowania podróży z wykorzystaniem modelu neuronowego układu napędu statku A. SALOMON Potencjał portu Gdańsk na rynku usług portowych B. ZAJĄCZKOWSKA Wytrzymałość pętli wplatanych na linach podwójnie A. KARCZEWSKI plecionych A. CZAJA J. KOWALSKI M. ŻYCZKOWSKI Wyznaczanie trasy statku żaglowego z ograniczeniem zmian kursu

4

5 Pożegnanie twórcy i pierwszego redaktora naczelnego Prac Wydziału Nawigacyjnego dr hab. Michał Holec, prof. nadzw. AMG ( ) 8 lutego 2017 roku zmarł dr hab. Michał Holec, prof. nadzwyczajny AMG, komandor w stanie spoczynku, były dziekan Wydziału Nawigacyjnego Akademii Morskiej w Gdyni, długoletni kierownik Katedry Nawigacji, członek Komitetu Transportu Polskiej Akademii Nauk, twórca Sympozjum Nawigacyjnego, pomysłodawca i pierwszy redaktor naczelny Prac Wydziału Nawigacyjnego, oddany bez reszty pracy naukowej, dydaktycznej i organizacyjnej na rzecz szkolnictwa morskiego, wychowawca wielu pokoleń oficerów Marynarki Wojennej oraz Polskiej Marynarki Handlowej, wielki autorytet w dziedzinie nawigacji, oceanografii i meteorologii. Został pochowany z honorami na cmentarzu Marynarki Wojennej w Gdyni. Prof. Holec urodził się 27 sierpnia 1937 roku w Sępólnie Krajeńskim. W 1959 roku ukończył Wydział Pokładowy (nawigacja i eksploatacja okrętów) Wyższej Szkoły Marynarki Wojennej w Gdyni. Jako jeden spośród trzech absolwentów z najlepszymi lokatami na swoim roku studiów, mających prawo wyboru okrętu do dalszej służby, bez wahania wybrał służbę na ORP Iskra. W roku 1962 został starszym asystentem w Katedrze Nawigacji WSMW.

6 6 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 W 1965 roku ukończył w trybie eksternistycznym studia magisterskie na Wydziale Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Warszawskiego, uzyskując tytuł magistra geografii w zakresie klimatologii. Jego praca pt. Charakterystyka zjawiska mgły na zachodnim wybrzeżu Zatoki Gdańskiej wygrała coroczny ogólnopolski konkurs ogłaszany przez Polskie Towarzystwo Geofizyczne na najlepszą pracę magisterską z zakresu nauk o Ziemi. Zainteresowania hydrometeorologiczną osłoną działalności ludzkiej na morzu, zwłaszcza transportu morskiego, doprowadziły do przygotowania rozprawy doktorskiej pt. Klimat strefy przejściowej Morza Bałtyckiego a warunki nawigacyjne, w całości poświęconej problematyce optymalizacji żeglugi przez Cieśniny Duńskie z uwzględnieniem zmiennych w ciągu roku warunków meteorologicznych i hydrograficznych. W obszarze tej problematyki mieści się również rozprawa habilitacyjna Profesora Hydrometeorologiczne zabezpieczenie działań okrętów zwalczania okrętów podwodnych, w której przedstawił oryginalną metodę prognozowania pionowych rozkładów prędkości dźwięku w wodzie, decydujących o zasięgu okrętowych stacji hydrolokacyjnych, a także wskazujących możliwości manewru uchylania się okrętu podwodnego przed okrętami poszukującymi. Ukoronowaniem aktywności naukowej jest podręcznik Podstawy meteorologii i nawigacji meteorologicznej, napisany wspólnie z Piotrem Tymańskim, wydany przez Wydawnictwo Morskie w Gdańsku (wyd. I 1973, wyd. II 1980). Podczas służby i pracy w Wyższej Szkole Marynarki Wojennej Prof. Holec przeszedł kolejne szczeble kariery nauczycielskiej po stanowisko komendanta Instytutu Nawigacji i Hydrografii Morskiej ( ). Pracę na Wydziale Nawigacyjnym Wyższej Szkoły Morskiej w Gdyni rozpoczął w roku 1989, do roku 2003 będąc kierownikiem Katedry Nawigacji, równolegle przez dwie kadencje ( ) prodziekanem do spraw nauki, a od roku 2002, przez dwie kadencje, do roku 2008 dziekanem Wydziału Nawigacyjnego. Jako kierownik Katedry Nawigacji ( ) zainicjował ogólnopolskie sympozjum naukowe poświęcone nawigacji i bezpieczeństwu transportu morskiego, przewodnicząc komitetowi organizacyjnemu w jego pierwszych pięciu kolejnych edycjach. W roku 1995 zainicjował regularne wydawanie Prac Wydziału Nawigacyjnego. Naukowa i dydaktyczna, a także popularyzatorska działalność katedr Wydziału Nawigacyjnego charakteryzowała się wówczas znacznym zróżnicowaniem tematycznym, co było uwarunkowane odmiennością specjalizacji: od szeroko rozumianej problematyki nawigacyjnej, przez problemy eksploatacji statków i manewrowania nimi, specyficzne problemy meteorologii i oceanografii nautycznej do elementów prawa morskiego i eksploatacji portów. Klamrą, spinającą tak zróżnicowaną problematykę naukowo-

7 Pożegnanie twórcy i pierwszego redaktora naczelnego Prac Wydziału Nawigacyjnego 7 dydaktyczną, wydawało się podporządkowanie jej potrzebom transportu morskiego. W związku z tym Profesor podjął pierwsze kroki w kierunku przygotowania Wydziału do późniejszego wystąpienia o przyznanie uprawnień do nadawania stopnia doktora w dyscyplinie transportu. W roku 1995 zrodziła się inicjatywa wydawania Prac Wydziału Nawigacyjnego, mających stanowić forum prezentacji dorobku katedr i pracowników Wydziału Nawigacyjnego. Wydawnictwo ukazuje się regularnie raz w roku. Do chwili obecnej wydano 31 numerów. Wszystkie artykuły zamieszczone w Pracach Wydziału zostały zrecenzowane. Prace Wydziału Nawigacyjnego znajdują się na liście czasopism punktowanych MNiSW według listy z dnia 26 stycznia 2017 roku pozycja B/1987, liczba punktów 5. Od 1964 r. Prof. Holec był członkiem Polskiego Towarzystwa Geofizycznego, Oddział Bałtycki, od roku 1971 członkiem Zespołu Nawigacji Morskiej przy Sekcji Sieci Geodezyjnych Komitetu Geodezji PAN, od roku 2000 członkiem zwyczajnym Akademii Inżynierskiej, od 2001 członkiem Gdańskiego Towarzystwa Naukowego, od roku 2006 członkiem Polskiego Stowarzyszenia Telematyki Transportu, a od roku 2007 członkiem Komitetu Transportu PAN. Wcześniej przez dwie kadencje w latach był członkiem Komitetu Badań Morza PAN, przez dwie kadencje także był członkiem zespołu T12C przy Komitecie Badań Naukowych oraz członkiem Komitetu Programowego czasopisma The Annual of Navigation (Polish Navigation Forum, Oddział Gdański PAN). W latach był członkiem Komitetu Naukowego kwartalnika TransNav, The International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation oraz rady programowej Przeglądu Hydrograficznego (Biuro Hydrograficzne Marynarki Wojennej). Wiele razy powoływany był do składu komitetów naukowych krajowych i międzynarodowych konferencji naukowych, m.in. IRM, LogiTrans, NavSup, TransComp, TransNav, TST. Podczas konferencji TransNav 2007 przyznano Profesorowi tytuł Honorary Fellowship of TransNav był pierwszym w historii uczestnikiem konferencji, któremu przyznano ten prestiżowy tytuł. Profesor uhonorowany został wieloma odznaczeniami, m.in. takimi jak: Złoty Krzyż Zasługi (1978), Krzyż Kawalerski Orderu Odrodzenia Polski (1985), Nagroda Dowódcy Marynarki Wojennej za działalność wynalazczonowatorską (1979) oraz Nagroda Rektora I stopnia Akademii Morskiej w Gdyni (1985). Prof. dr hab. inż. kpt.ż.w. Adam Weintrit, wychowanek i przyjaciel Profesora, dziekan Wydziału Nawigacyjnego ( )

8

9 MIROSŁAW JURDZIŃSKI doi: / Akademia Morska w Gdyni Katedra Nawigacji DOMENA STATKU W NAWIGACJI MORSKIEJ W artykule opisano różnego rodzaju domeny statku. Omówiono domeny o zróżnicowanych kształtach i wymiarach (2D 3D), stosowanych w różnych fazach żeglugi morskiej. Przedstawiono domeny jako narzędzia w nawigacji morskiej do oceny ryzyka w nawigacji. Omówiono również wykorzystanie domen w celu zwiększenia poziomu bezpieczeństwa nawigacyjnego w rejonach nawigacyjnie trudnych do żeglugi w pobliżu niebezpieczeństw nawigacyjnych. Słowa kluczowe: nawigacja morska, domena statku. WSTĘP Koncepcja wprowadzenia domen do żeglugi morskiej powstała w okresie badań statystycznych parametrów ruchu statków w rejonach ciasnych i nawigacyjnie trudnych. Chodziło o zwiększenie bezpieczeństwa ruchu poprzez zmniejszenie ryzyka zderzeń statków oraz zachowania bezpiecznych odległości między statkami w ciasnych przejściach [5, 7]. Wprowadzono dwuwymiarowe domeny o różnych kształtach. Badania statystyczne ruchu statków wykazały konieczność różnych kształtów domen. W dalszych badaniach uwzględniono również bezpieczeństwo ruchu statku z uwagi na głębokości ograniczające ruch z powodu granicznego zapasu wody pod stępką. Zasugerowano także utworzenie trójwymiarowych domen statków. Dalsze badania dotyczyły tworzenia modelu bezpieczeństwa zarządzaniem ruchu w portach i możliwości zwiększenia zdolności podejmowania decyzji nawigacyjnych przez oficerów na mostku [12, 15]. Następował dalszy rozwój algorytmów do określenia wskaźnika ryzyka w sytuacjach nawigacyjnych. Istnieje możliwość wykorzystania domeny do innych celów niż do unikania zderzeń statków. Domena odgrywa znaczną rolę w rozwoju modelu zintegrowanej nawigacji wzbogaconej systemami bezpiecznych decyzji nawigacyjnych na mostku. Obowiązkiem kapitana statku handlowego w żegludze międzynarodowej, zgodnie z założeniami Konwencji SOLAS, jest zaplanowanie i realizacja nawigacji w podróży statku od nabrzeża portu A do nabrzeża portu B. Tylko kapitan jest odpowiedzialny za wybór i realizację nawigacji na zaplanowanej trasie. Plan musi być opracowany i gotowy do kontroli władz administracyjnych w porcie, przed wypisem statku w morze. Każda podróż statku przebiega w różnych fazach żeglugi jak: w żegludze w rejonach ograniczonych, trudnych nawigacyjnie; w żegludze przybrzeżnej z dala od lądu/na podejściach do lądu; w żegludze oceanicznej.

10 10 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 W każdej fazie żeglugi istnieją inne warunki nawigacji, w szczególności warunki zakłóceń w procesie ruchu statku oraz poziomu ryzyka. Statek porusza się innymi prędkościami, a liczba i jakość decyzji nawigacyjnych jest różna. Decyzje nawigacyjne dotyczą wyboru wektora ruchu, tj. kierunku ruchu statku nad dnem, oraz prędkości statku nad dnem. Wektory ruchu muszą być bezpieczne. W każdej fazie istnieje inny poziom ryzyka w nawigacji. Domena statku musi być narzędziem do pomocy nawigatorowi w ocenie ryzyka lub jego zmniejszenia przy podejmowaniu decyzji nawigacyjnych. Celem opracowania jest zapoznanie nawigatorów z możliwościami wykorzystania domen w procesach nawigacyjnych w czasie planowania i realizacji nawigacji morskiej. 1. DEFINICJA DOMENY STATKU MORSKIEGO Od kilku dekad zmieniały się definicje domeny. Domena statku jest to obszar wokół statku zapewniający nawigatorowi utrzymanie się w bezpiecznej odległości od innych statków lub stałych obiektów [7]. Definicja ta dotyczyła wyłącznie bezpiecznych odległości od statku. Domena obiektywna stanowi przestrzeń wokół statku lub dowolnego obiektu nieruchomego, której inny statek nie powinien naruszać. W różnych warunkach dla tego samego statku kształty i parametry domeny mogą być różne [5]. Definicja domeny ma postać: Bezpieczna strefa wokół kadłuba statku na powierzchni i pod powierzchnią wody, w których nie może wtargnąć inny statek [13]. Istnieje również pojęcie domeny subiektywnej. Domena subiektywna jest obszarem wodnym, którego potrzebuje nawigator do utrzymania bezpieczeństwa statku i zwykle stosuje się ją do oceny ryzyka, gdy istnieje obiektywna domena, którą nawigator akceptuje [6]. Reasumując, ostatnia definicja opisuje rodzaje domen: dwu- i trzywymiarowe. Wszystkie zdefiniowane powyżej domeny określały jej funkcje jako narzędzie unikania ryzyka kolizji statków. W zasadzie margines bezpieczeństwa ruchu statku można określić za pomocą domeny statku morskiego. 2. MODELE DOMEN Koncepcja stworzenia domeny wokół statku powstała w celu określenia bezpieczeństwa ruchu statków w rejonach ograniczonych. Było to potrzebne, aby w obszarze badanego statku nie znajdował się inny statek (obiekt) kolizyjny, a jeżeli był, to w bezpiecznej odległości i żeby bezpiecznie się minęły. Metodę określania bezpiecznej odległości mijania się statku metodą statystyczną opracowała E. Goodwin [7].

11 M. Jurdziński, Domena statku w nawigacji morskiej 11 Kształty i wielkości parametrów domen wprowadzono tak, aby łatwo obliczyć bezpieczne odległości statków. Zaproponowano różne formy. Pierwsze domeny dotyczyły tylko powierzchni wody, czyli były dwuwymiarowe. Kształty domen opisano w funkcji (x, y), następnie wprowadzono trójwymiarowe kształty domen. Podział domen w zależności od statku przedstawiono poniżej: 1) Wymiary: modele dwuwymiarowe 2D (x, y), modele trójwymiarowe 3D (x, y, z). 2) Kształty domen płaskich: kołowe (x, y), eliptyczne (x, y), wielokątne (x, y), mieszane (x, y). 3) Modele przestrzenne (trójwymiarowe). elipsoidalne, dowolne bryły (nieregularne). Pozycje statków w powyższych domenach są różne (rys. 1) Rodzaje dwuwymiarowych domen statku morskiego W ostatnich dekadach w literaturze przedmiotu przedstawiono wiele wyników badań z zastosowaniem domen różnych kształtów, stosowanych do wspomagania decyzji nawigacyjnych na mostku. Domeny różnią się sposobem modelowania oraz tworzenia stref bezpieczeństwa [7]. Są one dopasowane do określonych warunków nawigacyjnych, które podano poniżej [14]: duże statki posiadają większe powierzchnie i kształty domen; gęstość ruchu wpływa na parametry domen; warunki nawigacyjne zewnętrzne, jak wiatry, prądy, wymagają zwiększenia parametrów domeny; czynnik ludzki, jak zdolności i doświadczenia nawigatorów mniej doświadczeni oficerowie mogą stwarzać ryzyko popełniania błędów decyzyjnych, dlatego muszą mieć zwiększone domeny; inne czynniki, takie jak: przeznaczenie statku, rejony pływania, parametry statku, powierzchnia, zanurzenie, rodzaj ładunku, decydują o parametrach domen.

12 12 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Rys. 1. Kształty domen dwuwymiarowych; a) kołowe, b) eliptyczne, c) wielokątne (nieregularne) Źródło: opracowanie własne na podstawie [3, 7, 8, 10, 15, 16] Wykorzystanie domeny dwuwymiarowej w rejonach głębokowodnych w żegludze otwartej oceanicznej W przypadku dużych głębokości morza oraz obszarów otwartych dogodnymi kształtami domen są powierzchnie kołowe. Parametry dwóch domen zależą od warunków pływania, wielkości statków oraz rodzaju napędu. W ogólnym ujęciu forma domeny kołowej w żegludze oceanicznej lub na otwartym morzu ma postać, jak na rysunkach 2 i 3.

13 M. Jurdziński, Domena statku w nawigacji morskiej 13 Źródło: opracowanie własne na podstawie [16]. Rys. 2. Domena statku według Davisa i Drive a Rys. 3. Domeny w rejonach głębokich i otwartych: 1, 2, 3 obszary ważności w procesie unikania zderzeń statków Źródło: opracowanie własne na podstawie [14] Trójwymiarowe domeny statku w procesie nawigacji Trójwymiarowe domeny statku mają zastosowanie w przypadku ruchu statku na płytkowodziu, gdzie głębokość wody jest ograniczona. Chodzi o przypadki ruchu na torach wodnych pogłębionych lub gdy statek nawiguje na obszarach pod mostami. Proces określania parametrów domeny jest trudniejszy, gdy ograniczenia występują pod i nad kadłubem statku.

14 14 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Na rysunku 4 pokazano przypadki uproszczonej domeny trójwymiarowej [10]. Rys. 4. Uproszczona domena statku w przestrzeni trójwymiarowej: T zanurzenie statku, Z zapas wody pod stępką [2] Na rysunku 5 przedstawiono domenę trójwymiarową w żegludze pod mostami, na obszarach płytkich, w rzekach i kanałach. Źródło: opracowanie własne. Rys. 5. Dynamiczne parametry domeny trójwymiarowej Inną domenę trójwymiarową można opisać zależnością, uwzględniającą wymiary statku, jak długość L, zanurzenie T oraz prędkość statku V s [9]. Dynamiczne parametry domeny mają postać [9]: gdzie: L długość statku [m], T zanurzenie statku [m], D D D x y z LV LV V c s a s b s L ml lt (1)

15 M. Jurdziński, Domena statku w nawigacji morskiej 15 V s prędkość statku [węzły], a, b, c wykładniki potęgowe (określanie eksperymentalne), współczynniki (określanie eksperymentalne).,l,m Istnieje możliwość badań statystycznych parametrów ruchu statku w ograniczonych płytkich rejonach nawigacyjnych. 3. ZASTOSOWANIE DOMEN W RÓŻNYCH FAZACH ŻEGLUGI Dwuwymiarowa domena, w początkowej fazie jej utworzenia, była wykorzystywana do redukcji ryzyka kolizji w ruchu statków w rejonach ciasnych ograniczonych [5, 7]. Obecnie domeny mają szerszy zakres zastosowania w procesie bezpiecznej nawigacji morskiej [8]. Dwuwymiarowe domeny mogą być wykorzystane w żegludze głębokowodnej, czyli takiej, gdzie problem nie dotyczy ograniczeń w zakresie zapasu wody pod stępką. Wartość stosunku H/T powyżej 1,5 w pełni zabezpiecza pływanie według domen płaskich dwuwymiarowych. Pływanie takie ma miejsce w fazach żeglugi przybrzeżnej, jak również w głębokich fiordach, itp. Źródło: opracowanie własne. Rys. 6. Zastosowanie domen w różnych fazach żeglugi W pływaniu w rejonach ograniczonych, gdzie istnieją ograniczenia głębokości, powinny być stosowane bezpieczne trójwymiarowe domeny. Dotyczy to również żeglugi w pogłębionych torach wodnych, kanałach i rzekach, w szczególności zaś, gdy statki muszą przechodzić pod mostami. W żegludze oceanicznej lub na wodach otwartych głębokowodnych na statkach można bezpiecznie wykorzystywać modele domen o powierzchni kołowej przy założonych promieniach bezpieczeństwa.

16 16 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Rola domen statków morskich zwiększyła się przez wzbogacenie narzędzi do ich tworzenia. Domeny mogą pomagać w szerokim zakresie ostrzegania w procesach przeciwkolizyjnych, ale również w wielu stanach w całej nawigacji morskiej. W ujęciu funkcji rozmytych domeny statku mogą być stosowane w kryterium sytuacji bezpiecznej lub niebezpiecznej nawigacyjnej [11]. Na rysunku 7 pokazano przykłady domen o różnych parametrach bezpieczeństwa sytuacji nawigacyjnej na mostku. Rys. 7. Domeny rozmyte z granicami oceny poziomu bezpieczeństwa nawigacji; = 0 bardzo bezpieczne, = 1 bardzo niebezpieczne [11] 3.1. Bezpieczne odległości mijania niebezpieczeństw nawigacyjnych Ogólna zasada wykreślania (wektora ruchu) drogi nad dnem, w rejonach planowanej trasy musi obejmować również uwzględnianie wykorzystywania domen do spełniania warunków bezpiecznego pływania z dala od niebezpieczeństw nawigacyjnych. Każdy statek i stały obiekt posiada własną domenę. Na rysunkach 8 i 9 przedstawiono bezpieczne kąty drogi w czasie mijania pławy oraz wieży wiertniczej. Domena pławy Platforma wiertnicza Domena statku Źródło: opracowanie własne. Rys. 8. Bezpieczne odległości mijania pławy i platformy wiertniczej

17 M. Jurdziński, Domena statku w nawigacji morskiej 17 Parametry obu domen mogą się zmieniać, dlatego też odległości mijania niebezpieczeństw nawigacyjnych mogą ulegać zmianie w zależności od warunków zakłóceń zewnętrznych. Zmiany te zależą od: warunków pogodowych, wiatru, prądu i falowania; zapasu wody pod stępką; geometrycznych parametrów statku LBT i jego stanu technicznego; natężenia ruchu statków; dokładności mapy (parametrów batymetrycznych); możliwości współpracy z operatorem VTS, itp. Każdy zatem kształt domeny służy do oceny bezpiecznej odległości do statku lub obiektu stałego nieruchomego. W planowaniu podróży bezpiecznej odległości ruchu statku określa się dla najtrudniejszych warunków panujących na planowanej trasie w czasie rejsu Wykorzystanie domeny statku na pogłębionym torze wodnym Pływanie statku na pogłębionym torze wodnym powinno odbywać się z dużą precyzją oceny ruchu statku w osi kierunku toru przy określonej prędkości bezpiecznej. W przypadku zewnętrznych zakłóceń na zwolnionej prędkości na statek działają siły spychające kadłub z osi toru wodnego. Istnieje zatem konieczność zastosowania poprawek na dryf statku. Taka sytuacja wywołuje powiększenie pasa ruchu statku, co w efekcie obniża zapas boczny statku. Zwiększenie prędkości na dużym statku bez holownika, w ruchu do portu jest niemożliwe, ze względu na brak miejsca na zwolnienie ruchu w porcie. Statek bez zakłóceń w ruchu na torze ma postać jak na rysunku 9 (poz. 1). Wzrost zakłóceń uniemożliwia wejście statku do portu (poz. 3). Źródło: opracowanie własne. Rys. 9. Wykorzystanie domeny na torze podejściowym do portu

18 18 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, Zastosowanie domeny trójwymiarowej do pływania statku pod mostem na płytkowodziu Bezpieczne przejście statku na płytkowodziu pod mostem można zrealizować, wykorzystując do tego celu domenę statku trójwymiarową. Przekrój takiej domeny przedstawiono na rysunku 10. Rys. 10. Elementy domeny trójwymiarowej do nawigacji pod mostem Bezpieczny przepływ statku pod mostem zależy od dokładności określenia parametrów pionowych domeny trójwymiarowej. Górny parametr pionowy D Z2 różni się od wartości parametrów dolnej D Z1. Parametr dolny składa się z dwóch części, zanurzenia T oraz zapasu wody pod stępką Z. Parametr górny domeny składa się z wartości M, tj. największej wysokości statku od powierzchni wody, oraz poprawki A różnicy odległości między dolną krawędzią mostu a najwyższą częścią statku (anteny, maszt, komin). Poprawka A (ang. Air Draft) może być określona następującą zależnością: A = W (H + M) [m] (2) gdzie: H aktualna głębokość wody równa T + Z [m], M odległość między powierzchnią wody a najwyższą częścią konstrukcji statku [m], W odległość między dnem morza a dolną częścią przęsła mostu [m] Wykorzystanie domen w procesach przeciwzderzeniowych statku W analizie ruchu statków w rejonach ograniczonych, w czasie pływania mogą pojawić się różne sytuacje wzajemnego układu statków związanych przepisami MPDM, jak:

19 M. Jurdziński, Domena statku w nawigacji morskiej 19 statków doganiających i wyprzedzających inny statek; statków idących na spotkanie, wprost lub prawie wprost; statków, których kursy się przecinają; statku zbliżającego się do statku nieruchomego (na kotwicy lub w dryfie). W każdym przypadku wykorzystanie domeny będzie inne. Parametry będą inne w zależności od rejonu pływania, warunków pogody, wielkości statku, jego przeznaczenia itp. Parametry domen wyrażone w długości statku różnią się od 23 L do 1,5 L. Również obiekty stałe, jak: platformy, wieże stalowe, dalby, pławy, latarnie będą się różniły wielkością domen, dotyczy to też odległości statków związanych prawidłami MPDM. WNIOSKI Wykorzystanie domeny jako środka wspierającego decyzje nawigacyjne jest bardzo szerokie, stanowi ona również narzędzie do oceny ryzyka nawigacyjnego w procesie kierowania statkiem. Domena może być wykorzystana w takich procesach nawigacyjnych, jak: wybór bezpiecznego wektora ruchu (KD, V S); określanie ryzyka zderzenia w rejonach ograniczonych; unikanie zderzenia ze statkiem i obiektem stałym; unikanie wejścia na mielizny i kontaktu z mostem; unikanie uszkodzeń sztormowych (dobór bezpiecznych prędkości); regulowanie ruchem statków w rejonach ograniczonych w całości jako systemu VTS; bezpieczne planowanie prędkości na płytkowodziu; kontrola bezpiecznej odległości spotkań, w różnych sytuacjach nawigacyjnych. Reasumując, wykorzystanie domeny w nawigacji morskiej stanowi znaczące narzędzie nawigatora przy podejmowaniu bezpiecznych decyzji w procesie prowadzenia nawigacji. LITERATURA 1. Banyś P., Engler E., Heymann F., Interdependencies between Evaluation of Collision Risks and Performance of Shipborne PNT Data Provision, Problemy Transportu, vol. 11, 2016, no Buller A., Jurdziński M., Pastusiak T., Trójwymiarowa domena statku, Konferencja Inżynieria ruchu morskiego, 10 marca 1986, WSM w Szczecinie, Szczecin 1986, s Coldwell T.G., Marine Traffic Behaviour in Restricted Waters, The Journal of Navigation, vol. 36, 1983, s

20 20 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, Davis P.V., Dove M.J., Stockel C.T., A Computer Simulation of Marine Traffic Using Domains and Arenas, The Journal of Navigation, vol. 2, 1980, s Fujii Y., Tanaka K., Traffic Capacity, The Journal of Navigation, vol. 24, 1971, s Gia Huy Dinh, Nam-Kyun Im, The Combination of Analytical and Statistical Method to Define Polygonal Ship Domain and Reflect Human Experiences in Estimating Dangerous Area, International Journal of Navigation and Maritime Economy, vol. 5, June 2015, s Goodwin E., A Statistical Study of Ships Domains, The Journal of Navigation, vol. 28, 1975, s Hwang Soo Jin, Development of Safety Evaluation Model for Management of Navigation Safety in an Entire Ship Route Area, Kobe University, July Jurdziński M., Planowanie nawigacji w obszarach ograniczonych, WSM w Gdyni, Gdynia Jurdziński M., Planowanie nawigacji w żegludze przybrzeżnej, WSM w Gdyni, Gdynia Pietrzykowski Z., Chomski J., A Navigator Decision Support System in Planning a Safe Trajectory, edu. org/wb-content/upload/2014/06/ Pietrzykowski-Chomski.pdf. 12. Pietrzykowski Z., Uriasz J., The Ship Domain A Criterion Navigation Safety Assessment in an Open Sea Area, The Journal of Navigation, vol. 62, 2009, s Ship Domain International Dictionary of Marine, www. VTS Manual (2008) (VTS 33/output/8 refers). 14. Tu E., Zhang Y., Zhu L., Yang J., Kasabov N., Exploiting AIS Data for Intelligent Maritime Navigation: A Comprehensive Survey, Nanyang Technological University, Singapore Wang Yue Ying, An Empirical Model of Ship Domain for Navigation in Restricted Waters, National University of Singapore, Singapore Zhu X., Xu H., Lin J., Domain and It s Based on Neural Networks, Journal of Navigation, vol. 54, 2001, s SHIP DOMAIN IN MARINE NAVIGATION Summary In this paper different kind of ship domain has been defined and described. Different dimensions and shapes of ship domain (2D 3D) used in all phases of navigation has been discussed. The ship domain as a tool in navigation for assessing the risk in navigation has been given. How to use the ship domain to increase safety of navigation in restricted waters has been discussed. Keywords: marine navigation, ship s domain.

21 MIROSŁAW JURDZIŃSKI doi: / Akademia Morska w Gdyni Katedra Nawigacji MIĘDZYNARODOWA ORGANIZACJA MORSKA (IMO) W PROCESIE GLOBALIZACJI ŻEGLUGI MORSKIEJ W artykule przedstawiono definicję globalizacji transportu morskiego. Zaprezentowano strukturę organizacyjną Międzynarodowej Organizacji Morskiej (IMO) oraz jej działalność w zakresie bezpieczeństwa transportu morskiego. Pokazano również wkład pracy organizacji w zakresie procesów bezpieczeństwa żeglugi oraz globalizacji procesów w żegludze morskiej. Słowa kluczowe: globalizacja żeglugi morskiej, Międzynarodowa Organizacja Morska. 1. PROCES GLOBALIZACJI TRANSPORTU MORSKIEGO Globalizacja obejmuje działanie lub procedurę międzynarodowej integracji, powstałej z wymiany światowych poglądów, produktów, idei oraz innych aspektów kultury. Postępy w transporcie, telekomunikacji, infrastrukturze, Internecie mają duży udział w globalizacji [5]. Proces rozwoju globalizacji żeglugi morskiej na świecie odbywa się pod nadzorem technologiczno-prawnym Międzynarodowej Organizacji Morskiej. Jej wkład w rozwój żeglugi morskiej obejmuje takie elementy, jak: bezpieczeństwo na morzu w szerokim zakresie; walka o czystość środowiska morskiego, wody i powietrza; bezpieczeństwo ruchu statków; ustawodawstwo związane z bezpieczeństwem ludzkiego życia i mienia. Schemat działalności IMO pokazano na rysunku 1. W ten sposób proces rozwoju żeglugi morskiej na świecie odbywa się pod nadzorem techniczno-prawnym. Transport morski stał się dzięki takiej działalności elementem kontroli, regulacji prawnej, normalizacji oraz podlega globalizacji. Międzynarodowa Organizacja Morska stanowi najważniejsze ogniwo postępu technologicznego w żegludze morskiej jako twórca globalizacji procesów w światowym transporcie morskim.

22 22 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Przedstawiciele państw morskich Awarie na morzu I M O Rozwój technologiczny na świecie Tworzenie instrumentów prawnych w zakresie środowiska, żeglugi morskiej i kwalifikacji personelu (załóg statków) Źródło: opracowanie własne. Rys. 1. Ogólny model pracy IMO 2. STRUKTURA ORGANIZACYJNA IMO Strukturę organizacyjną IMO pokazano na rysunku 2. Wyspecjalizowana Agenda Organizacji Narodów Zjednoczonych Międzynarodowa Organizacja Morska Zgromadzenie Ogólne Rada skład 32 państw członkowskich Sekretariat (sekretarz) KOMITETY Komitet Współpracy (koordynacji) Komitet Współpracy Technicznej Komitet Prawny Komitet Ochrony Środowiska Morskiego Komitet Bezpieczeństwa Morskiego PODKOMITETY Wdrażania Instrumentów IMO Ochrony Środowiska Morskiego Transportu Ładunków i Kontenerów Nawigacji, Łączności, Poszukiwania i Ratownictwa Systemów i Wyposażenia Okrętów Czynnika Ludzkiego Szkolenia i Pełnienia Wacht Projektowania i Konstrukcji Statków Rys. 2. Struktura organizacji pracy Międzynarodowej Organizacji Morskiej (IMO) Źródło: opracowanie własne na podstawie [7].

23 M. Jurdziński, Międzynarodowa Organizacja Morska (IMO) w procesie globalizacji żeglugi morskiej 23 Międzynarodowa Organizacja Morska (IMO) powstała w Genewie w 1948 roku jako Międzynarodowa Morska Organizacja Doradcza. Działała do roku Międzynarodowa Organizacja Morska z siedzibą w Londynie jest jednostką agendy Organizacji Narodów Zjednoczonych. Stanowi forum współpracy rządów państw morskich na świecie, zrzeszając 171 członków państw morskich oraz członków stowarzyszonych, jak Wyspy Owcze, Hongkong i Makao. System pracy organizacji opiera się na przekazywaniu dokumentów w sprawach morskich przez państwa członkowskie do poszczególnych podkomitetów. Przewodniczący podkomitetu zgłasza temat do sekretariatu. Sekretariat opracowuje agendy na zebranie podkomitetów. Tam tworzą się grupy robocze ekspertów zgłaszanych przez państwa członkowskie. Eksperci w grupach roboczych przygotowują dokumenty na obrady plenarne podkomitetów. Wyniki dyskusji na obradach plenarnych podkomitetów przenoszone są na zgromadzenia, które odbywają się co dwa lata. Wyniki zgromadzenia obowiązują do zastosowania przez wszystkie państwa członkowskie. W ten sposób tworzy się konwencje, rezolucje, poradniki oraz zalecenia. 3. KRÓTKA HISTORIA DZIAŁALNOŚCI IMO Podstawą działania IMO było wprowadzanie w życie poprawek do Konwencji SOLAS, a następnie do Konwencji MARPOL 73/78. Następnym problemem do rozwiązania było stworzenie morskiego systemu łączności alarmowej i bezpieczeństwa w 1988 roku, który został wdrożony w życie w 1999 roku. Następnie zaadaptowano kodeks zarządzania bezpieczeństwem na statkach powyżej 500 GT (1998 r.). W roku 1978 stworzono konwencję kwalifikacyjną (STCW/78) [3]. Od roku 1959 opracowano i stworzono 50 konwencji międzynarodowych i protokołów oraz 800 kodeksów, zaleceń i poradników jako prawnych instrumentów międzynarodowych. Zakres pracy IMO obejmuje wszystkie techniczne i eksploatacyjne obszary żeglugi, jak: bezpieczeństwo życia, zabezpieczenie technologicznego rozwoju, projektowanie i wyposażenie statków, ochrona pożarowa, bezpieczeństwo nawigacji, łączność radiowa, poszukiwanie i ratowanie, szkolenie oraz przepisy dotyczące kwalifikacji marynarzy, ustalenie zasad przewozu ładunków niebezpiecznych, bezpieczeństwo ruchu statków w portach przez wprowadzenie systemów (VTS) [4]. W pracach legislacyjnych IMO uczestniczyły też inne organizacje, takie jak: Międzynarodowa Organizacja Hydrograficzna (IHO); Narodowe Biura Hydrograficzne (NHO); Międzynarodowe Stowarzyszenie Służb Oznakowania Nawigacyjnego (The International Association of Lighthouse Authorities IALA); Rządowa Służba Radiotechniki Morskiej (Radio Technical Commission for Maritime RTCM); inne organizacje pozarządowe.

24 24 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 IMO opracowała efektywne mechanizmy współpracy, rozwoju i wdrażania fundamentalnych ważnych międzynarodowych konwencji, standardów, kodów oraz przepisów bezpieczeństwa nawigacji i ochrony środowiska morskiego. Konwencje stworzone przez IMO nakładają na administracje państw członkowskich obowiązek wdrożenia ich do ustawodawstwa państwowego, a następnie stosowania na wszystkich statkach morskich w żegludze międzynarodowej. Żegluga morska od kilku dekad podlega procesowi globalizacji instytucji handlowych w różnych rejonach świata. Typowym przykładem tego procesu jest konteneryzacja. Elementom globalizacji w transporcie morskim podlega nawigacja przez wprowadzenie: standaryzacji urządzeń i systemów; integracji; efektywności transportu; efektywności finansowania. 4. AKTUALNE TEMATY PRAC IMO Poniżej przedstawiono główne tematy, którymi aktualnie zajmuje się IMO: 1. Standardy budowy nowych statków (GBS). 2. Metoda oceny ryzyka (FSA). 3. Czynnik ludzki na morzu (ISM). 4. Szkolenie i wydawanie dyplomu (STCW). 5. Kod bezpiecznego zarządzania (ISM CODE). 6. Poszukiwanie i ratownictwo (SAR). 7. Łączność morska (GMDSS). 8. Przewóz ładunków niebezpiecznych. 9. Polepszenie standardów technologii budowy statków. 10. Bezpieczeństwo statków. 11. Harmonizacja działalności kontroli w portach (PSC). 12. Badanie wypadków morskich. 13. Bezpieczeństwo statków pasażerskich. 14. Bezpieczeństwo nawigacji, łączności i środowiska morskiego. 15. Strategia rozwoju e-nawigacji. 16. Kod polarny (International Code for Ships Operating in Polar Waters). 5. CZYNNIK LUDZKI W PROCESACH DZIAŁALNOŚCI IMO Wzrost bezpieczeństwa żeglugi oraz bezpieczeństwa życia ludzkiego w pracy na morzu wzrasta dzięki globalizacji w transporcie morskim. Wynika to ze zmiany modelu transportu morskiego, jak:

25 M. Jurdziński, Międzynarodowa Organizacja Morska (IMO) w procesie globalizacji żeglugi morskiej 25 wykorzystanie aktualnych, dokładnych prognoz pogody, w tym: ruchów cyklonów tropikalnych, ruchu gór lodowych i tras sztormów; wyposażenie statków w zintegrowane systemy nawigacyjne, dające możliwości precyzyjnego określenia pozycji statku, informacji o ruchu statków (AIS, ECDIS); wyposażenie statków w czarne skrzynki do rejestracji danych z podróży; systemy satelitarne do określania pozycji rozbitka na morzu (EPIRB); systemy łączności VHF, GMDSS; obowiązkowe szkolenia załóg statków w zakresie bezpieczeństwa przeciwpożarowego, ratunkowego, itp. (STCW, Kod ISM); ujednolicone programy wymagań egzaminacyjnych na poszczególne stopnie marynarzy i oficerów (STCW); kontrole wyszkolenia załóg i stanów technicznych statków w portach przed wyjściem statku w podróż (Kod ISM). Wprowadzenie w życie w 1978 roku Konwencji o kwalifikacjach marynarzy (International Convention on Standards of Training, Certification and Watchkeeping for Seafarers STCW) stanowiło duży krok w podniesieniu poziomu wyszkolenia załóg statków w skali międzynarodowej [3]. Przeprowadzono szereg uzupełnień i poprawek do tej konwencji (w 2006 i 2010 roku). Konwencja weszła w życie wraz z poprawkami 1 stycznia 2012 roku. Jednocześnie wprowadzono wiele kodeksów związanych z działalnością zawodową załóg statków. Wprowadzenie w życie Kodeksu ISM (International Safety Management Code) w 1998 roku na wszystkich statkach w żegludze międzynarodowej spowodowało zmianę procedur, związanych z nawigacją i z bezpieczeństwem eksploatacji statków. Zanotowano mniejszą liczbę wypadków na statkach. Inspekcje statków w portach morskich prowadzone przez władze kontrolne znacznie zdyscyplinowały kapitanów i załogi do przestrzegania bezpieczeństwa morskiego na podstawie procedur Kodeksu ISM. Kultura bezpieczeństwa eksploatacji statków znacznie się poprawiła. PODSUMOWANIE Globalizacja stanowi element przyspieszający i intensyfikujący procesy interakcji i integracji między ludźmi w środowiskach tworzących dobra materialne w przedsiębiorstwach żeglugowych w rządach różnych narodów świata [5]. Ważnym elementem działalności IMO w zakresie walki o ogólny poziom czystości środowiska morskiego jest przygotowanie i wdrożenie instrumentów prawnych, jak np. Konwencji MARPOL [1]. Rolą IMO, jako wyspecjalizowanej agencji Organizacji Narodów Zjednoczonych, jest promocja bezpieczeństwa morskiego, ochrona środowiska morskiego, efektywność, zrównoważenie i współpraca międzynarodowa w żegludze morskiej.

26 26 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Procesy te powinny współdziałać z adaptacją najwyższych standardów bezpieczeństwa morskiego i życia ludzkiego, efektywności nawigacji, prewencji i kontroli środowiska morskiego w zakresie zanieczyszczania morza przez statki. Istotne jest również zastosowanie instrumentów prawnych przez wprowadzenie ich w życie w kierunku jednolitego przestrzegania przepisów prawnych w żegludze morskiej. Zwiększono Konwencję SOLAS o rozdział XII oraz powiększono rozdział V. W latach wprowadzono do Konwencji SOLAS rozdział XIII oraz powiększono rozdział V do 46 prawideł. Dane statystyczne, dotyczące liczby śmiertelnych wypadków załóg statków światowej floty, wskazują na zmniejszenie w funkcji czasu. Liczba śmiertelnych wypadków w okresie od 2000 do 2010 r. [6] Tabela 1 Źródło Dane Fairplay (bez rybaków) Lata IMO LITERATURA 1. Corbett J.J., Winebrake J.J., The Role of International Policy in Mitigating Global Shipping Emissions, Born Journal of World Affairs Spring/Summer, vol. XVI, 2010, 2. International Convention for the Safety of Life of Sea (SOLAS), 1974 as amended. 3. International Convention on Standards of Training, Certification and Watchkeeping for Seafarers (STCW) an amended, including the 1995 and 2010 Manila Amendments. 4. International Shipping Facts and Figures Information Resources on Trade, Safety, Security, Environment, Maritime Knowledge Centre, March Rothenberg L.E., Globalization 101, The Three Tensions of Globalization, webspace. ship.edu/347/14global/3-tensions. Źródła internetowe

27 M. Jurdziński, Międzynarodowa Organizacja Morska (IMO) w procesie globalizacji żeglugi morskiej 27 THE GLOBALIZATION PROCESS IN SHIPPING BY INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION (IMO) Summary In this paper definition of globalization in sea transport has been presented. The IMO organization structure and activites in globalization processes in shipping has been shown. The IMO achievements on globalization processes in sea transport has been given. Keywords: globalization in sea transport, the IMO structure.

28 JANUSZ KOZAK doi: / AGNIESZKA CZAJA Gdańsk University of Technology Faculty of Ocean Engineering and Ship Technology PROBLEMS WITH MODELLING THE STRENGTH PROPERTIES OF SAILING VESSELS RIGGING ROPES This article presents the basic parameters of soft ropes: natural fibre ropes, soft wire ropes and synthetic fibre ropes used for running rigging. There are only several materials still used for the production of natural fibre ropes, including cotton, jute, hemp, sisal and manila hemp. The most commonly used soft wire ropes are twisted pair ropes; for smaller diameters there is a 6x19M FC rope and for larger diameters 6x37M FC. There are several types of materials of varied properties and used in different combinations that are utilised for the production of synthetic fibre ropes. Therefore, the parameters of ropes used for the running rigging of staysails, i.e. halyards, downhauls, sheets and tack lines are discussed. Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) called dyneema and spectra, or polyester (PES) called diolen, dacron and trevira are most often used for this type of rigging. The problems with modelling the strength properties of synthetic fibre ropes are related with their complex geometry and structure. Multilayered models and the Continuum model are the basic models determining the strength properties of synthetic fibre ropes. Keywords: running rigging, sailing vessel, natural fibre ropes, soft wire ropes, synthetic fibre ropes. INTRODUCTION This article presents the basic parameters of soft ropes: natural fibre ropes, soft wire ropes and synthetic fibre ropes used for running rigging. Soft ropes differ from each other not only in terms of colours and diameters, but most of all their physical parameters. The aim of these ropes is to transmit the force between two points in order to balance the forces affecting the masts and sails of a vessel. That is why their high breaking strength is the most important criterion for their use. Tensile force should be exerted on soft ropes as little as possible, as it is a variable burden due to the specificity of the rope operation and it causes the rope to extend. Sailing gear is a set of elements of a sailing vessel equipment that makes it possible to use wind energy for propulsion. Sailing gear consists of masts, sails, rigging and minor gear [21]. Masts (Fig. 1) are used for lifting, spreading and manoeuvring sails. Standing masts are attached to the hull of a sailing vessel using standing rigging that does not change its position during sails manoeuvring. Running masts are elements that ate attached to a standing mast using joints [10].

29 J. Kozak, A. Czaja, Problems with Modelling the Strength Properties of Sailing Vessels Rigging Ropes 29 Fore royal yard Fig. 1. Masts [29] Sails (Fig. 2) are made from a sheet of fabric that assumes an aerodynamic shape as a result of the impact of wind, that depends on the cut and the attachment method. In order to generate the maximum aerodynamic force propelling the vessel, the shape of a sail must be set, i.e. its profile and twist, together with the sail trim angle depending on the course, wind force and conditions of interaction with other sails. Main sails, i.e. mast sails, square sails, fore staysails and mast staysails can be differentiated [10]. Fig. 2. Sails [29] Rigging includes rigid elements and tension elements. The rigging of a sailing vessel is divided into standing and running rigging, depending on the functions it performs. Standing rigging ensures the necessary stiffness and strength of masts, combining with them to form a lattice structure. Standing rigging includes, above

30 30 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 all, shrouds, stays, jackstays and footropes. Running rigging consists of ropes and blocks used for lifting and lowering the elements of gear and manoeuvring sails, as well as regulating their shape, which is why running rigging is most often used on staysails (Fig. 3). Several types of soft ropes are used with running rigging: natural fibre ropes, soft wire ropes or synthetic fibre ropes [10]. Soft ropes can be divided into: static ropes that are extended only to a minor degree as a result of a load and dynamic that extend to a greater degree as a result of a large load. Only static ropes are used on sailing vessels. Fig. 3. Running rigging on staysails [29] Halyards are used for hoisting sails. Downhauls are ropes used for lowering sails. Sheets are used for controlling lower corners of a sail. Tack lines are ropes used for stretching lower corners of sails downwards and towards the bow [21]. Minor gear includes, above all, mobile parts and equipment used for connecting, stretching, hauling masts, sails and rigging, as well as protecting them against chafing, etc. Some of these parts are also used for works that are not directly related with sailing gear [10]. 1. NATURAL FIBRE ROPES From the very beginning of the history of navigation, ropes have been an essential element of sailing vessels equipment. Plant fibres available in a given region of the world or leather and tendons of animals were used for making them. Since the 17 th century the development of sea transport related with geographical discoveries has unified the materials used for manufacturing ship ropes and since the beginning of the 20 th century there are only several materials still used for the production of natural fibre ropes, including cotton, jute, hemp, sisal and manila hemp. Natural fibre ropes have varied parameters. Manila hemp ropes are very strong, elastic and relatively resistant to moisture and seawater, however, they sink quickly.

31 J. Kozak, A. Czaja, Problems with Modelling the Strength Properties of Sailing Vessels Rigging Ropes 31 Sisal ropes are strong, elastic, resistant to weather conditions, as well as chemical and organic substances, but they are less resistant to moisture than manila hemp ropes and they swell and become rigid in contact with water. Hemp ropes are not very extensible, they are resistant to friction and weather conditions, however, they swell and become rigid in contact with moisture. Jute ropes are soft to the touch, elastic and do not harden in water, but they are not as strong as hemp ropes. Cotton ropes do not become rigid after absorbing water, they are very elastic and smooth, however, they are also weak and absorb much moisture and water, which results in their swelling and rotting [16, 25, 26]. Ropes made of natural fibres may perform different functions. Manila hemp ropes are made of banana leaves. They are used for mooring lines and anchor lines, their colour is glossy light yellow. Sisal ropes are made of agave fibres and are used for towing and mooring. Their colour is matte white. Hemp ropes are grey, they are used for bolt-ropes, halyards and ropes used for repair works. Jute ropes are widely used in soft rigging, and their colour is matte brown. Cotton ropes are white and are mostly used as sheet ropes [16, 25, 26]. The largest disadvantage of using natural fibre ropes is their low strength (Fig. 4). Manila hemp is the strongest natural fibre and its extension is around 20% [25, 26]. In general, the extension of natural fibre ropes is difficult to assess, since it changes under the impact of moisture. Fig. 4. Comparison of natural fibre ropes strength [25, 26] The structure of a natural fibre rope has a significant impact on its strength [23]. The value of the breaking force of a laid cotton rope is almost twice as high as the breaking force of a plaited cotton rope for a diameter of 20 mm. Laid ropes (Fig. 5) are most often made using three strands (form A) or four strands (form B).

32 32 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Form A Form B Form E Form K Fig. 5. Laid rope [23] Fig. 6. Plaited rope [23] The structure of plaited ropes in the case of natural fibre ropes is only used with cotton fibres (Fig. 6). They are made without a core (form E) or with a core (form K). Plaited ropes differ from each other in terms of the number of strands. There are 8-, 16-, 24- and 48-strand ropes. Different forms of plaiting are used [23]. The diameter of a natural fibre rope depends on the form that was used for making it (Fig. 7). The availability of a given rope diameter depends on the manufacturer. The diameter selection depends on the requirements that it must meet. Form A Form B Form E Form K Fig. 7. Ropes diameters [22] A rope consists of a given number of strands, laid or plaited. A strand consist of fibre, base yarn and twisted yarn (Fig. 8). A single yarn consists of a base and a layer [17]. Rope yarn Base yarn Strand Yarn fibres Fibre Fig. 8. Strand structure [17]

33 J. Kozak, A. Czaja, Problems with Modelling the Strength Properties of Sailing Vessels Rigging Ropes 33 Natural fibre ropes have been replaced with those made mainly of synthetic fibres or soft wire, however, they are still used for decorative purposes on sailing vessels, despite the fact that their maintenance requires more effort. 2. SOFT WIRE ROPES Soft wire ropes are used in running rigging only in justified cases. They are mainly used with rollers and a loop or a thimble may be attached to them. They are rarely seen on sailing vessels, mostly because their use requires additional on-board equipment. Soft wire ropes have a large number of small-diameter wires in the outer layer of the strands, therefore, they are characterised by lower abrasion resistance, while being very elastic. It is assumed that ropes are more elastic with a higher number of strands and rope wires [15, 24]. The most commonly used soft wire ropes are twisted pair ropes; for smaller diameters there is a 6x19M FC rope and for larger diameters 6x37M FC [15]. The surface of this kind of wires either has no coating or is grade B galvanised. A 6x19M FC rope is a six-strand rope with nineteen wires of the same diameter in each strand, in three layers: one, six, twelve (Fig. 9) [15, 19]. Fig. 9. 6x19M FC rope [15] Fig x37M FC rope [15] A 6x37M FC rope is a six-strand rope with thirty-seven wires of the same diameter in each strand, in four layers: one, six, twelve, eighteen (Fig. 10) [15, 19]. FC (Fibre Core) is a core made of natural or synthetic fibre that makes a rope more elastic [13, 19]. A strand consists of a strand wire and a core wire the central wire of the strand (Fig. 11).

34 34 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Corte wire Strand wire Strand Fibre core Fig. 11. Soft wire rope [11] Fig. 12. Rope with cross lay [13] The M symbol denotes the type of the strand structure, a rope with a point wire contact, i.e. a strand containing more than one layer of wires. All wires in the same strand are of the same length. The wires of overlapping layers of wires cross each other and together make a cross lay. The wires act as beams supported in multiple points (Fig. 12) [15]. Soft wire ropes are laid ropes. There are two basic types of twist: a twisted line rope and a stranded rope. A twisted line rope has two directions of twist: a right-laid (Z strand) or a left-laid (S strand) twist. Stranded ropes have thee directions of twist: ordinary lay, lang lay and alternating. 6x19M FC and 6x37M FC ropes are ordinary lay ropes (Fig. 13). The direction of the outer layer wires twist of left-laid ordinary lay ropes (zs) and right-laid ordinary lay ropes (sz) is opposite to the outer twist of strands in the rope [13, 15, 19, 20]. 1x19M (Fig. 14) strands are made in opposite outer and central layer twist directions [20, 27]. 1x37M (Fig. 15) strands are made in opposite outer, central and inner layers twist directions [20, 27]. Fig x19M twist direction [15] Fig. 13. Laid ropes twist directions [13] Fig x37M twist direction [15]

35 J. Kozak, A. Czaja, Problems with Modelling the Strength Properties of Sailing Vessels Rigging Ropes 35 Soft wire ropes are made of steel and are protected against corrosion by means of galvanisation. Rope grades may be differentiated, which are groups of ropes with similar mechanical properties and physical characteristics, as well as rope structures, i.e. the particulars and the distribution of the various components of a rope. A rope strength grade, that should determine the rope breaking force, is its most important parameter. The minimum breaking force of soft wire ropes is verified for the strength grades: 1570 N/mm 2 (required tensile strength from 1570 N/mm 2 to 1960 N/mm 2 ), 1960 N/mm 2 (required tensile strength from 1770 N/mm 2 to 2160 N/mm 2 ), 2160 N/mm 2 (required tensile strength from 1960 N/mm 2 to 2160 N/mm 2 ) [18, 19, 20]. The diameter of a soft wire rope depends on the number of strands (Fig. 16) [14]. Fig. 16. Ropes diameters [14] Fig. 17. Comparison of the minimum breaking force of a single strand and an entire rope [15, 24, 27]

36 36 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Soft wire ropes are much stronger than natural fibre ropes (Fig. 17). The value of the minimum breaking force for the diameter of 8 mm of a single strand is higher than the value of the minimum breaking force for an entire rope of the strength of 1770 N/mm 2 [14, 18]. The following formula is used for determining the extension of soft wire ropes (1) [2]: where: W category of the applied load [kn], L rope length [mm], E Young s modulus [kn/mm 2 ], A cross section [mm 2 ]. Elastic Extension = W L [mm] (1) E A The calculations were done for a rope strength grade of 1770 N/mm 2, with a variable strand length and force relevant for the given rope with an 8 mm strand diameter (Fig. 18). A single strand has the extension of 50%, while the extension of the entire rope is 30% [2]. Fig. 18. Elastic Extension [2] Soft wire ropes, despite being stronger than natural fibre ropes, are not commonly used, because of their greater extension when compared to synthetic fibre ropes. 3. SYNTHETIC FIBRE ROPES The developing technology of plastics manufacturing in the mid-20 th century brought about a revolution in the sailing industry as well. The production of synthetic fibre ropes affected, most of all, the mechanical and the usability properties of ropes.

37 J. Kozak, A. Czaja, Problems with Modelling the Strength Properties of Sailing Vessels Rigging Ropes 37 There are several types of materials of varied properties and used in different combinations that are utilised for the production of synthetic fibre ropes. Therefore, the parameters of ropes used for the running rigging of staysails, i.e. halyards, downhauls, sheets and tack lines are discussed. Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) called dyneema and spectra, or polyester (PES) called diolen, dacron and trevira are most often used for this type of rigging. [1, 6, 7, 8, 9]. Polyethylene ropes are characterized by very good gliding properties, low abrasibility, significant vibration damping and very good chemical resistance. What is more, they are very resistant to solar radiation. They are characterised by longevity and resistance to significant loads, as well as resistance to bending. They do not absorb moisture. They float in water. They have low flammability [3, 4, 8]. Polyester ropes are very resistant to weather conditions, as well as to abrasion and friction. They are highly resistant to light and have low water absorption. Caution is advised when dealing with chemical agents, as they may significantly weaken the material (and such changes are often not visible to the naked eye). They do not float in water [3, 5, 8]. Extension after breaking is a percentage ratio of a sample length change at the moment of its breaking to the initial length of the sample (Fig. 19). In practice, the longer the section and the larger the load, the greater the rope extension. Therefore, a rope extension increases the closer it gets to its maximum strength. That is why it is not always worth using minimum diameter ropes. What is more, small diameter ropes are often more difficult to operate. The extension of a polyester rope varies depending on the rope structure and the number of strands [8]. Fig. 19. Extension [%] [8] Fig. 20. Specific gravity [g/cm 3 ] [8] Specific gravity is the weight per unit volume of an object (Fig. 20). Polyethylene ropes are characterised by a very high ratio of fibres strength to their weight, which is why they are much lighter than polyester ropes [8]. The Young s modulus is the measure of the stiffness of a material (Fig. 21). It defines the relationship between relative linear strain and stress in a material as regards elastic strain. The higher the Young s modulus, the stiffer the rope [6].

38 38 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Fig. 21. Young s modulus [dan/mm 2 ] [6] Melting point and short-term heat resistance are some of the basic physical properties of synthetic materials (Fig. 22). Melting point is the temperature at which irreversible changes are taking place in a synthetic material. Short-term heat resistance is temperature that does not cause irreversible changes. Polyethylene has a low melting point and, consequently, proneness to fibre damaging as a result of friction. Ropes are damaged to the greatest degree when they interact with rigging elements. Sailing knots are just as damaging, in particular, rapid bending as a result of them being tied [6]. Fig. 22. Permissible temperature [ C] [6] Lineal density of a thread is the weight per unit of length (weight/ m). Lineal density depends on the diameter of the measured object and its unit is 1/10 th of a tex (dtex). The higher the value of lineal density, the thicker the fibre [6]. Tensile strength is expressed in force (dan) affecting the lineal density of a rope (Fig. 23).

39 J. Kozak, A. Czaja, Problems with Modelling the Strength Properties of Sailing Vessels Rigging Ropes 39 Fig. 23. Tensile strength [dan/dtex] [6] Polyethylene and polyester ropes differ from each other also in terms of the available diameter ranges (Fig. 24). The available diameters depend on the rope manufacturer [28]. Fig. 24. Diameters [28] Braided and non-braided ropes are available on the market. A braid protects a rope against weather conditions, high temperature and, consequently, friction, solar radiation and dirt, as well as improves the adherence of the rope in cleats and facilitates the use of the ropes. That is why polyethylene ropes are most commonly used with a polyester braid [28]. The structure and form of a rope has a significant impact on its strength (Fig. 25). Polyethylene ropes are usually 12-strand laid ropes. They are most often used with a 24-strand laid polyester braid. Polyester ropes are available as 24-strand laid ropes without a core or 3-strand plaited ropes with a core. It all depends, however, on the rope manufacturer [8, 28].

40 40 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Fig. 25. Structure [8, 28] Polyethylene is characterized by very high breaking strength (Fig. 26). The strength of a laid rope with a core made of polyethylene (12-strand), with a laid polyester braid (24-strand) significantly decreases when compared to a laid rope made of polyethylene (12-strand). Laid polyester ropes (24-strand) and plaited ropes with a polyester core (3-strand), with a laid polyester braid (24-strand) are much less strong than polyethylene ropes. Polyester ropes have a similar strength [28]. Fig. 26. Comparison of natural synthetic ropes strength [28] Synthetic fibre ropes are easier to maintain and use, as well as more resistant to moisture and seawater. They must be protected, however, against high temperatures. They may be used for any purpose. They are available in multiple colours which enables their differentiation depending on their function on board. Some types of synthetic fibre ropes are characterized by much greater strength and more limited extension than natural fibre or soft wire ropes.

41 J. Kozak, A. Czaja, Problems with Modelling the Strength Properties of Sailing Vessels Rigging Ropes SAILING VESSELS RIGGING ROPES The aim of sailing vessels rigging ropes is to transmit the force between two points in order to balance the forces affecting the masts and sails of a vessel. That is why their high breaking strength is the most important criterion for their use. Each rope becomes weaker with time. Synthetic fibre ropes are much stronger than natural fibre ropes or soft wire ropes (Fig. 27). Fig. 27. Ropes strength comparison Tensile force should be exerted on sailing vessels rigging ropes as little as possible, as it is a variable burden due to the specificity of the rope operation and it causes the rope to extend. A sail trimmed using blocked ropes should maintain its position with respect to the rest of the rigging also when the wind affecting it drops or increases, which happens even in the case of constant wind due to course changes. The strength of synthetic fibre ropes is much lower than the extension of natural fibre ropes or soft wire ropes (Fig. 28). Fig. 28. Ropes extension comparison

42 42 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, PROBLEMS WITH ROPES STRENGTH PROPERTIES MODELLING Synthetic fibre ropes are currently used for the running rigging of sailing vessels. The problems with modelling the strength properties of synthetic fibre ropes are related with their complex geometry and structure. The geometry of each component is characterized by pitch length P and angle α measured with respect to axis Z of the structure. In such a case the centre line of the component is a spiral curve with radius r (Fig. 29). Pitch length is identical for all components and the radius and twist angle increase from zero to maximum on the outer surface of the structure [12]. Fig. 29. Component geometry [12] Cross sections of fibres are elliptical in a plane perpendicular to axis Z [12]. Therefore, angle α i may be determined for a specific radius r i (2). tanα i = 2πr i P Synthetic fibre ropes are subject to axial loads and the axial behaviour of such structures shows a relation between stress and twist due to the screw-based design of the component [12]. The overall behaviour of the component may then be expressed as (3): (2) { F z } = { k εε M z k θε k εθ } { u z,z k θθ θ } (3) z,z where: u z,z overall axial stress, θ z,z twist angle, F z axial force, M z torque, stiffness matrix components: k εε (tension), k θθ (twist), k εθ and k θε (coupling conditions).

43 J. Kozak, A. Czaja, Problems with Modelling the Strength Properties of Sailing Vessels Rigging Ropes 43 Multilayered models and the Continuum model are the basic models determining the strength properties of synthetic fibre ropes [12]. Multilayered models comprise a large number of twisted components. What is more, multilayered models require knowing the rope structural parameters which makes analysis that much more difficult [12]. The Raoof, Hoppe and Leech model is a multilayered model with layered structure geometry. The model comprises components with a round cross section, a core and subsequent layers. Each layer has a spiral structure comprising multiple components with the same pitch length, but a different twist angle. The Raoof, Hoppe and Leech model requires the specification of the following parameters: pitch length, number of layers, components number per layer, component radius, Young s modulus of component [12]. Fig. 30. Raoof, Hoppe and Leech model: Rc core radius, Rw radius of a given layer component, Rh spiral radius [12] The Leech model (Fig. 31) is a multilayered model with wedge-shaped structure geometry. A packing factor is introduced into each layer in order to account for the presence of empty spaces in a layer. In wedge-shaped geometry the spiral radius is equal to the wedge area centre radius. The Leech model requires the specification of the following parameters: pitch length, number of layers, component number per layer, components radius, component axial stiffness k c (4), packing factor PF for each layer (5) [30]. E c = k c / A c (4) where: E c Young s modulus, k c axial stiffness (component of slope of a strain and force curve), A c component cross section. where: n i number of components per layer, A C component cross section, α i a given angle, r i a given radius, W i layer width. PF i = n ia c / cosα i 2πr i W i (5)

44 44 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Fig. 31. Leech model: Rc core radius, Rw radius of a given layer component, Rh spiral radius [12] The Continuum model was established for the purpose of analysing the overall axial stiffness of a fibrous structure with a large number of twisted components. The Continuum model (Fig. 32) comprises a structure with a central simple core and six spiral components (1+6) [12]. Fig. 32. Continuum model [12] The Continuum model requires the specification of the following parameters: strand radius, pitch length, Young s modulus of component, global packing factor PF g (6) [12]. 2π reo r 0 dr 0 dθ 0 0 PF g = [NA c 2π reo cos α 0 r 0 dr 0 dθ 0 0 where: N total number of the structure components, A C component cross section, r eo structure outer diameter, r o radius of any point, α o starting angle, θ angle value in a global coordinate system. ] /(πr 2 eo ) (6) The Continuum model is based on a hierarchical structure (Fig. 33). Considering the architecture of a synthetic fibre rope, it comprises two different types of structure: one is a structure with a central simple core and six spiral elements

45 J. Kozak, A. Czaja, Problems with Modelling the Strength Properties of Sailing Vessels Rigging Ropes 45 (1 + 6), while the other is a set of a large number of twisted (multilayered) components. In order to transition from a fibre structure to a rope structure, two subsequent transition models to scale are necessary. The results of a given model at each level may be used as input data for a model at the next level. The use of this approach from the lowest level where mechanical properties are given as input data, to the highest rope level determines the rope properties. On the basis of this strategy, transition models may be used for analysing synthetic fibre ropes with a complex cross section [12]. Fig. 33. Hierarchical model: Model 1: for a structure with a large number of components, Model 2: for a 1+6 structure [12] Contrary to multilayered models, in the Continuum model the analysed structure is shown in the form of a set of coaxial spirals characterized by an outer twist angle and a proper radius. What is more, the model does not require knowing the rope structural parameters. The model accounts for static axial loads, however, it does not account for the effects of friction between fibres. The Continuum model makes it possible to optimise the rope structure [12].

46 46 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 CONCLUSIONS Some types of synthetic fibre ropes are characterized by much greater strength and much smaller extension than natural fibre or soft wire ropes. Synthetic fibre ropes are currently used for the running rigging of sailing vessels. The problems with modelling the strength properties of synthetic fibre ropes are related with their complex geometry and structure. Multilayered models and the Continuum model are the basic models determining the strength properties of synthetic fibre ropes. REFERENCES 1. Catalog ALPHA ROPES Technical Info (access: ). 2. Catalog BRIDON Steel Rope Technical Information (access: ). 3. Catalog DSMBrand Dyneema SK75 (access: ). 4. Catalog FIBER LINE PET POLYESTER (access: ). 5. Catalog FIBER LINE UHMWPE (access: ). 6. Catalog GLEISTEN ROPES Super Yacht (access: ). 7. Catalog LANCELIN Marine Ropes Catalog (access: ). 8. Catalog LIROS Rope Catalog (access: ). 9. Catalog SAMSON (access: ). 10. Dziewulski W.J., Wiadomości o jachtach żaglowych, Oficyna Wydawnicza Alma-Press, Warszawa Evans J.J., Ridge I.M.L., Chapter 7: Rope and Rope-like Structures, WIT PRESS Southampton, Boston Ghoreishi S.R., Cartraud P., Davies P., Messager T., Analytical Modeling of Synthetic Fiber Ropes Subjected to Axial Loads. Part I: A New Continuum Model for Multilayered Fibrous Structures, International Journal of Solids and Structures, vol. 44, 2007, no. 9, s Katalog DRUMET Informacje Technologiczne, (dostęp: ). 14. Katalog DRUMET Liny Standardowe, (dostęp: ). 15. Katalog DRUMET Obszar Zastosowań i Charakterystyki (dostęp: ). 16. Kolaszewski A., Świdwiński P., Żeglarz i sternik jachtowy, Oficyna Wydawnicza Alma- Press, Warszawa Leech C.M., The Modelling of Friction in Polymer Fibre Rope, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 44, March 2002, s PN-EN :2012 English version. 19. PN-EN A1:2008 Polish version. 20. PN-EN A1:2008 Polish version. 21. Roszkowski M., Mam jacht, Oficyna Wydawnicza Alma-Press, Warszawa 2013.

47 J. Kozak, A. Czaja, Problems with Modelling the Strength Properties of Sailing Vessels Rigging Ropes 47 Źródła internetowe: (dostęp: ) (dostęp: ) (dostęp: ) (access: ) (dostęp: ) (dostęp: ) (dostęp: ) (dostęp: ). PROBLEMY MODELOWANIA CECH WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH LIN TAKIELUNKU JEDNOSTEK ŻAGLOWYCH Streszczenie W niniejszym artykule przedstawiono podstawowe parametry lin miękkich: naturalnych, stalowych miękkich i syntetycznych, wykorzystywanych w olinowaniu ruchomym. Pozostało zaledwie kilka surowców służących do wytwarzania lin z włókien naturalnych, są to m.in.: bawełna, juta, konopie, sizal i manila. Najczęściej stosowanymi linami stalowymi miękkimi są liny dwuzwite, dla średnic mniejszych jest lina typu 6x19M FC, a dla średnic większych lina typu 6x37M FC. Do wytwarzania lin syntetycznych stosuje się kilka rodzajów surowców, charakteryzujących się bardzo zróżnicowanymi właściwościami, dodatkowo występujących w różnych konfiguracjach. W związku z tym przedstawiono parametry lin stosowanych do olinowania ruchomych sztaksli czyli: fałów, kontrafałów, szotów i halsów. Najczęściej do tego typu olinowania wykorzystuje się surowce z polietylenu o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE) o nazwie handlowej dyneema, spectra lub poliestru (PES) o nazwie handlowej diolen, dacron, trevira. Problemy modelowania cech wytrzymałościowych lin syntetycznych wiążą się z ich złożoną geometrią oraz strukturą. Modele wielowarstwowe oraz model Continuum stanowią podstawowe modele określające właściwości wytrzymałościowe lin syntetycznych. Słowa kluczowe: olinowanie ruchowe, żaglowiec, liny naturalne, liny stalowe miękkie, liny syntetyczne.

48 KATARZYNA MALINOWSKA doi: / Politechnika Gdańska Katedra Technologii Obiektów Pływających, Jakości i Materiałoznawstwa PORÓWNANIE KOMPUTEROWYCH METOD OBLICZANIA OPORU JEDNOSTKI ŻAGLOWEJ Z METODĄ DOŚWIADCZALNĄ Przedmiotem rozważań niniejszego artykułu było porównanie trzech metod uzyskania krzywej oporu jednostki żaglowej typu Nefryt. W tym celu zamodelowano kadłub Nefryta w programie Delftship oraz RhinoCeros i uzyskano krzywą oporu dla wyznaczonego wcześniej przedziału prędkości. Następnie przeprowadzono badania na jednostce rzeczywistej, aby możliwe było porównanie rezultatów otrzymanych z opisanych poniżej procesów. Wyniki przedstawiono w formie tabelarycznej (wartości oporu kadłuba przy danej prędkości) oraz w formie wykresu (zależność oporu od prędkości jednostki). Słowa kluczowe: opór, porównanie, Delftship, RhinoCeros, metoda Holtropa. WSTĘP Prognozowanie oporu kadłuba jest jednym z ważniejszych elementów, decydujących o osiągach oraz ekonomiczności jednostki. Szczególne znaczenie ma ono w odniesieniu do jachtów żaglowych, które siłę oporu pokonują głównie napędem żaglowym. Jednym ze sposobów uzyskania wartości całkowitego oporu jednostki jest zastosowanie przybliżonych metod określania oporu. Zazwyczaj metody te zostają opracowane na podstawie wyników badań modelowych ściśle określonej serii kształtów kadłuba. Uzyskane w ten sposób dane przedstawia się w postaci zbioru odpowiednich wykresów lub wyrażeń analitycznych. Drugim wariantem jest przeprowadzanie badań modelowych na zaprojektowanym wcześniej kształcie. Jest to jednak metoda czasochłonna, technicznie skomplikowana i bardzo kosztowna. Wraz z postępem techniki coraz większą rolę w prognozowaniu oporu kadłuba zaczęły odgrywać specjalistyczne programy komputerowe, które jako algorytmy obliczeniowe wykorzystują przybliżone metody obliczeniowe oporu. W przeciwieństwie do badań modelowych w łatwy sposób pozwalają one na zmianę kształtu projektowanej jednostki, aż do momentu uzyskania satysfakcjonujących użytkownika rezultatów. Tutaj jednak nasuwa się pytanie: czy uzyskane w ten sposób wyniki są porównywalne do tych otrzymanych w badaniach modelowych?

49 K. Malinowska, Porównanie komputerowych metod obliczania oporu jednostki żaglowej z metodą PROGNOZOWANIE OPORU DLA JEDNOSTEK ŻAGLOWYCH Szacowanie oporu jednostki żaglowej różni się nieco od prognozowania oporu jednostek nieżaglowych. Na tę różnicę wpływ ma zarówno budowa kadłuba (kil, brak wstawki cylindrycznej, omasztowanie wraz z olinowaniem), jak i specyficzne zachowanie się jednostki podczas żeglugi. W momencie, gdy kadłub przechyla się w wyniku działania aerodynamicznej siły bocznej pochodzącej od żagli, powstają dwie składowe siły oporu. Opór indukowany generowany jest głównie przez kil i ster oraz opór przechyłu. Na skutek przechyłu zmieniają się w pewnym stopniu wszystkie składowe oporu. Najistotniejsze z nich to opór tarcia, związany ze zmianą powierzchni zwilżonej kadłuba, opór związany z falami wytwarzanymi przez kadłub oraz opór fal wytwarzanych przez kil. 2. MODEL BADAWCZY Jako model badawczy wybrano jednostkę typu Nefryt (rys. 1). Jest to mały jacht, który charakteryzuje się dużą dzielnością morską. Jednostka została wybudowana w 1971 roku w Stoczni Jachtowej im. Josepha Conrada w Gdańsku. Jej projektantami są Wacław Liskiewicz oraz Edward Rejewski. Kadłub wykonano z laminatu poliestrowo-szklanego. Jacht posiada stalową płetwę balastową. Jest wykorzystywany do celów szkoleniowych. Korzystając z linii teoretycznych jachtu, kadłub zamodelowano w dwóch programach komputerowych (Delftship, RhinoCeros) w celu uzyskania krzywej oporu przy zadanych prędkościach. Następnie obliczono wartości oporu całkowitego wybraną metodą analityczną oraz przeprowadzono badania oporowe na obiekcie rzeczywistym. Wyniki otrzymane za pomocą wyżej wymienionych metod porównano między sobą w celu zweryfikowania różnic w wartościach oporu całkowitego w zależności od użytej metody.

50 50 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Rys. 1. Jednostka typu Nefryt Źródło: (z dnia: ). 3. OBLICZENIA OPOROWE PRZEPROWADZONE ZA POMOCĄ PROGRAMU DELFTSHIP Kadłub jednostki typu Nefryt modelowany był przy użyciu podkładki z linii teoretycznych. Linie teoretyczne ze względu na błędy występujące przy procesie skanowania (linie bazowe pochylone względem oryginalnego położenia) przerysowano w programie BricsCad, a następnie przerobiono na format zgodny z wymaganiami programu Delftship (JPG) (rys. 2).

51 K. Malinowska, Porównanie komputerowych metod obliczania oporu jednostki żaglowej z metodą 51 Źródło: opracowanie własne. Rys. 2. Linie teoretyczne Po zamodelowaniu kadłuba należało wywołać moduł obliczeniowy (rys. 3). Program Delftship oferuje zarówno obliczenia oporowe, jak i hydrostatyczne. Najczęściej występującym błędem, który wpływa na poprawność obliczeń, jest przesunięta współrzędna y punktów położonych w płaszczyźnie symetrii (PS). W momencie wystąpienia komunikatu o błędach należy upewnić się, czy siatka nie jest przerwana bądź czy współrzędne y punktów położonych w PS mają wartość 0. Źródło: opracowanie własne. Rys. 3. Gotowy model Krzywą oporu jachtu uzyskuje się, wchodząc w zakładkę Calculations and extensions i wybierając opcję Resistance calculations. Program zażąda podania temperatury wody, prędkości startowej, końcowej oraz kroku, z jaką prędkość będzie się zmieniała. Po uzupełnieniu wszystkich zmiennych i po uruchomieniu opcji

52 52 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Report na ekranie w formacie pdf ukaże się krzywa oporu wraz z wartościami takimi jak liczba Froude a (Fn) oraz opór rzeczywisty dla poszczególnych prędkości (rys. 4). Źródło: opracowanie własne. Rys. 4. Krzywa oporu Analizując wyniki, można zauważyć, iż opór tarcia ma jedynie 3% udziału w oporze całkowitym. Pozostałą część oporu stanowi opór resztowy (opór falowy wraz z ciśnieniowym oporem lepkości). W miarę zwiększania prędkości opór całkowity rośnie. Przy prędkości ok. 5 węzłów następuje gwałtowny wzrost oporu, uzależniony od liczby Fn. Przy przekroczeniu bowiem pewnej granicznej jej wartości opór resztowy gwałtownie wzrasta. Największy opór występuje przy prędkości 6 węzłów i wynosi on 0,9734 kn. Znajomość przebiegu krzywej oporu w eksploatacji jednostki jest bardzo ważnym elementem ze względu na możliwość odczytania maksymalnej prędkości, przy której opór gwałtownie wzrasta.

53 K. Malinowska, Porównanie komputerowych metod obliczania oporu jednostki żaglowej z metodą OBLICZENIA OPOROWE PRZEPROWADZONE ZA POMOCĄ PROGRAMU RHINOCEROS ORCA 3D Przygotowane wcześniej linie teoretyczne w formacie dwg zostały zaimportowane do programu RhinoCeros jako płaski rysunek 2D. W tym przypadku w przeciwieństwie do programu Delftship zaimportowane krzywe po odpowiedniej modyfikacji posłużą jako tworzące powierzchnię kadłuba (rys. 5). Źródło: opracowanie własne. Rys. 5. Linie teoretyczne w programie RhinoCeros Źródło: opracowanie własne. Rys. 6. Krzywa oporu Uzyskane wyniki oporu podane są w newtonach (N). Największa wartość uzyskana przy 6 węzłach wynosi 0,987 kn. Opór rośnie wraz ze wzrostem prędkości.

54 54 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Po dokładnym sprawdzeniu płynności powierzchni, wzajemnych ich styczności oraz głównych wymiarów badanej jednostki można przystąpić do obliczeń (tab. 1). Obliczenia oporowe Tabela 1 Speed [kn] Fn[-] Cf (x 1000)[-] Cr (x 1000)[-] Rtotal (N) 0,500 0,035 4,516 2,371 3,8 1,000 0,070 3,916 2,056 13,4 1,500 0,105 3,619 1,901 28,0 2,000 0,140 3,428 1,802 47,4 2,500 0,175 3,290 1,735 71,5 3,000 0,210 3,184 1, ,7 3,500 0,245 3,098 1, ,2 4,000 0,280 3,026 2, ,2 4,500 0,315 2,965 3, ,9 5,000 0,350 2,912 4, ,2 5,500 0,385 2,865 6, ,9 6,000 0,420 2,823 10, ,8 5. BADANIA OPOROWE NA JEDNOSTCE RZECZYWISTEJ Celem przeprowadzonych badań było uzyskanie wartości oporu całkowitego jednostki rzeczywistej typu Nefryt oraz porównanie otrzymanych wielkości z: oporem całkowitym uzyskanym z programu Delftship; oporem całkowitym uzyskanym z programy RhinoCeros Orca3d. W tym zamyśle przeprowadzono 95 pomiarów wartości oporu przy 11 różnych prędkościach jednostki. Otrzymane wyniki uśredniono, a następnie porównano z wynikami uzyskanymi z poprzednich metod Opis badań Badania przeprowadzono na Martwej Wiśle w miejscowości Błotnik. Jednostka typu Nefryt została podczepiona na hol do jednostki motorowej, której zadaniem było holowanie jachtu przy założonych prędkościach. Zadaniem osoby znajdującej się na jachcie było odczytywanie prędkości na GPS, sterowanie jednostką oraz informowanie pomiarowca na jednostce holującej o możliwości odczytywania wartości oporu na siłomierzu.

55 K. Malinowska, Porównanie komputerowych metod obliczania oporu jednostki żaglowej z metodą Sprzęt użyty do badań Opór mierzono z użyciem siłomierza Axis FB100k z czujnikiem zewnętrznym. Odczytywane wielkości podano w newtonach (N). Zakres pomiarowy siłomierza wynosił 100 kn. Szybkość pomiarów urządzenia równa była 10 pomiarów na sekundę. Duża czułość urządzenia powodowała kłopoty w odczytaniu wartości oporu całkowitego jednostki. Wielkości odczytywane były dla prędkości od 1,5 6 węzłów z krokiem co 0,5 węzła. Ze względu na konieczność wyeli-minowania czynnika wiatru pomiary rejestrowano dla jednostki holowanej pod wiatr i z wiatrem. Badania przeprowadzono przy użyciu GPS GARMIN (system nawigacji morskiej GPS 72 z systemem WAAS pozwala określać pozycję z dokładnością do 3 metrów). Urządzenie znajdowało się na jednostce holowanej i służyło do odczytywania prędkości Trudności napotkane w czasie badań W przypadku przeprowadzania badań oporowych na basenie modelowym holowanie jednostki nawet przy prędkościach rzędu 0,5 węzła jest możliwe. Inaczej wygląda to, gdy pomiary przeprowadzane są w warunkach naturalnych. W dniu badań na akwenie wiatr osiągał prędkość 3 w skali Beuforta, co przy holowaniu z wiatrem uniemożliwiało pomiar oporu jednostki w zakresie prędkości od 0,5 2 węzła. Dla każdej z wyznaczonych prędkości wykonano po 5 pomiarów z wiatrem i pod wiatr. Następnie obliczono średnią arytmetyczną. Kolejnym problemem była zbyt duża czułość urządzenia pomiarowego. Przy konieczności ręcznego spisywania wyników pomiaru wartości oporu zmieniały się tak szybko, że rozrzut między zarejestrowanymi wielkości przy danej prędkości był dość duży Wyniki badań Pomiary notowano na wcześniej przygotowanym protokole z prób oporowych. Wyniki zostały przedstawione w formie tabelarycznej (tab. 2). Otrzymane wyniki poddano analizie i porównano z wartościami z poprzednich metod.

56 56 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Wyniki badań Tabela 2 V [kn] Opór [kn] 1,5 0, ,0822 2,5 0, ,1089 3,5 0, ,2006 4,5 0, ,3331 5,5 0, ,0499 Źródło: opracowanie własne. Rys. 7. Krzywa oporu uzyskana z badań na jednostce Analizując wyniki, krzywą należało aproksymować ze względu na gwałtowny wzrost oporu przy prędkości 2,5 węzła. Mogło to być spowodowane błędnym odczytaniem wyników na siłomierzu bądź warunkami atmosferycznymi panującymi podczas badań. Wyniki uzyskane podczas próby uśredniono i przedstawiono w formie zarówno tabelarycznej, jak i w formie wykresu.

57 K. Malinowska, Porównanie komputerowych metod obliczania oporu jednostki żaglowej z metodą 57 PODSUMOWANIE Metody obliczania oporu jachtu zestawiono w tabeli 3. Porównanie metod obliczania oporu jachtu Tabela 3 V [kn] Opór próba [kn] Opór Delftship [kn] 1,5 0,0210 0,0258 0, ,0822 0,0435 0, ,5 0,1286 0,0653 0, ,1089 0,0963 0, ,5 0,1441 0,1392 0, ,2006 0,1792 0, ,5 0,2514 0,244 0, ,3331 0,3447 0, ,5 0,5833 0,6277 0, ,0499 0,9734 0, V [kn] Opór Próba [kn] Opór Rhino [kn] Błąd bezwzględny [kn] Błąd bezwzględny [kn] Błąd względny [%] Błąd względny [%] 1,5 0,021 0,0280 0, ,0822 0,0474 0, ,5 0,1286 0,0715 0, ,1089 0,1007 0, ,5 0,1441 0,1382 0, ,2006 0,1952 0, ,5 0,2514 0,2829 0, ,3331 0,4002 0, ,5 0,5833 0,6409 0, ,0499 0,9868 0, Porównując proces prowadzący do uzyskania wartości oporu całkowitego oraz krzywej oporu można stwierdzić, że: modelowanie kadłuba w programie RhinoCeros jest znacznie prostsze niż w programie Delftship. Powoduje to możliwość importowania oraz manipulowania krzywymi, tworzącymi linie teoretyczne tak, aby po odpowiednim rozsunięciu tworzyły one szkielet kadłuba; obliczenia w obu programach odbywają się w podobny sposób. Po stworzeniu geometrii definiuje się zanurzenie i wybiera, czy program ma importować dane z modelu, czy ma obliczać na podstawie wprowadzonych przez użytkownika danych;

58 58 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 wyniki uzyskane z zastosowanych metod porównywane były do wartości oporu całkowitego, otrzymanych z badań na jednostce rzeczywistej; mimo że wszystkie zastosowane wyżej metody służą do obliczania oporu, wykorzystują one różne algorytmy, które mogą powodować różnice w wynikach; największy błąd względny zawiera się w przedziale prędkości od 1,5 2,5 węzła. Przyczyna tego może wynikać z braku eliminacji czynnika wiatru przy tych prędkościach (pomiar oporu z wiatrem nie był możliwy). LITERATURA 1. Delftship User Manual, Delftship BV, The Netherlands, Dudziak J., Teoria okrętu, Wydawnictwo Morskie, Gdańsk Larsson L., Eliasson R.E., Principles of Yacht Design, Adlard Coles Nautical, London Zborowski A., Opór statków wypornościowych, Wydawnictwo Morskie, Gdańsk Źródła internetowe 5. (dostęp: ) (dostęp: ). SHIP RESISTANCE THEORETICAL CALCULATIONS VS. TESTS Summary The purpose of this paper was comparison of three methods use to calculate resistance of Nefryt yacht. In that purpose shape of yacht was created in two computer programs: Delftship and in RhinoCeros, then resistance calculations for set speed range were made. Finally to compare results from all used methods tests on yacht were carried out. Results were presents as table and graph (resistance and speed reliance). Keywords: resistance, compare, Delftship, RhinoCeros, Holtrop method.

59 TADEUSZ MISORZ doi: / Akademia Morska w Gdyni Katedra Eksploatacji Statku POSTĘPOWANIE Z WODAMI BALASTOWYMI NA STATKACH W ŻEGLUDZE MIĘDZYNARODOWEJ W ŚWIETLE KONWENCJI BWM 2004 Artykuł przedstawia problematykę związaną z wejściem w życie Konwencji o kontroli i postępowaniu ze statkowymi wodami balastowymi i osadami (International Convention for the Control and Management of Ships' Ballast Water and Sediments BWM Convention). Zawiera informacje z zakresu wymagań Konwencji w stosunku do statków, państw bandery i państw przybrzeżnych oraz przedstawia sposoby postępowania z wodami balastowymi. Słowa kluczowe: wody balastowe, osady, wymiana wód balastowych, systemy obróbki/uzdatniania, wymagania, szkolenie. WSTĘP Zadaniem statku jest przewożenie ładunków, lecz także w razie braku ładunku przewóz wody w zbiornikach balastowych, aby zapewnić właściwą stateczność i bezpieczne przejście do portu załadunkowego. Transport wody balastowej z portu do portu związany jest z niebezpieczeństwem przeniesienia organizmów żywych z jednego ekosystemu do drugiego. W celu ograniczenia przenoszenia żywych organizmów w wodach balastowych 13 lutego 2004 roku w Londynie przyjęto Konwencję o kontroli i postępowaniu ze statkowymi wodami balastowymi i osadami, zwaną Konwencją BWM 2004 (Ballast Water Management). Konwencja weszła w życie 8 września 2017 roku. Przyjęta przez IMO (International Maritime Organization) Konwencja BWM 2004 stanowi część międzynarodowych inicjatyw biobezpieczeństwa, wskazuje sposoby ograniczenia ryzyka związanego z transportem wód balastowych na statkach [12]. Organizmy morskie, które są przewożone w zbiornikach balastowych, mogą przeżyć w nowych środowiskach i stają się obcym gatunkiem inwazyjnym, który może mieć ogromny wpływ na ekosystem, w którym się znajdzie oraz łańcuch żywieniowy. Istnieją przykłady organizmów, które zostały przewiezione w wodzie balastowej do nowego środowiska i opanowały to środowisko. Organizmy, które mogą zostać przewiezione w wodzie balastowej to: zooplankton, plankton roślinny, bakterie, małe bezkręgowce i jaja ryb. Żywe organizmy mogą znajdować się również w osadach przewożonych z wodą w zbiornikach balastowych. Skalę potencjalnego problemu pokazuje ilość wód balastowych, które są przewożone każdego roku przez statki. Szacuje się, że żegluga jest odpowiedzialna za globalny transfer ponad 10 miliardów ton wód balastowych rocznie, na skutek

60 60 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 czego ok. 10 tysięcy gatunków morskich (fauny i flory, w tym patogenów) jest przewożonych w wodach balastowych każdego dnia [2, 12]. Celem Konwencji BWM 2004 jest zapobieganie, zmniejszanie oraz w miarę możliwości wyeliminowanie przenoszenia tych organizmów i patogenów przez kontrolowanie i odpowiednie postępowanie ze statkowymi wodami balastowymi i osadami. Po wejściu w życie Konwencji BWM 2004 wszystkie statki objęte konwencją będą zobowiązane do postępowania z wodami balastowymi w taki sposób, aby uniknąć transferu szkodliwych organizmów i czynników chorobotwórczych [3]. 1. ZAŁOŻENIA KONWENCJI BWM 2004 Konwencja BWM 2004 ma zastosowanie do statków w żegludze międzynarodowej (jednostek dowolnego typu eksploatowanych w środowisku wodnym, w tym obiektów zanurzalnych, jednostek pływających, pływających platform, pływających jednostek składowania oraz pływających jednostek wydobywczych, magazynowania i załadunku). Konwencji nie stosuje się do: poboru lub zrzutu wód balastowych w celu zapewnienia bezpieczeństwa statku lub osób znajdujących się na jego pokładzie w sytuacjach awaryjnych lub podczas akcji ratunkowych na morzu; zrzutu wywołanego uszkodzeniem statku, chyba że za uszkodzenie odpowiada armator lub oficer statku; poboru lub zrzutu wód balastowych w celu zminimalizowania negatywnego oddziaływania na środowisko wskutek wystąpienia innych zanieczyszczeń; zrzutu w miejscu poboru wód balastowych, o ile całość tych wód pochodzi z tego obszaru [3, 8]. Do dnia wejścia w życie Konwencji BWM 2004, tj. 8 września 2017 roku, wszystkie statki podnoszące banderę państwa, które podpisało Konwencję, są zobowiązane do: przeprowadzenia przeglądu, po którym wydane zostanie międzynarodowe świadectwo postępowania z wodami balastowymi IBWMC (International Ballast Water Management Certificate); posiadania na pokładzie zatwierdzonego planu postępowania z wodami balastowymi BWMP (Ballast Water Management Plan); prowadzenia książki zapisów wód balastowych BWRB (Ballast Water Record Book); właściwego postępowania z wodami balastowymi podczas każdego rejsu, poprzez ich wymianę lub oczyszczenie przy użyciu zatwierdzonego systemu obróbki/uzdatniania wód balastowych BWMS (Ballast Water Management System) [3].

61 T. Misorz, Postępowanie z wodami balastowymi na statkach w żegludze międzynarodowej w świetle 61 Statki, podnoszące banderę państwa, które nie jest jeszcze stroną Konwencji, powinny wykazać zgodność z Konwencją BWM 2004 i są zobowiązane do: przeprowadzenia przeglądu dla wydania dokumentu zgodności; posiadania na pokładzie zatwierdzonego planu postępowania z wodami balastowymi; prowadzenia książki zapisów wód balastowych; właściwego postępowania z wodami balastowymi podczas każdego rejsu, poprzez ich wymianę lub oczyszczenie przy użyciu zatwierdzonego systemu obróbki/uzdatniania wód balastowych [3]. Statki są zobowiązane do instalowania zatwierdzonych urządzeń do obróbki/uzdatniania wód balastowych, spełniających normę D-2 Konwencji BWM (określającą ilość organizmów zdolnych do życia w zrzucanej wodzie), oraz stosowania ich podczas każdej podróży w następujących terminach: jeżeli stępka statku została położona przed 8 września 2017 roku przy pierwszym odnowieniu certyfikatu IOPP (International Oil Polution Prevention) po 8 września 2017 roku; jeżeli stępka statku została położona po 8 września 2017 roku w momencie wejścia statku do eksploatacji [4]. Administracja państwa bandery w szczególnych okolicznościach może wystawić odstępstwo na okres do 5 lat od wymagań Konwencji BWM dla statków: odbywających okazjonalne lub jednorazowe podróże między określonymi portami bądź innymi ustalonymi miejscami; operujących tylko na z góry ustalonych trasach. Konwencji BWM 2004 nie stosuje się do: statków, które nie są zaprojektowane lub skonstruowane do przewozu wód balastowych; wód balastowych niepodlegających zrzutowi (hermetyczne zbiorniki); okrętów wojennych; jeżeli Strona (Strony) nie określą, że zrzut wód balastowych mógłby zagrozić lub spowodować szkody w środowisku, zdrowiu ludzi, mieniu lub innych zasobach tej Strony lub innych państw; statków Strony eksploatowanych wyłącznie na wodach podlegających jej jurysdykcji; statków Strony eksploatowanych wyłącznie na wodach podlegających jurysdykcji innej Strony; statków eksploatowanych wyłącznie na wodach podlegających jurysdykcji jednej ze Stron lub na morzu otwartym [3].

62 62 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, OBOWIĄZKI WYNIKAJĄCE Z KONWENCJI BWM 2004 Państwa bandery, państwa przybrzeżne i państwa portu mają określone obowiązki wynikające z Konwencji, dotyczące działań związanych z ochroną środowiska morskiego i lokalnych ekosystemów Obowiązki państwa przybrzeżnego Do obowiązków państwa przybrzeżnego należy: zapewnienie wszystkim statkom będącym pod jego jurysdykcją planu zarządzania wodami balastowymi (BWMP) i dziennika kontroli wód balastowych (BWRB); przygotowanie systemu kontroli i egzekwowania Konwencji BWM (CME) (Compliance Monitoring and Enforcement); przystosowanie lokalnego prawa do spełniania wymogów Konwencji BWM na jego obszarze i objęcia statków będących pod jego jurysdykcją oraz do opracowania kar i sankcji za ich nieprzestrzeganie; współpraca regionalna i międzynarodowa; ustanowienie programów monitorujących ochronę środowiska i zdrowia publicznego [2] Obowiązki państwa bandery Do obowiązków państwa bandery należy: spełnianie wymogów Konwencji przez statki podnoszące jego banderę; przygotowanie procedur dla wydania międzynarodowego świadectwa zarządzania wodami balastowymi (IBWMC); zapewnienie znajomości i przestrzegania przepisów Konwencji BWM przez członków załóg statków oraz odpowiedniego szkolenia; wprowadzenie procedur kontroli przestrzegania Konwencji BWM [2] Obowiązki państwa portu Do obowiązków państwa portu należy: przygotowanie odpowiednich obiektów do odbioru wód balastowych i osadów ze zbiorników balastowych (jeżeli są wymagane); ochrona obszarów portowych i działalności społeczno-ekonomicznej; przygotowanie sankcji za nieprzestrzeganie Konwencji BWM; kontrola zagranicznych statków zawijających do portu i terminali przybrzeżnych; branie udziału w globalnym wprowadzaniu Konwencji BWM; współpraca regionalna i międzynarodowa [2].

63 T. Misorz, Postępowanie z wodami balastowymi na statkach w żegludze międzynarodowej w świetle METODY POSTĘPOWANIA Z WODAMI BALASTOWYMI Tam, gdzie Konwencja BWM ma zastosowanie, dopuszcza się różne metody postępowania z wodami balastowymi. Są one podzielone na następujące kategorie: wymiana wód balastowych BWE (Ballast Water Exchange); obróbka/uzdatnianie wód balastowych; izolacja wód balastowych i przekazanie do urządzeń lądowych; brak wód balastowych lub pozostawienie ich na burcie statku [2] Wymiana wód balastowych (BWE) Wymogi dotyczące wymiany wód balastowych zostały wymienione w przepisie B-4 Konwencji BWM Statki przewożące wody balastowe i stosujące metodę wymiany wody balastowej, aby spełniać wymagania opisane w regulacji D-1 Konwencji BWM, powinny: jeżeli jest to możliwe, wymienić wody balastowe w odległości nie mniejszej niż 200 mil morskich od najbliższego lądu i przy głębokości wody nie mniejszej niż 200 metrów; jeżeli nie można spełnić tych wymogów, to wody balastowe powinny być wymienione jak najdalej od lądu, w odległości nie mniejszej niż 50 mil morskich przy zachowaniu głębokości morza 200 metrów. Jeżeli statek nie może spełnić żadnego z wymienionych wyżej warunków, państwo przybrzeżne może wyznaczyć obszar, gdzie wody balastowe mogą zostać wymienione. Statki nie są zobowiązane do zmiany swojej drogi lub opóźnienia swojej podróży w celu spełnienia wymogów opisanych wyżej. Statek przeprowadzający wymianę wody balastowej nie jest zobowiązany do przestrzegania wymienionych powyżej wymagań, jeżeli kapitan uzna, że taka operacja zagraża stateczności statku lub bezpieczeństwu statku, załogi czy pasażerów ze względu na warunki pogodowe, konstrukcję statku, obciążenie kadłuba, uszkodzenie urządzeń oraz inne ważne przyczyny. Kiedy statek zobowiązany do wymiany wody balastowej nie przeprowadzi tej operacji zgodnie z przepisami, przyczyna odejścia od przepisów powinna zostać zamieszczona w dzienniku wód balastowych. Regulacja D-1 podaje ilość wody w zbiornikach, którą trzeba wymienić: statki przeprowadzające wymianę wód balastowych powinny wymienić przynajmniej 95% objętości zbiornika; statki, które przeprowadzają wymianę wody balastowej poprzez przelewanie balastów, powinny przepompować co najmniej trzykrotną objętość zbiornika, aby spełnić wymóg opisany wyżej. Przepompowanie mniejszej ilości wody niż trzykrotna objętość zbiornika może być zaakceptowane, jeżeli statek udowodni, że stanowi to co najmniej 95% objętości zbiornika [6].

64 64 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Konwencja BWM dopuszcza trzy metody wymiany wody balastowej: sekwencyjną, przepływową i rozcieńczania. Metoda sekwencyjna proces polega na opróżnieniu zbiornika balastowego, w którym przewożona jest woda, a następnie ponownym jego napełnieniu. Wymianie powinno ulec co najmniej 95% objętości zbiornika. Rys. 1. Metoda sekwencyjna Źródło: GloBallast Project Dynamic E-learning Platform on Operational Aspects of Ballast Water Management The Practice of Ballast Water Exchange. Metoda przepływowa proces polega na wpompowaniu wody do zbiornika, pozwalając przelewać się wodzie przez odpowietrzenia lub włazy. Należy przepompować w ten sposób co najmniej trzykrotną objętość zbiornika. Rys. 2. Metoda przepływowa Źródło: GloBallast Project Dynamic E-learning Platform on Operational Aspects of Ballast Water Management The Practice of Ballast Water Exchange. Metoda rozcieńczania proces polega na napełnianiu zbiornika w górnej jego części, pozwalając swobodnie wypływać wodzie w dolnej części. Szybkość napełniania powinna być równa szybkości wypływania wody, a w zbiorniku powinien być utrzymywany stały poziom wody w trakcie całej operacji. Rys. 3. Metoda rozcieńczania Źródło: GloBallast Project Dynamic E-learning Platform on Operational Aspects of Ballast Water Management The Practice of Ballast Water Exchange.

65 T. Misorz, Postępowanie z wodami balastowymi na statkach w żegludze międzynarodowej w świetle 65 Zastosowanie konkretnej metody wymiany wody balastowej dla każdego statku powinno być podyktowane zachowaniem warunków bezpieczeństwa i stateczności w czasie całej operacji wymiany, wydajnością pomp, systemem rurociągów balastowych statku, pojemnością zbiorników balastowych oraz aranżacją i pojemnością punktów odpowietrzających [6] Systemy obróbki/uzdatniania wody balastowej (BWMS) Systemy obróbki/uzdatniania balastu wodnego (BWMS) mogą być zdefiniowane jako: procedury, działalność i mechanizmy, które mają za zadanie zmniejszyć albo wyeliminować wszystkie albo część ryzyk związanych z przewiezieniem nietubylczego gatunku w wodach balastowych statków. Celem systemów obróbki/uzdatniania wód balastowych (BWMS) jest osiągnięcie standardów, przedstawionych szczegółowo w przepisach D-2 Konwencji BWM, które mówią o ilości żywych organizmów, jakie mogą znajdować się w zrzucanej wodzie. Zgodnie z wymogami prawidła statki mogą dokonywać zrzutów w przypadku, gdy wody balastowe: zawierają mniej niż 10 zdolnych do życia organizmów w wymiarze większym lub równym 50 mikrometrom w najmniejszym wymiarze w jednym metrze sześciennym; zawierają mniej niż 10 zdolnych do życia organizmów w jednym mililitrze, mniejszych niż 50 mikrometrów w najmniejszym wymiarze i większych lub równych 10 mikrometrom w najmniejszym wymiarze; wskaźnik drobnoustrojów w zrzucie nie przekracza dla: Vibrio cholerae (zaraźliwe, O1 i O139) mniej niż jedna jednostka tworząca kolonię (colony forming unit cfu) w 100 mililitrach lub mniej niż 1 cfu w 1 gramie (mokrej wagi) próbek zooplanktonu; Escherichia coli mniej niż 250 cfu w 100 mililitrach, Enterococci (jelitowa) mniej niż 100 cfu w 100 mililitrach [1]. Są dwa sposoby obróbki/uzdatniania wody balastowej: fizyczna stała lub płynna separacja; dezynfekcja. Większość urządzeń łączy oba systemy obróbki/uzdatniania filtrowanie wody balastowej, a następnie dezynfekcję. Separację można osiągnąć przez wytrącanie elementów stałych albo przez zewnętrzną filtrację, która ogranicza wielkość przepuszczalnych osadów. Dezynfekcja, dodana do pierwszego mechanicznego etapu, usuwa i/lub eliminuje drobnoustroje z wykorzystaniem procesu chemicznego lub fizycznego. Można to uzyskać poprzez: użycie substancji chemicznych, np. chlorowanie, ozonowanie itp.; eliminację fizykochemiczną, np. naświetlanie światłem ultrafioletowym, działanie falami ultrasonicznymi, itp.; odcięcie tlenu powodujące eliminację drobnoustrojów.

66 66 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Rys. 4. Metody obróbki/uzdatniania wody balastowej Źródło: K. Kołwzan, International Convention for the Control and Management of Ship s Ballast Water and Sediments, 2004, Seminar at Pireaus on 17 th November Standardy zawarte w przepisach D-2 i D-3 Konwencji BWM można osiągnąć przez zastosowanie urządzeń do obróbki/uzdatniania wody balastowej instalowanych na statkach lub w instalacjach brzegowych. Urządzenia BWMS muszą zostać zatwierdzone przez Administrację i uzyskać atest dopuszczenia do użycia zgodnie z przepisami D-3 oraz wymaganiami dla systemów obróbki/uzdatniania balastów wodnych, zawartymi w przepisach Rezolucji MEPC.174(58) - G-8 [5] i Rezolucji MEPC.169(57) - G-9 [11]. Urządzenia, które wykorzystują chemikalia albo biocydy, wykorzystują organizmy żywe albo mechanizmy biologiczne lub takie, które zmieniają parametry chemiczne lub fizyczne wody balastowej, powinny być zgodne z Konwencją BWM oraz muszą być bezpieczne dla statku, jego wyposażenia i załogi. 4. WYMAGANIA DOTYCZĄCE STATKÓW I PAŃSTWA PORTU Każdy statek, który przewozi wodę balastową, powinien posiadać plan gospodarki balastem wodnym, aby zminimalizować transfer szkodliwych organizmów i czynników chorobotwórczych. Plan ten specyficzny dla każdego statku powinien dostarczyć bezpiecznych i efektywnych procedur gospodarki balastem wodnym. Plan gospodarki balastem wodnym powinien stanowić część dokumentacji statku, zawierającą m.in.: odniesienie do przepisów zawartych w Konwencji BWM; dokumentację aprobującą urządzenia do obróbki/uzdatniania wód balastowych;

67 T. Misorz, Postępowanie z wodami balastowymi na statkach w żegludze międzynarodowej w świetle 67 system rejestracji postępowania z balastami; lokalizację punktów poboru próbek [7]. Plan taki powinien zostać zatwierdzony przez Administrację państwa bandery. Stosowanie na statku dobrej praktyki w gospodarce balastem wodnym (BWM) ma zasadnicze znaczenie w trakcie przyjmowania balastu. Należy podjąć wszystkie działania, aby zmniejszyć ilość szkodliwych organizmów wodnych, czynników chorobotwórczych i osadów w czasie balastowania statku. W trakcie przyjmowania balastu wodnego powinno się unikać takich miejsc, jak: ciemności, kiedy organizmy wodne mogą podpływać pod powierzchnię wody; obszary zidentyfikowane przez państwo portu jako nieodpowiednie do przyjmowania balastu, chyba że w wyjątkowej sytuacji; płytkowodzie; obszary, gdzie osady denne zostały wzruszone przez śruby okrętowe; obszary z zakwitami fitoplanktonu, glonów, itp.; w pobliżu ujść kanalizacyjnych; miejsca, gdzie prądy pływowe/rzeczne mogą wzruszać lub nanosić osady denne [10]. Należy rozważyć możliwość regularnego usuwania zgromadzonych w zbiornikach balastowych osadów. Jeżeli jest to możliwe, procedura czyszczenia zbiorników balastowych w celu usunięcia osadów powinna być wykonywana na otwartym oceanie albo w przygotowanych do tego celu instalacjach w porcie lub suchym doku. Czynności te należy wykonywać zgodnie z procedurami ustalonymi w statkowym planie gospodarki balastem wodnym (BWMP). Aby ułatwić gospodarkę balastem wodnym i procedurami obróbki/uzdatniania wód balastowych na statku, powinien zostać wyznaczony odpowiedzialny oficer, nadzorujący przestrzeganie właściwej gospodarki wodami balastowymi oraz ww. procedur, a także prawidłowego rejestrowania tych operacji. Podczas przejmowania albo zrzucania wody balastowej jako minimalne dane wymagane jest podanie pozycji geograficznej statku, nazwy zbiornika/ładowni, do którego balast jest pobierany, temperatury i zasolenia wody, jak również ilości pobranej lub zrzuconej wody balastowej. Odpowiedni formularz raportowania jest zamieszczony w Załączniku 1 do Konwencji BWM. Zapisy te powinny być udostępnione Administracji państwa portu. Lokalizacja odpowiednich punktów dostępu dla pobrania próbek balastu albo osadów powinna być opisana w statkowym planie gospodarki balastem wodnym i znana załodze statku tak, aby mogła ona udzielić maksymalnej pomocy oficerom Administracji państwa portu w trakcie pobierania próbek wody balastowej albo osadu [7, 9]. Artykuł 7 Konwencji BWM wymaga, żeby państwo bandery zapewniło, że posiada i stosuje odpowiednią certyfikację, zgodnie z przepisami zawartymi w przepisach E-1 Konwencji BWM, dla statków podnoszących jego banderę. Przepisy E-1 wymagają, aby statek przechodził następujące przeglądy: przegląd początkowy (zanim statek wejdzie do eksploatacji);

68 68 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 przegląd odnawiający (maksymalnie co 5 lat); przegląd pośredni (trzy miesiące przed lub po drugiej rocznicy, albo trzy miesiące przed lub po trzeciej rocznicy certyfikatu); przegląd roczny (trzy miesiące przed lub po każdej rocznicy); przegląd dodatkowy (po zmianie, wymianie albo znaczącej naprawie systemu). Jeżeli statek nie jest utrzymywany w dobrym stanie technicznym, pomiędzy przeglądami może być wymagany przegląd zgodności. Jeżeli Administracja państwa portu tego wymaga, należy przedsięwziąć odpowiednie procedury dotyczące wód balastowych, a jeżeli warunki hydrometeorologiczne lub statecznościowe na to nie pozwalają, kapitan statku powinien jak najszybciej poinformować o tym fakcie Administrację państwa portu, jeżeli to możliwe, jeszcze przed wejściem statku w obszar morza podlegający jej jurysdykcji. Władze portu powinny zapewnić dostępność w porcie urządzeń do przyjęcia, w bezpieczny sposób dla środowiska, osadów ze zbiorników balastowych oraz możliwość bezpiecznego zdania wód balastowych do lądowych urządzeń obróbki/uzdatniania wody balastowej. Administracja państwa portu powinna dostarczyć na statek następujące informacje: szczegóły wymagań dotyczących postępowania z balastem wodnym; lokalizacja i warunki używania alternatywnych stref wymiany wód balastowych; jakiekolwiek inne portowe zarządzenia; dostępność, lokalizacja oraz pojemność obiektów wyznaczonych do przyjęcia, w bezpieczny sposób dla środowiska, wody balastowej i osadów oraz opłaty z tym związane [8, 10]. Aby pomóc statkom we właściwym pobieraniu wody balastowej, Administracja państwa portu powinna poinformować lokalnych agentów i/lub statki, gdzie na danym obszarze istnieje ryzyko w przyjmowaniu wody balastowej ze względu na: obszary z epidemią albo znaną populacją szkodliwych organizmów i czynników chorobotwórczych; obszary z zakwitami fitoplanktonu, glonów, itp; ujścia kanalizacyjne; operacje pogłębiania; zamulenie w trakcie pływów, itp. [8, 10]. 5. SZKOLENIE I KONTROLA Odpowiednie szkolenie dla kapitanów i załogi statków powinno zawierać instrukcję na temat postępowania z wodami balastowymi i osadami, jak i procedury obróbki/uzdatniania wód balastowych oraz powinno opierać się na informacjach zawartych w Konwencji BWM. Instrukcja taka powinna też zawierać informacje o sposobie zapisów dotyczących wody balastowej i ich przechowywania.

69 T. Misorz, Postępowanie z wodami balastowymi na statkach w żegludze międzynarodowej w świetle 69 Administracje państw powinny zagwarantować uwzględnienie tematów związanych z postępowaniem z wodami balastowymi oraz kontrolą zanieczyszczeń mórz przez szkodliwe organizmy i czynniki chorobotwórczych w programach morskich ośrodków szkoleniowych tych państw. Stosowanie procesów i procedur, dotyczących gospodarki balastem wodnym, ma fundamentalne znaczenie przy zmniejszaniu ilości wprowadzanych przez statki szkodliwych organizmów i czynników chorobotwórcze do lokalnych ekosystemów. Państwo portu zobowiązane jest do przygotowania programu kontroli statków w porcie i sankcji za nieprzestrzeganie Konwencji BWM. Kontrola taka realizowana przez PSC (Port State Control) obejmuje: badanie początkowe potwierdzające, czy jest podstawa do bardziej szczegółowej kontroli; dodatkowe sprawdzanie podczas szczegółowej kontroli; pobór próbek wód balastowych [9]. Podstawą do szczegółowej kontroli mogą być: oznaki, że statek, jego wyposażenie, albo jego załoga nie odpowiada wymaganiom Konwencji BWM, albo że kapitan statku lub członkowie załogi nie są zaznajomieni z zasadniczymi procedurami odnoszącymi się do zapobiegania zanieczyszczeniom. Taka szczegółowa kontrola wspiera decyzję PSCO (Port State Control Officer) w oszacowaniu ryzyka i ocenie, czy zakazać lub pozwolić zrzucić wody balastowe w porcie. Podczas wykonywania szczegółowej kontroli PSCO może sprawdzić, czy: statek przestrzega BWMP; BWMS i system rurociągów został nienaruszony, nie został przerobiony; BWMS działa poprawnie; członkowie załogi opiekujący się BWMS są odpowiedni przeszkoleni i zdolni do prawidłowej i bezpiecznej obsługi instalacji; konieczne jest pobranie próbek wody balastowej [9]. PODSUMOWANIE Wejście w życie Międzynarodowej konwencji o kontroli i postępowaniu ze statkowymi wodami balastowymi i osadami z 2004 roku poprawi możliwości ograniczenia przepływu organizmów przenoszonych w wodach balastowych. Ma to na celu ochronę lokalnych ekosystemów przed inwazyjnymi organizmami z innych ekosystemów. Działania podejmowane na podstawie Konwencji BWM będą miały szerokie spektrum i będą obejmować zarówno statki, państwa bandery, jak i państwa przybrzeżne. Każdy z tych podmiotów ma podjąć odpowiednie działania, pozwalające na ochronę lokalnych ekosystemów. Wydaje się, że największą rolę będą miały do spełnienia załogi statków oraz państwa przybrzeżne, bezpośrednio

70 70 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 zaangażowane w działania zapobiegawcze. Pozostałe podmioty zajmą się bardziej kontrolą i monitorowaniem przebiegu wdrażania przepisów Konwencji BWM. Mimo że wiele państw podpisało Konwencję BWM, zobowiązując się do zmiany przepisów lokalnych tak, aby wprowadzić do nich zapisy Konwencji BWM, pozostała pewna grupa państw, które nie są stroną Konwencji BWM. Państwa te przygotowały własne przepisy związane z wymianą wód balastowych wzorowane na Konwencji BWM, wprowadziły je w życie i wymagają ich przestrzegania. Obecnie zaś wprowadzają kolejne elementy związane z obróbką/uzdatnianiem wód balastowych. Przykładem państwa, które posiada odrębne przepisy dotyczące gospodarki wodami balastowymi, są Stany Zjednoczone Ameryki Północnej. Z tymi przepisami, które obowiązują w portach i na wodach amerykańskich, można zapoznać się na stronach internetowych USCG (United States Coast Guard) w przepisach CFR 33 Part 151 (Code of Federal Regulations). LITERATURA 1. Barańska M., Zarządzanie wodami balastowymi w świetle wymogów Międzynarodowej konwencji o kontroli i postępowaniu ze statkowymi wodami balastowymi i osadami (BWM Convention) [w:] Bezpieczeństwo i Ekologia, 2016, nr GloBallast Project Dynamic E-learning Platform on Operational Aspects of Ballast Water Management. 3. International Convention for the Control and Management of Ship s Ballast Water and Sediments, Kołwzan K., International Convention for the Control and Management of Ship s Ballast Water and Sediments, 2004, Seminar, Piraeus, 17th November Resolution MEPC.174(58). Guidelines for approval of ballast water management systems (G8). 6. Resolution MEPC.124(53). Guidelines for ballast water exchange (G6). 7. Resolution MEPC.127(53). Guidelines for ballast water management and development of ballast water management plans (G4). 8. Resolution MEPC.123(53). Guidelines for ballast water management equivalent compliance (G3). 9. Resolution MEPC.173(58). Guidelines for ballast water sampling (G2). 10. Resolution A.868(20). Guidelines for the control and management of ships ballast water to minimize the transfer of harmful aquatic organisms and pathogens. 11. Resolution MEPC.169(57). Procedure for approval of ballast water management systems that make use of active substances (G9). Źródła internetowe 12.

71 T. Misorz, Postępowanie z wodami balastowymi na statkach w żegludze międzynarodowej w świetle 71 PROCEEDINGS WITH THE BALLAST WATERS ON SHIPS IN THE INTERNATIONAL SHIPPING ON REFLECT OF THE BWM CONVENTION Summary This paper presents problems with implementation of International Convention for the Control and Management of Ships' Ballast Water and Sediments (BWM Convention). Contains information concerning of requirements of the Convention to ships, Flag States and Costal States, and presents way of proceedings with ballast water. Keywords: BWM Convention, BWE, BWMS, requirements, training.

72 MARIA MODZELEWSKA, RAFAŁ BOROWSKI doi: / Akademia Morska w Gdyni Koło Naukowe ISTL ADAM KAIZER Akademia Morska w Gdyni Katedra Transportu i Logistyki PRZEGLĄD TRENDÓW IT W ZARZĄDZANIU SIECIAMI DOSTAW, KTÓRE DECYDUJĄ O WSPÓŁCZESNEJ PRZEWADZE RYNKOWEJ Celem niniejszego artykułu jest przeanalizowanie wpływu innowacyjnych rozwiązań IT na konkurencyjność przedsiębiorstwa na rynku. Przedstawiono tu systemy optymalizujące operacje na poszczególnych etapach transportowego łańcucha dostaw. Słowa kluczowe: transport, łańcuch dostaw, sieć dostaw, systemy IT. WSTĘP Współcześnie na świecie rosną potrzeby konsumpcyjne. To zjawisko przekłada się bezpośrednio na zwiększenie globalnego obrotu towarami [19]. Polska ma strategicznie ważne położenie geograficzne dla ruchu tranzytowego w Europie. Wraz z internacjonalizacją handlu także w kraju rośnie liczba przewożonych towarów. Przedstawiciele przedsiębiorstw dążą do tego, by były konkurencyjne i zapewniały dostawę produktu w jak najkrótszym czasie, w jak największej liczbie, chcąc przy tym redukować koszty. Zależy im na tym, by sprostać wymaganiom klienta i sprawić, aby powtórnie nabył ich produkt. Temu służy sprawna gospodarka materiałowa w produkcji w myśl idei just in time, płynna dystrybucja, czy profesjonalna obsługa klienta. Wykorzystywanie jedynie tradycyjnych metod zarządzania zasobami przedsiębiorstwa może okazać się znacznie utrudnione bądź niemożliwe przy wciąż rosnącym wolumenie sprzedaży, dlatego też coraz częściej stosuje się rozwiązania służące informatyzacji i automatyzacji procesów oraz czynności nie tylko wewnątrz firm, ale w całym procesie łańcucha dostaw. Systemy IT (Information Technology) dają podmiotom gospodarczym możliwość świadczenia dodatkowych usług klientowi, takich jak udostępnianie interesujących go informacji poprzez specjalną platformę. Są one aktualizowane i nie potrzebują do tego celu zwiększenia zasobów ludzkich. Niektóre systemy pozwalają też na wymianę danych między innymi serwisami. Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie problematyki dotyczącej systemów IT oraz scharakteryzowanie tych, które stosowane w zarządzaniu sieciami dostaw decydują o przewadze rynkowej.

73 M. Modzelewska, R. Borowski, A. Kaizer, Przegląd trendów IT w zarządzaniu sieciami dostaw, które decydują ZARZĄDZANIE SIECIAMI DOSTAW Badane publikacje z zakresu logistyki wskazują dwa podejścia do łańcucha dostaw. Pierwsze jako proces, tzn. sekwencję przemieszczania dóbr, materiałów, produktów i ludzi, drugie zaś jako strukturę grupy przedsiębiorstw, czyli ogniw łańcucha, realizujących wspólne działania. Z tego powodu nie ma jednolitej definicji łańcucha dostaw. Sieć dostaw powoduje, że we wszystkich łańcuchach wchodzących w jej skład dokonuje się optymalizacja przepływu materiałowego między ich ogniwami. Struktura sieciowa dzięki kooperacji przedsiębiorstw jest zdolna poprawić efektywność przepływu produktów między dostawcą a wieloma odbiorcami [9]. Celem zarządzania sieciami dostaw jest sprawna i skuteczna współpraca wszystkich ogniw dla jak najpełniejszego zaspokojenia potrzeb odbiorcy finalnego. Racjonalne zarządzanie nim powoduje minimalizację kosztów, czasu, optymalizację składowania zapasów oraz zmniejszenie liczby błędów dokonywanych podczas realizacji procesu transportowego. Kluczem do wydajnego zarządzania jest dynamiczna wymiana informacji Rola IT w zarządzaniu sieciami dostaw Głównym sposobem na zwiększenie efektywności i niezawodności w zarządzaniu jest informatyzacja i automatyzacja wszystkich procesów związanych z działalnością pojedynczego przedsiębiorstwa, jak i całych łańcuchów dostaw. Coraz częściej wykorzystywane są systemy, które czynią przepływ informacji szybkim i dokładnym. Ułatwiają też proces podejmowania trafnych decyzji w czasie rzeczywistym. Spoiwem tych systemów jest Internet bądź wewnętrzna sieć komputerowa [3]. Według Głównego Urzędu Statystycznego przedsiębiorstwa coraz częściej korzystają z dostępu do globalnej sieci, by dzięki temu stać się jeszcze bardziej konkurencyjne (rys. 1). 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % Przedsiębiorstwa posiadające szerokopasmowy dostęp do Internetu Przedsiębiorstwa posiadające mobilny dostęp do Internetu 69% 58,1% 25,4% 30% 33,7% 77,5% 81,9% 82,6% 48,2% 40,8% 93,7% 77,6% Rys. 1. Dane GUS dotyczące wykorzystania Internetu w przedsiębiorstwach na przestrzeni lat

74 74 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, Łańcuch dostaw jako element sieci Usprawnienie całej sieci zależy od dużej wydajności poszczególnych łańcuchów. Na podstawie wybranego łańcucha dostaw (rys. 2) przedstawiono systemy, którymi posługują się uczestnicy procesów logistycznych na różnych etapach dostawy, aby przyspieszyć transport. Systemy te decydują o przewadze rynkowej. Rys. 2. Wizualizacja wybranego łańcucha dostaw 2. SYSTEMY SPAJAJĄCE OGNIWA ŁAŃCUCHA DOSTAW W skład systemu logistycznego wchodzą maszyny i urządzenia służące przemieszczaniu i produkcji dóbr, energii, materii i informacji. System informatyczny przetwarza dane, gromadzone w bazach, uzyskane z tych urządzeń, które rejestrują ruch i stan dóbr materialnych. Pozwala to na natychmiastowe wykorzystanie informacji w różnych układach pomocnych przy zarządzaniu i podejmowaniu konkretnych działań [2] Systemy integrujące produkcję Automatyzację wytwarzania wspiera zintegrowany zbiór procedur, baz danych, raportów, służący do planowania produkcji i sterowania nią. Komputer jest używany do planowania procesów produkcyjnych oraz do kontrolowania narzędzi i przepływu materiałów [10]. Systemy klasy MES (Manufacturing Execution Systems). Są to systemy realizacji produkcji, które umożliwiają zbieranie informacji o realizacji produkcji w czasie rzeczywistym wprost z maszyn. Dzięki natychmiast uzyskanym danym można podjąć właściwe decyzje, reagując na bieżące nieprawidłowości. Analiza pozwala także na wyznaczenie wskaźników efektywności produkcji. Typowy system MES realizuje następujące funkcje (rys. 3): zarządzania wykonywaniem produkcji; zarządzania wydajnością;

75 M. Modzelewska, R. Borowski, A. Kaizer, Przegląd trendów IT w zarządzaniu sieciami dostaw, które decydują 75 śledzenia i genealogii produkcji; zarządzania jakością; gromadzenia i akwizycji danych; zarządzania obiegiem dokumentów; zarządzania alokacją zasobów; zarządzania zasobami ludzkimi; rozsyłania zadań produkcyjnych; harmonogramowania produkcji; zarządzania utrzymaniem ruchu. Dzięki temu systemy MES stały się jednymi z zasadniczych elementów zarządzania procesami produkcyjnymi [6]. Planowanie Śledzenie produkcji Analiza efektywności MES Zbieranie informacji Testowanie rozwiązań Reagowanie na błędy Rys. 3. Diagram wybranych funkcjonalności systemów MES 2.2. Systemy integrujące przedsiębiorstwo Informatyzacja polega na zintegrowaniu różnorodnych danych dotyczących zasobów przedsiębiorstwa. System IT służy do przetwarzania tych danych i generowania na ich podstawie raportów, planów finansowych i dokumentacji obrotu. Zasoby mogą być traktowane jako czynniki produkcji, czyli kapitał, praca oraz technologia, będące w dyspozycji przedsiębiorstwa [5]. Systemy klasy ERP (Enterprise Resource Planning). Stanowią wielomodułowe systemy informatyczne, służące do planowania zasobów przedsiębiorstwa. Integrują większość działów i funkcji (rys. 4) oraz wszystko, co przyczynia się do realizacji celów organizacji, niezależnie od formy występowania, pochodzenia, czy stosunków własności.

76 76 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Użytkownicy systemu uzyskują szybki dostęp do interesujących danych, dzięki jednej, dużej, wspólnej bazie. System ERP jest konfigurowalny w taki sposób, aby dopasować go do procesów biznesowych w firmach, według własnych, specyficznych potrzeb. Zakupy Produkcja Marketing Magazyn Sprzedaż Zasoby ludzkie (HR) Finanse Rys. 4. Diagram wybranych obszarów funkcjonalności ERP Zaletami systemów tej klasy są m.in.: redukcja kosztów przez automatyzację pracy, wydajne zarządzanie zasobami, weryfikację norm produkcyjnych; oszczędność czasu dzięki sprawniejszemu wykonywaniu czynności oraz pozyskiwaniu informacji w różnych przekrojach; polepszenie jakości obsługi klienta przez generowanie czytelnej dokumentacji, efektywne rozpoznawanie potrzeb klientów, czy skrócenie czasu odpowiedzi na zapytania klienta; standaryzacja zbiorów danych przez scentralizowanie bazy, ujednolicenie klasyfikacji w każdej komórce przedsiębiorstwa; usprawnienie i standaryzacja procesów biznesowych przez ocenę sprawności ich realizacji oraz ich weryfikację i reorganizację [1] Systemy integrujące zarządzanie magazynem Zapasy stanowią podstawowy element procesów logistycznych zarówno w fazie produkcji, jak i zaopatrzenia oraz zbytu, wiążąc się ściśle z problemami magazynowymi [2]. System informatyczny wspiera zarządzanie stanami magazynowymi od przyjęcia towaru po procesy wydań [15]. Systemy klasy WMS (Warehouse Management System). Jedną z nadrzędnych cech systemów zarządzania magazynem jest nadzorowanie lokowania i pobierania składowanych jednostek logistycznych. Ponadto ich funkcjonalność polega na lokalizowaniu towarów znajdujących się w magazynie, sprawowaniu kontroli nad obrotem, sterowaniu przepływem towarów i tworzeniu dokumentacji

77 M. Modzelewska, R. Borowski, A. Kaizer, Przegląd trendów IT w zarządzaniu sieciami dostaw, które decydują 77 towarzyszącej temu przepływowi. Systemy te dają dostęp do informacji dotyczących stanów magazynowych, lokalizacji każdej partii towaru i pojedynczej przesyłki, a także tworzenia etykiet do oznaczania towaru. Dzięki prawidłowemu zagospodarowaniu przestrzennemu magazynu oraz przechowywaniu danych obsługa systemu informatycznego przejmuje kontrolę nad przyjmowaniem, składowaniem, kompletowaniem i wydaniem towaru. Każdy system klasy WMS jest dostosowany do charakterystyki magazynu oraz lokalnej specyfiki pracy. Rynek bowiem, jak dotąd, nie oferuje gotowych rozwiązań informatycznych przeznaczonych do wspomagania zarządzania magazynem z wykorzystaniem automatycznej identyfikacji [7]. Systemy klasy WES (Warehouse Execution System). Systemy zarządzania procesami magazynowymi łączą funkcjonalność WMS, wykorzystując informacje posiadane w ERP. WES stosowany jest najczęściej na terminalach radiowych z czytnikiem kodów kreskowych w postaci jednej, w pełni zintegrowanej, mobilnej aplikacji. Informacje o obrocie magazynowym są sczytywane z urządzeń w czasie rzeczywistym. Dzięki temu możliwe jest monitorowanie bieżącej sytuacji i efektywne planowanie pracy pracowników. WES sprawuje kontrolę także nad pracą przenośników, układnic, sortowników i innego wyposażenia [18]. WES posiadają skalowalne rozwiązania w zależności od potrzeb magazynu. Na rynku jest dostępnych wiele różnorodnych modułów, które wspierają procesy: pakowania, paletyzacji, układania, składowania i uzupełniania zapasów. Systemy tej klasy zakresem funkcjonalności obejmują także procesy odbywające się poza magazynem, np. śledzenie towaru podczas transportu [14] Systemy oraz platformy integrujące przewoźnika z klientem Platformy dla transportu usprawniają przepływ informacji między spedytorami, przewoźnikami, dostawcami i odbiorcami ładunku. Sprzyjają optymalizacji czasu dostawy. Ułatwiają one kontakt i zawieranie umów między tymi podmiotami, a także nadzór nad przebiegiem procesu transportowego. Dzięki platformom możliwe jest szybkie gospodarowanie pojazdami, ładunkami i zasobami ludzkimi. Na rynku są dostępne unikatowe rozwiązania dla różnych środków transportu. Trans.eu jest przykładem platformy dla transportu drogowego. Jej funkcjonalność polega na rozwiązaniach łączących spedytora z przewoźnikiem. Platforma obejmuje giełdę pojazdów, gdzie spedytor może szukać przewoźnika do transportu ładunku. Istnieje możliwość szukania ofert od załadowców z całej Europy na różne typy nadwozi, a także zleceń całopojazdowych i doładunków. Wyszukiwanie jest ułatwione przez wyróżnianie certyfikowanych przewoźników (w szczególności TCC certyfikat przyznawany przez Trans.eu, ISO certyfikat Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej, HACCP certyfikat Systemu Analizy Zagrożeń i Krytycznych Punktów Kontroli) oraz sprawdzanie ważności ubezpieczenia OC przewoźnika przez platformę. Użytkownik serwisu ma też możliwość tworzenia klastrów z najbardziej zaufanymi klientami.

78 78 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Lista zleceń umieszczanych na giełdzie ładunków jest dostosowywana do floty przewoźnika. Dzięki takim aplikacjom, jak TransTask czy TransOrders przewoźnik ma możliwość szybkiej reakcji na potwierdzenie dostarczenia towaru. Użytkownik ma pełną wiedzę o statusach wszystkich zleceń w jednym miejscu. W Trans.eu sprawdzana jest dokumentacja, sytuacja finansowa i historia firm w celu zweryfikowania wiarygodności kontrahentów, by zmniejszyć prawdopodobieństwo zawarcia ryzykownej transakcji [23]. System Logistyki Kolejowej (SLK). Jest systemem z interfejsem dla użytkownika zewnętrznego, zbudowanym od podstaw na potrzeby spółki Lotos Kolej. Wśród funkcji dostępnych w elektronicznym profilu klienta wyróżnia się: monitorowanie pociągów w czasie rzeczywistym; śledzenie przesyłek; planowanie i nadzorowanie realizacji przewozów wraz z obsługą bocznic; przygotowywanie dokumentów przewozowych; zarządzanie zasobami ludzkimi, transportem pracowników, planowaniem i rozliczaniem czasu pracy; gospodarowanie pojazdami trakcyjnymi [20] Systemy integrujące terminal portowy z klientem Obecnie w związku z rosnącymi potrzebami, ruch ładunków, pojazdów, sprzętu i ludzi na terminalach kontenerowych jest wzmożony [21, 22]. Sprawowanie nad nim kontroli za pośrednictwem systemów informatycznych chroni przed kongestiami ładunkowymi oraz dba o odpowiednią efektywność funkcjonowania. Terminale wyposażone są w systemy wspierające pracę człowieka. ngen (Next Generation Terminal Management System). System zarządzania operacjami na terminalu GCT (Gdynia Container Terminal). Kontroluje cały zakres działalności terminalu. Począwszy od planowania rozmieszczenia ładunków na statku i placu, przez operacje na bramach, po optymalizację kosztów ponoszonych przez firmę. W jego skład wchodzą moduły o różnym przeznaczeniu. Wśród nich wyróżnia się m.in.: moduł główny odpowiedzialny za operacje przeładunku kontenerów, w tym: wyładunek i załadunek ze statku, obsługa wagonów kolejowych, zarządzanie natężeniem pracy, planowanie placu i składowanie kontenerów, raportowanie; Guider umożliwiający planowanie wyładunku i załadunku statków wraz z tworzeniem ich wirtualnych modeli oraz generowanie planu pracy suwnic; OMS monitorujący ruch kontenerów i sprzętu, natężenie pracy, czynności operacyjne (rys. 5);

79 M. Modzelewska, R. Borowski, A. Kaizer, Przegląd trendów IT w zarządzaniu sieciami dostaw, które decydują 79 express moduł dla użytkowników zewnętrznych, umożliwiający generowanie raportów, awizację i przeglądanie informacji o kontenerach, w tym zatrzymywanie i zwalnianie ładunków przez służby celne. Dostępny jest przez Internet (rys. 6); TRACS bezprzewodowy system czasu rzeczywistego do raportowania i kontrolowania przeładunku kontenerów przez suwnice placowe i nabrzeżowe; nbis moduł automatycznego fakturowania na podstawie operacji przeładunkowych kontenerów i taryf; T.I.S. moduł zawierający dodatkowe raporty i statystyki dotyczące terminalu, a także wewnętrzne rozwiązania dostosowane do GCT; EDI (Electronic Data Interchange) moduł elektronicznej wymiany danych [8, 17]. Rys. 5. Zrzut ekranu z modułu OMS [8] Rys. 6. Zrzut ekranu z modułu express [17]

80 80 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Deepwater Container Terminal w Gdańsku. Posiada kilka funkcjonalności oparty na systemie informatycznym, dzięki którym jest w stanie obsłużyć kilkadziesiąt samochodów ciężarowych i pociągów towarowych dziennie [16]. Sprawdź kontener. Funkcja sprawdzania kontenera online jest bezpiecznym, szybkim i łatwym sposobem pozyskiwania informacji o bieżącym statusie kontenera na terminalu. Aby wyszukać kontener, należy na stronie internetowej terminalu wpisać jego numer lub numer bookingu. ebrama. Narzędzie dedykowane kierowcom, firmom przewozowym oraz spedytorom. Awizacja samochodów ciężarowych w tym systemie jest wymagana przez całą dobę od marca 2017 roku, jeśli przewoźnik dowozi ładunek na teren terminalu DCT. Użytkownik ma możliwość wcześniejszego wprowadzenia informacji o ciągnikach, naczepach i kierowcach do systemu. Dzięki temu nie ma potrzeby każdorazowego ich podawania podczas powiadamiania o terminie przyjazdu na terminal, pozostaje jedynie wybór wcześniej zdefiniowanego zestawu. W systemie można także otrzymać informację dotyczącą: liczby oczekujących pojazdów, które przeszły weryfikację w biurze Pregate; średniego czasu obsługi na terminalu; statków aktualnie obsługiwanych przy kei. System ebrama stanowi część systemu Navis. Navis. Jest to główny system zarządzania operacjami na terminalu w DCT. Zewnętrzny interfejs dla spedytora i przewoźnika daje dostęp do listy kontenerów i ładunków, karty kontenera oraz zleceń: służących eksportowi: złożenie pustego kontenera, awizacja drobnicy; służących importowi: podjęcie pustych kontenerów, podjęcie pełnych kontenerów, przypisanie agenta celnego i organizatora przewozu kolejowego, podjęcie drobnicy i przeładunek w różnych relacjach; inspekcji czy ważenia i innych, dotyczących drobnicy. Navis ułatwia też pracę Agencji Celnej. Dzięki temu można uniknąć błędów, wynikających często ze złożoności procedur przy dokonywaniu formalności przed Urzędem Celnym. Posiadanie przez terminal systemu ułatwiającego współpracę z agentami celnymi wpływa na wybór zwłaszcza początkujących przedsiębiorstw. Złożone formalności, odprawa i kontrole mogą znacznie wydłużyć czas dostawy Systemy armatorów Najwięksi armatorzy: Maersk, CMA CGM, MSC posiadają systemy wewnętrzne, pracujące na bazie danych kontenerów, które usprawniają pracę wewnątrz przedsiębiorstwa. Większość armatorów posiada także własne systemy

81 M. Modzelewska, R. Borowski, A. Kaizer, Przegląd trendów IT w zarządzaniu sieciami dostaw, które decydują 81 ułatwiające pracę z klientem. Opierają się one głównie na platformie z interfejsem dla użytkownika zewnętrznego. Funkcjonalność Maersk Line online booking application polega przede wszystkim na ułatwieniu bookingu na statkach tego armatora, poprzez intuicyjny i prosty interfejs dla klienta. Aplikacja umożliwia tworzenie nowych zleceń (oraz duplikowanie już istniejących), podając podstawowe dane o ładunku; wycenę frachtu i śledzenie kontenerów [12]. Informacje o wadze są uzupełniane przy tworzeniu instrukcji konosamentowej. Rys. 7. Zrzut ekranu z interfejsu użytkownika Maersk Line online booking application [12] Booking oraz instrukcję konosamentową u armatora MSC sporządzić można w portalu Inttra.com. W tym serwisie klienci mogą w szybki sposób wprowadzać dane, dotyczące właściwości ładunku czy miejsca przeznaczenia. Do uzupełnienia informacji o VGM (Verified Gross Mass) służy osobny portal msc.com. Rys. 8. Zrzut ekranu z portalu msc.com [13]

82 82 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Tworząc booking i instrukcję konosamentową w portalu armatora CMA CGM, należy podać najpierw numery plomb, numery kontenera, objętość ładunku, wagę. Dopiero po zatwierdzeniu tych danych do podanego numeru bookingu podaje się VGM w osobnej zakładce [11]. Cechą wspólną portali oferowanych przez wymienionych wyżej armatorów jest ich bardzo intuicyjna obsługa. Wszystkie serwisy umożliwiają dokonanie bookingu lub sporządzenie instrukcji konosamentowej. Każdy armator oferuje także funkcję zapisywania szablonów dla konkretnych relacji. Jeżeli klient cyklicznie wysyła ładunek w dane miejsce, to nie występuje potrzeba każdorazowego wprowadzania tych samych danych. Istnieje możliwość edycji pierwotnie zapisanej wersji i dostosowania jej w zależności od konkretnej specyfikacji ładunku. PODSUMOWANIE Celem artykułu było scharakteryzowanie systemów, które stanowią trendy wśród rozwiązań IT i które mają wpływ na konkurencyjność przedsiębiorstw na rynku. Systemy używane w organizacjach wpływają na wiele obszarów transportu, spedycji i logistyki. W artykule wykazano, że dla każdego ogniwa sieci dostaw może istnieć system wspierający wykonywanie operacji przez te podmioty. Punktem odniesienia dla powstawania podobnych serwisów jest potrzeba optymalizacji przepływu dóbr i informacji w sieci dostaw. Pokazano, że systemy informatyczne są ważnym narzędziem wspierającym funkcje przedsiębiorstwa ze względu na stwarzanie korzystnych warunków do wydajnego zarządzania poprzez dynamiczną wymianę informacji. Technologia ta wykorzystuje szczegółowe dane dotyczące zasobów firmy. Wszechstronność i różnorodność technologii informacyjnych w logistyce pozwala stwierdzić, że poprzez optymalizację przepływu dóbr, poprawienie jakości obsługi klienta oraz usprawnienie procesów i czynności przedsiębiorstwo może pozyskać nowych odbiorców, zwiększając swoją konkurencyjność na rynku. LITERATURA 1. Auksztol J., Balwierz P., Chomuszko M., SAP. Zrozumieć system ERP, PWN, Warszawa Dudziński Z., Vademecum organizacji gospodarki magazynowej, ODDK, Gdańsk Informatyka w logistyce, red. A. Kij, Akademia Obrony Narodowej w Warszawie, Warszawa Kauf S., Płaczek E., Sadowski A., Szołtysek J., Twaróg S., Vademecum logistyki, Difin, Warszawa 2016.

83 M. Modzelewska, R. Borowski, A. Kaizer, Przegląd trendów IT w zarządzaniu sieciami dostaw, które decydują Konkołowicz-Pniewska J., Przedsiębiorstwo. Teoria i praktyka zarządzania, PWE, Warszawa Kwiecień R., Komputerowe systemy automatyki przemysłowej, Helion, Gliwice Majewski J., Informatyka w magazynie, Instytut Logistyki i Magazynowania, Poznań Salomon A., Moduły systemu informatycznego GCT w Gdyni i znaczenie poszczególnych składników, Akademia Morska w Gdyni, Katedra Transportu i Logistyki, wykład. 9. Słownik terminologii logistycznej, red. M. Kaczmarek, Instytut Logistyki i Magazynowania, Poznań Szymonik A., Logistyka produkcji, Difin, Warszawa Źródła internetowe ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) towarowa.pdf ( ) ( ) ( ) ( ) ( ). IT TRENDS OVERVIEW IN SUPPLY CHAIN MANAGEMENT WHICH DETERMINE CONTEMPORARY MARKETPLACE ASCENDANCY Summary The following study is to underline the influence of innovative IT solutions on enterprises to be more competitive on marketplace. Systems that are presented optimize various operations on subsequent steps of the supply chain. Keywords: transport, supply chain, IT systems.

84 KRZYSZTOF RUDZKI doi: / Akademia Morska w Gdyni Katedra Podstaw Techniki KONCEPCJA SYMULATORA NAWIGACYJNEGO PLANOWANIA PODRÓŻY Z WYKORZYSTANIEM MODELU NEURONOWEGO UKŁADU NAPĘDU STATKU W artykule przedstawiono koncepcję symulatora nawigacyjnego planowania podróży, zbudowanego na bazie programu nawigacyjnego OpenCPN. Poprzez dodatkowy plug-in możliwości programu zostaną rozszerzone o moduł do planowania i symulacji trasy żeglugi z uwzględnieniem warunków meteorologicznych panujących na akwenie. Pozycja statku na potrzeby symulacji trasy będzie wyznaczana na podstawie przyjętego kursu zgodnie z zaplanowaną trasą oraz prędkości wyliczanej przez sztuczną sieć neuronową z uwzględnieniem warunków meteorologicznych. Słowa kluczowe: modelowanie, sztuczne sieci neuronowe, układ napędu statku, symulator, nawigacyjne planowanie podróży. WSTĘP Nawigacyjne planowanie podróży jest bardzo ważne z punktu widzenia bezpieczeństwa i kosztów żeglugi. Kapitanowie i oficerowie wachtowi, planując podróż, muszą uwzględniać zalecenia dotyczące planowania podróży w świetle postanowień międzynarodowych Konwencji SOLAS (Safety of Life at Sea), STCW (Standards of Training, Certification and Watchkeeping), Kodeksu ISM (International Safety Management), Rezolucji IMO (International Maritime Organization) oraz przepisów krajowych i lokalnych na akwenach, przez które prowadzi trasa rejsu [2]. Wykorzystuje się do tego celu informacje o jednostce pływającej, celu podróży, warunkach nautycznych i przepisach prawnych. Źródłami informacji są morskie mapy i wydawnictwa nawigacyjne, takie jak: locje, spisy sygnałów radiowych, Mariner's Handbook, Guide to Port Entry, tablice pływów, Wiadomości Żeglarskie, radiowe ostrzeżenia nawigacyjne itp. Współczesne systemy komputerowe, stosowane w nawigacji, pozwalają gromadzić potrzebne informacje i w łatwy sposób je wykorzystywać podczas planowania podróży. W systemach typu ECDIS (Electronic Chart Display and Information System) możliwe jest przeprowadzenie symulacji trasy i np. oszacowanie czasu podróży przy zadanej średniej prędkości statku. Przydatne byłoby wyposażenie tego typu systemów w możliwości uwzględnienia podczas planowania podróży przewidywanych warunków atmosferycznych na trasie rejsu i ich wpływu na prędkość statku oraz zużycie paliwa przez układ napędu.

85 K. Rudzki, Koncepcja symulatora nawigacyjnego planowania podróży z wykorzystaniem modelu neuronowego 85 W artykule przedstawiono koncepcję systemu komputerowego, który oferuje możliwości symulacji podróży z uwzględnieniem prognozowanych warunków atmosferycznych na zaplanowanej trasie podróży morskiej. 1. KONCEPCJA SYMULATORA NAWIGACYJNEGO PLANOWANIA PODRÓŻY Do budowy symulatora nawigacyjnego planowania podróży przyjęto wykorzystać oprogramowanie nawigacyjne OpenCPN [1]. Oprogramowanie to jest rozpowszechniane na licencji GNU GPL (General Public License) i dzięki temu jest powszechnie dostępne [6]. Drugą zaletą tego oprogramowania jest możliwość korzystania z dodatkowych podprogramów rozszerzających możliwości programu, tzw. wtyczek (plug-in). Wtyczki pozwalają np. nakładać na mapę nawigacyjną informacje meteorologiczne, informacje o prądach pływowych, zafalowaniu itp. Informacje meteorologiczne są nanoszone na mapę wyświetlaną w programie na podstawie danych z plików w formacie grib. GRIB (Grid in Binary) został opracowany jako format danych Światowej Organizacji Meteorologicznej i umożliwia zapis oraz kompresję danych meteorologicznych. Dane w tym formacie są ogólnodostępne w sieci internetowej i łatwe do odczytania (znana jest specyfikacja formatu zapisu i kompresji) [4]. Rysunek 1 przedstawia ekran programu OpenCPN z informacjami o kierunkach i prędkościach wiatru, naniesionymi na mapę wybranego akwenu na podstawie danych z pliku GRIB. Rys. 1. Ekran programu OpenCPN

86 86 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Symulator nawigacyjnego planowania podróży składa się z czterech głównych modułów: 1) programu OpenCPN, 2) modułu do pobierania z Internetu danych pogodowych na wskazany rejon, 3) modułu operatora do podawania zastosowanych nastaw układu napędu statku (prędkości obrotowej silnika napędu głównego i nastawy skoku śruby napędowej), 4) modułu obliczeniowego, który poprzez programowy port szeregowy komunikuje się z programem OpenCPN protokołem NMEA (protokół do komunikacji między morskimi urządzeniami elektronicznymi, opublikowany przez National Marine Electronics Association) i przekazuje informacje o prędkości i pozycji zliczeniowej statku, wyznaczonej na podstawie kursu i wyliczonej prędkości statku (zamiast informacji o pozycji i prędkości przekazanej przez odbiornik GPS). Moduł obliczeniowy do wyliczania prędkości statku potrzebuje matematycznego modelu układu napędu statku. W symulatorze wykorzystany zostanie model układu napędu statku opracowany na podstawie pomiarów wykonanych na żaglowcu Pogoria. Model został zbudowany z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych [9]. Schemat budowy i zasadę działania symulatora przedstawiono na rysunku 2. Moduł obliczeniowy SSN obliczenie prędkości statku obliczenie zużycia paliwa Moduł operatora nastawa skoku śruby napędowej nastawa prędkości obrotowej SG Oprogramowanie ECDIS z uruchomionym symulatorem nawigacyjnego planowania podróży (np. OpenCPN z odpowiednim plug-in) Moduł pobierania danych pobieranie z Internetu danych GRIB dla wymaganego obszaru Rys. 2. Budowa symulatora nawigacyjnego planowania podróży Użytkownik korzystający z symulatora uruchamia w programie nawigacyjnym OpenCPN plug-in symulatora. Następnie planuje podróż, przygotowując na mapie trasę rejsu. Moduł pobierania danych automatycznie importuje z Internetu informacje meteorologiczne o prędkościach i kierunkach wiatru oraz zafalowaniu dla właściwego rejonu pływania. Rejon pływania jest ustalany na podstawie informacji

87 Zmienne wyjściowe K. Rudzki, Koncepcja symulatora nawigacyjnego planowania podróży z wykorzystaniem modelu neuronowego 87 o trasie rejsu, uzyskanej przez moduł pobierania danych z programu OpenCPN. Następnie użytkownik podaje planowane nastawy układu napędowego (prędkość obrotową silnika i skok śruby napędowej). Informacje o prędkości i kierunku wiatru oraz zafalowaniu posłużą do wyznaczenia w prognozowanych warunkach meteorologicznych prędkości statku oraz zużycia paliwa przez silnik główny przy planowanych nastawach układu napędu statku. Moduł obliczeniowy uwzględnia również informację o prądach pływowych. Jest ona uzyskiwana z plug-in dostępnego w oprogramowaniu OpenCPN oraz przekazywana przez protokół NMEA do modułu obliczeniowego. 2. MODEL NEURONOWY UKŁADU NAPĘDU STATKU WYKORZYSTANY W SYMULATORZE Model neuronowy układu napędowego statku został opracowany na potrzeby optymalizacji nastaw układu napędowego żaglowca podczas pływania na silniku [7, 8]. W ujęciu ogólnym model ten może być przedstawiony w postaci tzw. czarnej skrzynki (rys. 3), na którą oddziałują różnorodne czynniki zewnętrzne. Zmienne niesterowalne Zmienne wejściowe Obiekt badania (statek) Zakłócenia Rys. 3. Model ogólny w postaci czarnej skrzynki Czynnikami zapewniającymi pożądane parametry ruchu statku są: prędkość obrotowa silnika głównego oraz nastawa skoku śruby napędowej. Są to zmienne wejściowe decyzyjne X D modelu. Drugą grupę czynników stanowią zmienne wejściowe niesterowalne X N różnorodne czynniki oddziałujące na ruch statku, których wartości ulegają zmianie na skutek zmian warunków nautycznych,

88 88 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 meteorologicznych i eksploatacyjnych (np. prędkość i kierunek wiatru, prędkość i kierunek prądu). W modelu uwzględniono sześć parametrów. Pozostałe czynniki oddziałujące na ruch statku, których obserwacja jest utrudniona, a czasami wręcz niemożliwa, stanowią zakłócenia Z n modelu. Jako zmienne wyjściowe Y n modelu przyjęto prędkość statku i zużycie paliwa niezbędnego do napędu statku. Zestawienie zmiennych wykorzystanych w modelu neuronowym zaprezentowano w tabeli 1. Nazwa zmiennej Zmienne modelu Oznaczenie literaturowe Oznaczenie zmiennej Chwilowa prędkość statku v Y 1 [w] Godzinowe zużycie paliwa B h Y 2 [dm 3 /godz.] Prędkość obrotowa silnika głównego n s X D1 [obr/min] Nastawa skoku śruby nastawnej H X D2 [działka] Tabela 1 Jednostka Kierunek wiatru w stosunku do osi wzdłużnej statku K w X N1 [ ] Prędkość wiatru v w X N2 [w] Stan morza s m X N3 [ Douglasa] Kierunek prądu morskiego w stosunku do osi wzdłużnej statku K p X N4 [ ] Prędkość prądu morskiego v p X N5 [w] Czas od ostatniego dokowania (czyszczenia części podwodnej kadłuba) t d X N6 [miesiące] Wartości zmiennych rejestrowano przy wykorzystaniu standardowo zainstalowanych i dostępnych na statku przyrządów nawigacyjnych oraz specjalistycznej aparatury pomiarowej specjalnie podłączonej na czas pomiarów w maszynowni statku. Zainstalowano np. zbiornik pomiarowy do pomiaru chwilowego zużycia paliwa przez silnik główny. Relacje między zmiennymi wejściowymi i wyjściowymi wyznaczono przy wykorzystaniu sztucznych sieci neuronowych (SSN). Zbudowano dwie sieci neuronowe oddzielnie dla każdej zmiennej wyjściowej [8, 9]. Wykorzystano sieć typu perceptron wielowarstwowy MLP (Multi Layer Perceptron) [9]. Sieć składała się z warstwy wejściowej, dwóch warstw ukrytych i warstwy wyjściowej. W warstwie wejściowej było osiem neuronów odpowiadających wejściowym zmiennym decyzyjnym i wejściowym zmiennym niesterowalnym. Liczbę neuronów w warstwach ukrytych dobrano eksperymentalnie dla każdej z dwóch sieci. Warstwa wyjściowa posiadała jeden neuron odpowiadający zmiennej wyjściowej (chwilowej prędkości statku dla sieci pierwszej i godzinowemu zużyciu

89 K. Rudzki, Koncepcja symulatora nawigacyjnego planowania podróży z wykorzystaniem modelu neuronowego 89 paliwa dla sieci drugiej). SSN oprogramowano i nauczono przy wykorzystaniu biblioteki Matlab Neural Network Toolbox. Jakość nauczania sieci neuronowych weryfikowana była w procesie uczenia na zbiorach walidacyjnych i testowych. Uzyskano dopasowanie na poziomie powyżej R = 0,988 dla zbiorów testowych i powyżej R = 0,987 dla zbiorów walidacyjnych. PODSUMOWANIE Zaproponowany symulator nawigacyjnego planowania podróży może być przydatnym narzędziem dydaktycznym w szkoleniu studentów wydziałów nawigacyjnych. Szczególnie korzystne wydaje się zwrócenie uwagi studentom podczas planowania trasy na aspekt ekonomiczny związany z zużyciem paliwa. Model neuronowy układu napędowego jednostki pływającej przygotowany został dla konkretnej jednostki i może być wykorzystany w praktyce w symulatorze tylko dla tej jednostki. Praktyczne wykorzystanie takiego symulatora na innych jednostkach pływających wymaga przeprowadzenia pomiarów na tych jednostkach i zbudowania nowych modeli układu napędu. W pracy przedstawiono koncepcję symulatora. Przygotowanie działającego symulatora wymaga głównie prac programistycznych w celu stworzenia odpowiedniego plug-in do programu OpenCPN. Kody źródłowe oprogramowania OpenCPN są dostępne na zasadzie licencji GNU GPL [3, 6], również protokół NMEA [5] i struktura plików GRIP [4] są publicznie dostępne, co ułatwi prace programistom. Praca została sfinansowana przez Narodowe Centrum Nauki na podstawie decyzji nr DEC 2011/01/D/ST8/ LITERATURA 1. Instrukcja obsługi oprogramowania OpenCPN, (dostęp: ). 2. Jurdziński M., Wybrane warianty planowania podróży statku w żegludze oceanicznej, Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni, 2014, nr 87, Gdynia, s Kod źródłowy oprogramowania OpenCPN, (dostęp: ). 4. Opis protokołu GRIB, (dostęp: ). 5. Opis protokołu komunikacyjnego NMEA-0183, (dostęp: ). 6. Opis warunków stosowania licencji oprogramowania udostępnianego na zasadach Powszechnej Licencji Publicznej GNU, (dostęp: ). 7. Rudzki K., Dwukryterialna optymalizacja nastaw silnikowego układu napędowego statku ze śrubą nastawną z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych, rozprawa doktorska, Akademia Morska w Gdyni, Gdynia 2014.

90 90 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, Rudzki K., Tarełko W., A Decision-making System Supporting Selection of Commanded Outputs for a Ship's Propulsion System with a Controllable Pitch Propeller, Ocean Engineering, vol. 126, 2016, s Tadeusiewicz R., Sieci neuronowe, Seria: Problemy Współczesnej Nauki i Techniki Informatyka, Akademicka Oficyna Wydawnicza RM, Warszawa THE CONCEPT OF A NAVIGATIONAL TRAVEL PLANNING SIMULATOR USING THE NEURAL MODEL OF THE PROPULSION SYSTEM OF THE SHIP Summary The article presents the concept of a navigation simulator for travel planning based on the OpenCPN navigation program. Through an additional plug-in the program capabilities will be extended with a module for planning and simulating shipping routes taking into account meteorological conditions on the basin. The position of the ship for the simulation of the route will be determined on the basis of the accepted course of the ship, according to the planned route and velocity calculated by the artificial neural network, taking into account the forecasted meteorological conditions. Keywords: modeling, artificial neural networks, ship propulsion system, simulator, navigational travel planning.

91 ADAM SALOMON doi: / Akademia Morska w Gdyni Wydział Nawigacyjny Katedra Transportu i Logistyki POTENCJAŁ PORTU GDAŃSK NA RYNKU USŁUG PORTOWYCH W artykule scharakteryzowano port Gdańsk jeden z największych portów handlowych w basenie Morza Bałtyckiego. Celem artykułu jest przedstawienie podstawowych informacji dotyczących jego infrastruktury, a także omówienie czynników wpływających na jego konkurencyjność na bałtyckim rynku usług portowych. Zastosowano takie metody robocze, jak: obserwacyjne, statystyczne, analizy logicznej oraz metoda porównawcza. Literatura charakteryzująca potencjał portu Gdańsk na rynku usług portowych obejmuje przede wszystkim strony internetowe związane z tematyką portową oraz dokumenty statystyczne UE oraz UNCTAD. W pierwszej części artykułu przedstawiono podstawowe informacje o porcie Gdańsk, głównie związane z wykorzystaniem infrastruktury. W kolejnych częściach omówiono czynniki mające wpływ na pozycję portu gdańskiego na rynku usług portowych. Dodatkowo, w celu zobrazowania znaczenia portu gdańskiego w kontekście transportu morskiego porównano go z innymi bałtyckimi portami polskimi (Gdynia i Szczecin-Świnoujście) oraz zagranicznymi. Słowa kluczowe: port Gdańsk, rynek usług portowych, konkurencyjność portowa. WSTĘP Port w Gdańsku funkcjonuje na podstawie przepisów Ustawy o portach i przystaniach morskich z 1996 roku, co oznacza, że sfera zarządzania jest oddzielona od sfery eksploatacji [13]. W porcie funkcjonuje podmiot zarządzający (Zarząd Morskiego Portu Gdańsk S.A.), który ma za zadanie: zarządzać gruntami i infrastrukturą portową, prognozować i programować rozwój portów, budować, modernizować i utrzymywać infrastrukturę portową, pozyskiwać nieruchomości na potrzeby rozwoju portów, świadczyć usługi związane z korzystaniem z infrastruktury portowej, umożliwiać odbiór odpadów ze statków i ich przekazanie do odzysku lub unieszkodliwienia. Wykonanie tych zadań jest możliwe dzięki finansowaniu z opłat z tytułu umownego korzystania przez inne podmioty z majątku portów, opłat portowych, przychodów z usług oraz z innych wpływów. Uwarunkowania historyczne sprawiły, że sytuacja własnościowa gruntów w granicach administracyjnych portu Gdańsk jest obecnie dość złożona. Akcjonariat Zarządu Morskiego Portu Gdańsk S.A. według stanu na r. przedstawia się następująco: razem szt. (100,00%), w tym: Skarb Państwa szt. (95,38%), Gmina Gdańsk 4900 szt. (2,32%) i osoby fizyczne 4863 szt. (2,30%) [1]. Za bieżącą działalność eksploatacyjną odpowiadają poszczególne podmioty funkcjonujące na terenach portu, a ich rozmieszczenie warunkowane jest strukturą przestrzenną portu oraz czynnikami hydrograficznymi.

92 92 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, PODSTAWOWE INFORMACJE O PORCIE GDAŃSK Port Gdańsk jest zlokalizowany w centralnej części południowego wybrzeża Morza Bałtyckiego. W skali Europy owo położenie czyni go bardzo atrakcyjnym węzłem komunikacyjnym na osi północ-południe, co zaowocowało tym, że Unia Europejska ustanowiła port w Gdańsku jednym z głównych ogniw Transeuropejskiego Korytarza Transportowego nr VI, który łączy kraje Skandynawii z państwami położonymi nad Morzem Adriatyckim (rys. 1). W 2016 r. trwały prace nad aktualizacją planów pracy dla korytarzy sieci bazowej TEN-T Bałtyk Adriatyk oraz Morze Północne Bałtyk. Ostateczne wersje dokumentów zostały zaakceptowane przez Komisję Europejską i Ministerstwo Infrastruktury i Budownictwa w grudniu 2016 r. [8]. Rys. 1. Zaktualizowana mapa Transeuropejskich Korytarzy Transportowych Źródło: (dostęp: ).

93 A. Salomon, Potencjał portu Gdańsk na rynku usług portowych 93 Charakterystyka portu Gdańsk Tabela 1 Szerokość geograficzna Długość geograficzna Powierzchnia terenów Powierzchnia akwenów Całkowita długość nabrzeży 54 o 25'N 18 o 39'E 661 ha 412,6 ha 23,85 km Powierzchnia magazynowa m 2 Powierzchnia składowa m 2 Elewatory i silosy Maksymalne zanurzenie: Port wewnętrzny Port zewnętrzny Zdolność przeładunkowa: Port wewnętrzny Port zewnętrzny Praca 24 godziny na dobę w systemie 3-zmianowym Strefa czasowa t 10,2 m 15,0 m 13,6 mln t 85,5 mln t CET (GMT+1h) Wolny od zalodzenia przez cały rok Źródło: (dostęp: ). Ze względu na położenie geograficzne i wiążące się z tym warunki eksploatacyjne w gdańskim porcie można wyróżnić dwa podstawowe obszary: 1) Nowy Port nazwa historyczna części portu zlokalizowanej na obu brzegach kanału portowego, przebiegającego korytem Martwej Wisły. Znajdują się tu: terminal kontenerowy, baza oraz terminal dla promów pasażerskich i statków ro-ro, bazy przeładunku samochodów osobowych i owoców cytrusowych, baza do obsługi siarki oraz innych ładunków masowych, baza przeładunku fosforytów. Pozostałe nabrzeża z racji zainstalowanych urządzeń i infrastruktury mają uniwersalny charakter i umożliwiają przeładunek drobnicy konwencjonalnej i towarów masowych, jak: wyroby hutnicze, sztuki ciężkie i ponadgabarytowe, zboża, nawozy sztuczne, ruda oraz węgiel. Ograniczeniem eksploatacyjnym i rozwojowym tej części portu są parametry oraz konfiguracja toru wodnego: maksymalne możliwe zanurzenie wynosi 10,2 m, szerokość 90 m, największa obrotnica o średnicy 300 m znajduje się w odległości 4600 m od wejścia do portu, pozostałe obrotnice nie przekraczają 200 m.

94 94 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Decydująca jest też szerokość toru, której nie można powiększyć bez poszerzenia koryta Martwej Wisły, a koszty takiej inwestycji przekroczyłyby racjonalny poziom. Zanurzenie 10,2 m aktualnie może mieć miejsce przy ograniczonej części nabrzeży. Ponadto w Nowym Porcie możliwa jest obsługa statków o maksymalnej długości 225 m, co w przypadku masowców odpowiada tys. DWT. Stan infrastruktury portowej wymaga więc remontów i modernizacji, by standardem i wydajnością zbliżyć się do nowoczesnych portów europejskich. Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że w sąsiedztwie owego obszaru znajdują się miejskie tereny zurbanizowane, co znacznie ogranicza możliwości rozwoju przestrzennego tej części portu ze względu na brak znaczącej rezerwy terenowej. 2) Port Północny nazwa historyczna głębokowodnej części portu z bezpośrednim dostępem do akwenów portowych od strony Zatoki Gdańskiej. Powstał w wyniku konstruowania pirsów i nabrzeży na obszarach morskich. Znajdują się tu terminale głębokowodne: naftowo-paliwowy, węglowy, masowy, kontenerowy, LPG. Tor podejściowy do Portu Północnego ma głębokość 17 m, a także dysponuje trzema obrotnicami: dwie o średnicy wynoszącej 670 m oraz jedna o średnicy równej 650 m. Zapewnia to łatwy dostęp nawet największym statkom, jakie mogą wpływać na Bałtyk [4]. W Porcie Północnym zlokalizowane jest Pomorskie Centrum Dystrybucyjno-Logistyczne, współpracujące m.in. z DCT. Pomorskie Centrum Logistyczne oferuje łatwy dostęp do terminalu kontenerowego DCT oraz dobre połączenia drogowe (rys. 2). Trasa Sucharskiego i Południowa Obwodnica Gdańska łączą PCL z autostradą A1 prowadzącą na południe Polski, a także z drogami ekspresowymi S7 do Warszawy oraz S6 do Szczecina i dalej w kierunku Niemiec. Właścicielem PCL jest Goodman European Partnership (GEP) flagowy europejski fundusz firmy Goodman. Maksymalna powierzchnia centrum może wynieść m 2. Na terenie PCL Goodman oferuje możliwość budowy elastycznej przestrzeni magazynowej wraz ze zintegrowanymi biurami. W zależności od potrzeb operacyjnych, klienci mogą skorzystać z oferty gotowej powierzchni do wynajęcia lub rozwiązań szytych na miarę typu BTS (build-to-suit) [3].

95 A. Salomon, Potencjał portu Gdańsk na rynku usług portowych 95 Rys. 2. Lokalizacja Pomorskiego Centrum Logistycznego Źródło: (dostęp: ). Największe możliwości obsługi ładunków ma Port Północny (62,0 mln ton), pozostałe 13,2 mln ton przypada zaś na Nowy Port (rys. 3). W zakresie ropy naftowej i paliw łączny potencjał przeładunkowy Portu Gdańsk, szacowany na 35,0 mln ton rocznie, obejmuje rezerwę strategiczną ok. 22 mln ton, gwarantującą utrzymanie wolumenu importu na potrzeby polskiego przemysłu i dwóch niemieckich rafinerii (na wypadek braku możliwości dostaw ropy rosyjskiej rurociągami). Zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego kraju jest jednym z podstawowych zadań portu wynikających ze strategii rządowej. Z kolei w Nowym Porcie część potencjału masowego nie jest wykorzystywana dostatecznie ze względu na niedostosowanie do obsługi większych statków [16].

96 96 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Rys. 3. Lokalizacja nabrzeży eksploatacyjnych portu Gdańsk Źródło: (dostęp: ). 2. CZYNNIKI MAJĄCE WPŁYW NA POZYCJĘ PORTU GDAŃSKIEGO NA RYNKU USŁUG PORTOWYCH Na kondycję portów morskich znaczny wpływ ma sytuacja gospodarcza panująca na świecie wzrost gospodarczy niejako determinuje zwiększenie zainteresowania usługami portowymi, stąd cennym parametrem umożliwiającym prognozowanie owej sytuacji jest dochód narodowy brutto GDP, szacowany przez Bank Światowy. Według niego do roku 2030 globalne GDP wzrośnie o 78%. Analiza średniego tempa przyrostu dochodu narodowego brutto w państwach wysoko rozwiniętych i rozwijających się wykazała, iż to kraje rozwijające się będą miały znaczny udział w rozwoju światowej gospodarki. To z kolei oznacza, że pojawią się nowi partnerzy handlowi z rozwijających się krajów (z Azji, Afryki, Ameryki Południowej). Zważywszy na ich położenie geograficzne, można się spodziewać utworzenia nowych morskich szlaków transportowych, zwłaszcza prowadzących przez oceany. Według Banku Światowego GDP w Polsce ma wzrosnąć do 2030 roku o 81%. Prognozy wskazują na to, że do roku 2027 obrót w handlu zagranicznym wzrośnie dwukrotnie, co w przypadku Portu Gdańsk oznacza, że jego zdolność

97 A. Salomon, Potencjał portu Gdańsk na rynku usług portowych 97 przeładunkowa powinna zostać podwojona, by został utrzymany dotychczasowy poziom usług. Jak wspomniano wcześniej, w porcie gdańskim wyodrębnione są dwa obszary: Nowy Port oraz Port Północny, które znacznie różnią się pod względem możliwości zagospodarowania przestrzennego. Przede wszystkim Nowy Port posiada nieznaczne rezerwy terenowe właściwie wszystkie nabrzeża są albo już wykorzystywane albo już wydzierżawione. Ponadto tereny tejże części portu przylegają od strony zachodniej do miejskich obszarów zindustrializowanych, co uniemożliwia ewentualny rozwój przestrzenny ze względów społecznych. Inaczej sytuacja wygląda w przypadku Portu Północnego. Tutaj rezerwuar tworzą przede wszystkim tereny ZMPG S.A. o powierzchni 60 ha, które zgodnie z opracowanym planem mają być zagospodarowane pod rozwój działalności przemysłowej oraz portowej (w tym ok. 20 ha przeznaczono na rzecz rozwoju infrastruktury transportowej). Poza tym w sąsiedztwie tego obszaru znajdują się niezurbanizowane tereny należące do gminy Gdańsk, które ze względu na wystarczającą odległość od stref zamieszkałych przez ludzi również mogą być zagospodarowane na poczet prac portowych. Oprócz wspomnianych terenów potencjał rozwojowy obejmuje też głębokowodne akweny Zatoki Gdańskiej, znajdujące się w otoczeniu Portu Północnego, dzięki którym możliwa jest m.in. rozbudowa istniejących terminali. Potencjał eksploatacyjny Portu Gdańsk przedstawiono na rysunku 4. Rys. 4. Rozwój potencjału eksploatacyjnego portu Gdańsk Źródło: (dostęp: ).

98 98 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 W kontekście rozwoju Portu Gdańsk dość niepokojąca jest zaktualizowana mapa, prezentująca Transeuropejskie Korytarze Transportowe (rys. 1) [6]. Według początkowych założeń Gdańsk miał być jednym z głównych filarów korytarza nr VI. Nastąpiły jednak zmiany skupiające się przede wszystkim na transporcie lądowym, w których wyniku konkurencyjność żeglugi z Gdańska i Gdyni w kierunku krajów skandynawskich uległa znacznemu pogorszeniu. Zrezygnowano nie tylko z części korytarza łączącego Gdańsk z Oslo, ale także ze szlaku w kierunku Ukrainy. Najnowsze propozycje wyraźnie wykazują koncentrację głównych węzłów owych korytarzy na terenach niemieckich oraz w krajach leżących na południe od Polski, co jest komfortowe dla portów Europy Północnej oraz leżących nad Morzem Śródziemnym. Taka sytuacja w oczywisty sposób determinuje nasilenie transportu lądowego w państwach zachodnioeuropejskich. Wspomniane postanowienia są nieco niezrozumiałe, zważywszy na optymalizację możliwych połączeń transportowych w obrębie Europy. Przede wszystkim chodzi tutaj o niewykorzystanie potencjału Wisły, która mogłaby stanowić naturalny korytarz przewozowy na szlaku północ-południe. Na chwilę obecną bardzo słabo jest rozwinięta żegluga śródlądowa na Wiśle, spowodowana brakiem regulacji tej rzeki. To sprawia, że szlak ten praktycznie nie nadaje się do wykorzystania na rzecz przewozu towarów. Z kolei zważywszy na to, że Wisła stanowi naturalne połączenie północy kraju z częścią południową, wydaje się ona być atrakcyjnym korytarzem zapewniającym dostęp gdańskiego portu do obszarów wzdłuż całego państwa, a także pośrednio do państw południowych. Uwzględnienie jej zatem w koncepcji TEN dałoby ogromne szanse na rozwój gospodarczy tego regionu Europy. Jak już jednak wspomniano, podjęte decyzje nie były korzystne dla gospodarki państwa polskiego, a korytarze obejmujące polskie porty stanowią jedynie korytarze kolejowe. To zaś warunkuje brak możliwości pozyskania dofinansowania na rzecz dróg w ramach Transeuropejskich Korytarzy Transportowych. Wymienione czynniki niewątpliwie nie sprzyjają rozwojowi portu w Gdańsku. W rozwoju Portu Gdańsk bardzo duże znaczenie ma ogólnopolska sieć drogowa, ważna nie tylko z punktu widzenia gospodarki polskiej, ale także w kontekście intensyfikacji importu i eksportu ładunków z innych państw europejskich. Niestety, wspomniana infrastruktura nadal stanowi barierę w rozbudowie tychże powiązań, aczkolwiek w ostatnich latach uległa zdecydowanej poprawie. Przede wszystkim istotne znaczenie ma tutaj budowa autostrady A1, mająca docelowo łączyć Gdańsk z miejscowością Gorzyczki (granica czeska), oraz drogi krajowej E7 między Gdańskiem a wsią Chyżne na granicy polsko-słowackiej. Dzięki autostradzie A1, zwanej Bursztynową, możliwe byłoby zyskanie dogodnych połączeń z państwami leżącymi na południe od Polski, co niewątpliwie przyniosłoby szansę na rozwój i wykorzystanie potencjału portu w Gdańsku. Mapę z aktualnymi oraz docelowymi autostradami i drogami szybkiego ruchu przedstawiono na rysunku 5 (stan z 28 sierpnia 2017 r.).

99 A. Salomon, Potencjał portu Gdańsk na rynku usług portowych 99 Rys. 5. Mapa aktualnych autostrad i dróg szybkiego ruchu w Polsce Źródło: /efh4wl6 (dostęp: ). Kolejnym ważnym czynnikiem, mającym wpływ na kondycję Portu Gdańsk, jest dostęp infrastruktury kolejowej, która obecnie również tworzy pewnego rodzaju barierę rozwojową ze względu na swój stan. Przede wszystkim chodzi tutaj o brak możliwości osiągania odpowiednich prędkości podczas jazdy, a także o przepustowość zarówno sieci kolejowej, jak i kolejowych przejść granicznych. Następnym problemem jest zbyt mała liczba terminali kolejowych, pełniących funkcje dystrybucyjno-logistyczne. Jednakże przeprowadzana obecnie modernizacja sieci kolejowej w Polsce daje nadzieję na poprawę wymienionych czynników (rys. 6). W odniesieniu do portu bardzo ważną inwestycją w 2016 r. była modernizacja linii kolejowej pomiędzy portem a Pruszczem Gdańskim, skąd możliwy jest dostęp do torów głównej sieci kolejowej.

100 100 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Rys. 6. Modernizacja linii kolejowych w Polsce Źródło: (dostęp: ). Kluczowy element stanowił tutaj most kolejowy na Martwej Wiśle, w dodatku jednotorowy, którego stan był dotąd wręcz krytyczny. Dzięki przeprowadzonym pracom udało się osiągnąć szybszy transport ładunków oraz zwiększenie przepustowości pociągi mogą rozwijać prędkość nawet do 100 km/h, a dziennie według założeń zamiast 30 pociągów (jak było przed modernizacją), może przejechać ich nawet 180. Z punktu widzenia gospodarki istotny jest fakt, że Port Gdańsk jest jednym z dwóch nadbałtyckich portów (nie uwzględniając portów rosyjskich), posiadających dostęp do systemu rurociągowego Przyjaźń, którym transportowane są złoża ropy naftowej z Rosji (trzecie połączenie do Ventspils na Łotwie jest aktualnie nieczynne).

101 A. Salomon, Potencjał portu Gdańsk na rynku usług portowych PORT GDAŃSK NA TLE INNYCH PORTÓW BAŁTYCKICH Port Gdańsk posiada konkurencyjne warunki rozwoju w stosunku do pozostałych polskich portów i wielu portów bałtyckich. O przewadze konkurencyjnej decyduje lokalizacja gospodarcza, osiągnięty potencjał przeładunkowy, umożliwiający obsługę statków oceanicznych, oraz potencjał dla rozwoju portu głębokowodnego. Ponadto Gdańsk należy do bałtyckich portów niezamarzających. Generalnie znaczącą ilość ładunków obracanych w Porcie Gdańsk stanowią kontenery transportowane drogą morską oraz ropa, dostarczana do portu z Rosji za pomocą rurociągu Przyjaźń. Sytuację w przeładunkach Portu Gdańsk w latach 2014 i 2015 na tle konkurencyjnych portów południowego Bałtyku, do których zaliczono: St. Petersburg, Tallin, Rygę, Ventspils, Kłajpedę, Kaliningrad, Rostock, Lubekę, Port Gdynia i Port Szczecin-Świnoujście przedstawiono na rysunkach 7 i 8. Porównując dynamikę wzrostu obrotów tych portów w latach , widać, że rok 2015 zmienił pozycje części portów, przy czym Port Gdańsk odnotował największy wzrost przeładunków (11,3%), przy ogólnym spadku dynamiki obrotów towarowych w analizowanych portach o 5,1%. Udział Portu Gdańsk w rynku wyniósł 11,4% (w roku ,7%). Największą dynamikę wzrostu przeładunków w rynku zanotowały porty: Gdańsk (11,3%), Rostock (6,0%) oraz Kłajpeda (5,6%), a największy udział w rynku analogicznie jak w latach poprzednich port St. Petersburg (16,3%). Rys. 7. Dynamika wzrostu przeładunków w portach bałtyckich w roku 2014 Źródło: oraz Zarząd Morskiego Portu Gdańsk S.A.: Strategia rozwoju Portu Gdańsk do 2027 roku, Gdańsk 2013 (dostęp: ).

102 102 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Rys. 8. Dynamika wzrostu przeładunków w portach bałtyckich w roku 2015 Źródło: oraz Zarząd Morskiego Portu Gdańsk S.A.: Strategia rozwoju Portu Gdańsk do 2027 roku, Gdańsk 2013 (dostęp: ). Sytuację Portu Gdańsk na tle głównych portów polskich w 2015 roku przedstawia tabela 2. Tabela 2 Przeładunki w polskich portach morskich w 2015 roku Wyszczególnienie Gdańsk [tys. ton] Gdynia [tys. ton] Szczecin- Świnoujście [tys. ton] Razem [tys. ton] Udział Portu Gdańsk [%] Udział Portu Gdynia [%] Udział Portu Szczecin- Świnoujście [%] Węgiel i koks 4 487, , , ,1 49,9 15,4 34,7 Rudy 84,9 0, , ,8 4,4 0,0 95,6 Inne masowe 3 360, , , ,8 41,1 16,6 42,3 Zboże 1 455, , , ,5 21,1 53,7 25,2 Drewno 0,0 63,1 14,3 77,4 0,0 81,5 18,5 Drobnica , , , ,9 34,4 32,8 32,8 w tym kontenery: TEU ,6 36,7 4,7 [tys. ton] , ,6 834, ,9 59,4 36,0 4,6 Ropa i przetwory naftowe ,5 402, , ,4 87,3 2,4 10,3 RAZEM , , , ,9 46,5 23,5 30,0 Źródło: M. Matczak, Polskie porty morskie w 2015 roku. Podsumowanie i perspektywy na przyszłość, ActiaForum, Gdynia 2016, s.4, (dostęp: ).

103 A. Salomon, Potencjał portu Gdańsk na rynku usług portowych 103 Udział Portu Gdańsk w obsłudze morskiej wymiany towarowej Polski w 2015 roku wyniósł 46,5%, czyli najwięcej spośród wszystkich polskich portów. Dla porównania, udział Portu Gdynia w 2015 r. wynosił 23,5% (prawie dwukrotnie mniej niż port gdański), a Portu Szczecin-Świnoujście 30,0%. Ponadto w 2015 r. Port Gdańsk odnotował wzrost obrotów w stosunku do roku 2014 o 11,3%. Wzrosły przeładunki: węgla i koksu (o 35,1%), paliw płynnych (o 17,8%) oraz drobnicy (o 5,2%). Spadek odnotowano w przeładunkach: innych masowych (o 6,8%) i zbóż (o 10,7%). Istotna dla Portu Gdańsk jest kontynuacja wolumenu przeładowanych kontenerów, których udział w łącznych obrotach wyniósł 29,8% (w 2014 r. udział ten wynosił 32,1%). W kolejnych latach oczekuje się dalszego wzrostu przeładunku kontenerów ze względu na kontynuowanie rozwoju DCT i zakończenie rozbudowy GTK, regularne zawinięcia kontenerowców oceanicznych statków aliansów 2M (MSC i Maersk) i G6 (APL, Hyundai, Merchant Marine, Mitsui O.S.K. Lines, Hapag-Lloyd, Nippon Yusen Kaisha, Orient Overseas Container Line) oraz rozwój funkcji hubu bałtyckiego [10]. Nadal korzystna sytuacja Portu Gdańsk w roku 2015 w stosunku do innych portów polskich oraz do wielu portów bałtyckich i europejskich wynikała z przewagi konkurencyjnej, związanej z warunkami obsługi ładunków w Porcie Zewnętrznym. Dotyczy to zarówno warunków nawigacyjnych, jak i wydajności przeładunkowej zlokalizowanych tam baz, co w sposób zasadniczy wpływa na obniżkę kosztów transportu tak ważną w czasach kryzysu ekonomicznego [5]. PODSUMOWANIE Reasumując, należy stwierdzić, że w początkowych dekadach XXI wieku światowy transport morski funkcjonuje w warunkach postępującej globalizacji, szczególnie na płaszczyźnie rynków i strategii, technologii oraz badań i wiedzy, czego niewątpliwym przejawem jest znaczny wzrost globalnej konkurencji i koncentracja kapitału na rynkach transportowych, w tym także portowych, postęp techniczny i technologiczny oraz dalsza liberalizacja gospodarcza. Wszystkie te zjawiska niezwykle silnie oddziałują na rozwój żeglugi morskiej oraz portów morskich (w tym Gdańska), prowadząc nie tylko do zróżnicowania roli i znaczenia portowych ośrodków podażowych w gospodarce świata, regionów i krajów, ale również do dalszej dywersyfikacji ich działalności gospodarczej, a także integracji poziomej i pionowej w ramach łańcuchów transportowych i łańcuchów dostaw. Port Gdańsk jest jednym z największych niezamarzających bałtyckich portów morskich przystosowanym do obsługi statków oceanicznych. Bez wątpienia lokalizacja czyni go bardzo atrakcyjnym mógłby stanowić jeden z głównych węzłów na osi północ-południe, łączącej Skandynawię z krajami leżącymi w basenie Morza Śródziemnego.

104 104 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Należy jednak podkreślić, że w porcie gdańskim kryje się ogromny potencjał nie tylko ze względu na jego położenie, ale także zdolności przeładunkowe, i jest wielce prawdopodobne, że przy odpowiednio realizowanej strategii i polityce inwestycyjnej Gdańsk miałby szansę stać się wkrótce portem dominującym w obrębie całego Morza Bałtyckiego. LITERATURA 1. Akcjonariat Zarządu Morskiego Portu Gdańsk SA, (dostęp: ). 2. Forsal.pl, (dostęp: ) 3. GospodarkaMorska.pl, (dostęp: ). 4. Kaizer A., Ziajka E., Truszczyński M., Ocena założeń rozwojowych trójmiejskich terminali kontenerowych, Inżynieria Morska i Geotechnika, 2016, nr Klimek H., Konkurencyjność polskich portów morskich na bałtyckim rynku usług portowych, (dostęp: ). 6. Komisja Europejska, (dostęp: ). 7. Matczak M., Polskie porty morskie w 2015 roku. Podsumowanie i perspektywy na przyszłość, ActiaForum, Gdynia 2016, s. 4, (dostęp: ). 8. Ministerstwo Infrastruktury i Budownictwa, (dostęp: ). 9. Portal Miasta Gdańska, Gospodarczego-GARG,a,13878 (dostęp: ). 10. Review of Maritime Transport Report by the UNCTAD Secretariat, New York Geneva 2016, (dostęp: ). 11. Stowarzyszenie Integracji Stołecznej Komunikacji, (dostęp: ). 12. Trójmiasto.pl, Ustawa o portach i przystaniach morskich, (dostęp: ). 14. ZMP Gdańsk S.A., (dostęp: ). 15. ZMP Gdańsk S.A., (dostęp: ).

105 A. Salomon, Potencjał portu Gdańsk na rynku usług portowych ZMP Gdańsk S.A., Strategia rozwoju Portu Gdańsk do 2027 roku, Gdańsk 2013, (dostęp: ). THE POTENTIAL OF GDAŃSK PORT ON PORT SERVICES MARKET Summary The article characterizes the port of Gdansk - one of the largest commercial ports in the Baltic Sea basin. The aim of the article is to present basic information about its infrastructure and to describe factors influencing its competitiveness in the Baltic port market. When writing the article, such work methods as observational, statistical, logical and comparative methods were used. Literature characterizing the potential of the port of Gdansk in the port services market includes primarily port related websites and EU and UNCTAD statistical documents. The first part of the article presents the basic information about the Gdansk port, mainly related to the use of infrastructure. The next sections discuss factors influencing the position of the port of Gdansk in the market of port services. In addition, in order to illustrate the significance of the port of Gdansk in the context of maritime transport, it was compared with other Polish Baltic ports (ie Gdynia and Szczecin-Świnoujście), but also foreign ones. The whole article ends with the summary. Keywords: port of Gdańsk, port services market, port competitiveness.

106 BARBARA ZAJĄCZKOWSKA 2, doi: / ARTUR KARCZEWSKI 1, AGNIESZKA CZAJA 2, JAKUB KOWALSKI 2 Politechnika Gdańska Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa 1 Katedra Projektowania Okrętów i Obiektów Oceanicznych 2 Katedra Technologii Obiektów Pływających, Systemów Jakości i Materiałoznawstwa WYTRZYMAŁOŚĆ PĘTLI WPLATANYCH NA LINACH PODWÓJNIE PLECIONYCH Cechą wyróżniającą statki żaglowe z grona innych obiektów pływających są żagle. To cecha widoczna, za którą kryją się mniej romantyczne elementy, takie jak maszty, liny i osprzęt. Rozpostarcie białych płócien na maszcie i następnie żeglowanie wymaga sprawnego operowania nimi, co wiąże się z doborem odpowiedniego ich zestawu, ułożenia i napięcia. To maszty są kręgosłupem takielunku, a liny jego mięśniami i ścięgnami. Do poprawnego działania całego układu przyczynia się każda z jego części. Tak jak w żywym organizmie mięśnie muszą być przyłączone do kośćca właściwym przyczepem, tak na jachcie liny należy odpowiednio połączyć z pozostałymi komponentami takielunku. W artykule skupiono się na problemie łączenia lin z innymi elementami osprzętu żaglowego i wytrzymałości tego połączenia. Przeanalizowano rozwiązanie mające zarówno cechy techniki tradycyjnej, łączenia za pomocą pętli wplatanych, jak i elementy współczesnego jachtingu, ponieważ jako materiał zastosowano linę DynaLite. Badania zostały wykonane w ramach pracy inżynierskiej na Wydziale Oceanotechniki i Okrętownictwa Politechniki Gdańskiej. W zakresie zadania znajdowało się badanie wytrzymałości pętli o różnych długościach wplotu oraz określenie wpływu parametrów konstrukcji splotu na jego wytrzymałość. Porównano również właściwości przyjętego rozwiązania z połączeniem za pomocą węzła ratowniczego oraz wytrzymałość liny, na której wykonano testy z danymi podanymi przez producenta. Słowa kluczowe: osprzęt żaglowy, takielunek, lina pleciona, pętla wplatana, splot Dyneema. WSTĘP Termin osprzęt żaglowy oznacza zespół elementów wyposażenia jachtu, pozwalający na wykorzystanie energii wiatru do jego napędu [1]. Można wyróżnić następujące jego części: żagle (np. fok, grot); drzewce (np. maszty, reje, bukszpryty); olinowanie stałe (np. sztagi, wanty); olinowanie ruchome (np. fały, szoty); drobne elementy osprzętu (np. szekle, bloki).

107 B. Zajączkowska, A. Karczewski, A. Czaja, J. Kowalski, Wytrzymałość pętli wplatanych na linach podwójnie 107 W artykule skupiono się na połączeniach lin należących do grupy olinowania ruchomego. Jest to część olinowania, która służy do podnoszenia i opuszczania elementów osprzętu, do manewrowania żaglami oraz regulacji ich kształtu. Rys. 1. Przykłady takielunku ruchomego jachtu [2] Do najważniejszych elementów olinowania ruchomego należą: fał lina służąca do podnoszenia i opuszczania żagli, ruchomych części omasztowania, np. rei, a także ruchomych części wyposażenia kadłuba, np. płetwy mieczowej w jachtach mieczowych; szot lina służąca do manewrowania żaglem czyli ustawiania go w odpowiednim położeniu w stosunku do wiatru; szkentla lina naciągająca róg szotowy żagla; hals lina naciągająca róg halsowy żagla; topenanta lina stosowana na jachtach z ożaglowaniem bermudzkim, służąca do podtrzymywania noku bomu i unoszenia go w razie potrzeby; obciągacz bomu lina zapobiegająca unoszeniu się bomu. Połączenie liny z żaglami, drzewcami i z osprzętem umożliwiającym ich obsługę powinno charakteryzować się pewnością zastosowanego rozwiązania, estetyką wyglądu oraz wykluczać możliwość zacinania się i blokowania.

108 108 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Istnieje wiele sposobów realizacji takiego połączenia. Począwszy od wiązania węzła (rys. 2), czy wykonania przeplotu i wiązania opaski z juzingu (rys. 3), poprzez zaciskanie liny za pomocą tulei (rys. 4), a skończywszy na pętli wplatanej (rys. 5). Każda z metod ma swoich zwolenników i oponentów wśród żeglarzy. Rys. 2. Pętla na linie wykonana za pomocą węzła niezabezpieczonego [5] Rys. 3. Pętla na linie wykonana za pomocą przeplotu i opaski z juzingu [3] Rys. 4. Pętla na linie wykonana za pomocą tulei zaciskowej [4] Rys. 5. Pętla wplatana Zawiązanie węzła wydaje się być rozwiązaniem prostym i optymalnym. Jednak zdarza się, że wolna końcówka przeszkadza, a sam węzeł jest zbyt duży. Dodatkowo węzeł znacząco osłabia wytrzymałość liny, dlatego często stosuje się inne sposoby połączenia. Rozwiązaniem, które nie zwiększa gabarytu złącza oraz nie wprowadza dodatkowego obcego elementu, jest użycie pętli wplatanej. Zastosowań tego typu połączenia we współczesnym żeglarstwie jest wiele. Przykładowo na rysunku 6 pokazano topenantę i bras spinaker bomu, natomiast na rysunku 7 liny przymocowane bezpośrednio do wózka szotowego grota (strzałki wskazują liny zakończone pętlami).

109 B. Zajączkowska, A. Karczewski, A. Czaja, J. Kowalski, Wytrzymałość pętli wplatanych na linach podwójnie 109 Rys. 6. Spinaker bom Rys. 7. Wózek szotowy grota 1. PRZYGOTOWANIE PRÓBEK DO BADAŃ Doświadczenie przeprowadzono na linie DynaLite o średnicy 8 mm, wyprodukowanej przez firmę Gleistein Ropes, o nominalnej sile na zrywanie 16,5 kn. Jest to lina podwójnie pleciona. Rdzeń wykonano z materiału Dyneemy SK78, natomiast oplot i międzyoplot z poliestrów. Strukturę liny pokazano na rysunku 8. Rys. 8. Struktura badanej liny [6] 1.1. Wykonanie pętli wplatanej Wplatanie jest techniką łączenia lin oraz wykonania pętli bez używania węzłów czy konieczności szycia. W przypadku lin składających się z rdzenia i oplotu należy spleść ze sobą poszczególne elementy ich struktury w ściśle określony sposób. Na początku po odmierzeniu odpowiedniej długości liny na pętlę oraz wplot należy odsłonić rdzeń w zaznaczonych miejscach, rozsuwając włókna splotu tak, aby nie uszkodzić struktury liny (rys. 9).

110 110 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 a) b) c) d) Rys. 9. Czynności przygotowawcze wykonania połączenia: a) wyznaczanie długości wplotu, b) rozsuwanie włókien, c) wydobywanie rdzenia, d) przygotowanie międzyoplotu Następnie oplot po uprzednim taperowaniu, czyli redukcji grubości poprzez stopniowe usuwanie włókien, umieszcza się pod warstwą zewnętrzną liny głównej, tworząc pętlę (rys. 10).

111 B. Zajączkowska, A. Karczewski, A. Czaja, J. Kowalski, Wytrzymałość pętli wplatanych na linach podwójnie 111 a).. b) Rys. 10. Prace nad oplotem: a) taperowanie, b) tworzenie pętli Po wydobyciu rdzenia umieszcza się fragment wplotu w przygotowanej części liny i zaciska. Długość odcinka wplecionego decyduje o wytrzymałości i zależna jest od średnicy liny (rys. 11). a).. b) Rys. 11. Prace nad rdzeniem: a) wplatanie rdzenia, b) tworzenie pętli Po zebraniu luzu oplotu przesuwa się go w kierunku nowo powstałej pętli. Rdzeń z wplotem wewnątrz zostaje wciągnięty w linę. Niepotrzebną końcówkę oplotu odcina się w celu otrzymania gotowej pętli (rys. 12).

112 112 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 a).. b) Rys. 12. Prace wykończeniowe: a) zbieranie luzu oplotu, b) gotowa pętla Tworzenie tego typu pętli wymaga znacznych sił wzdłużnych, które zapewniają prawidłowe ułożenie elementów splotu liny. W związku z tym w celu prawidłowego przygotowania próbek do badań opracowano konstrukcję specjalnego stanowiska o charakterze maszyny wytrzymałościowej w celu precyzyjnego zaciśnięcia splotów liny (rys. 13). Rys. 13. Maszyna wytrzymałościowa

113 B. Zajączkowska, A. Karczewski, A. Czaja, J. Kowalski, Wytrzymałość pętli wplatanych na linach podwójnie 113 W trakcie wykonywania pętli modyfikuje się położenie włókien we wszystkich warstwach liny. Po wpleceniu rdzenia i oplotu w linę główną zmienia się jej średnica. Odpowiednie napięcie liny pozwala na nowo ułożyć się pasmom materiału Dobór i oznaczenia próbek Doświadczenia poprowadzono na seriach czterech rodzajów próbek, trzech zakończonych pętlą o różnych długościach wplotu i jednej zakończonej węzłem ratowniczym (rys. 14). Rys. 14. Cztery serie próbek, po pięć próbek każda Próbki oznaczono różnymi kolorami w postaci szytych opasek na końcu liny: czarną dla węzła ratowniczego; zieloną dla wplotu o długości wplotu równego dziesięciokrotnej średnicy badanej liny; czerwoną dla wplotu o długości wplotu równego dwudziestokrotnej średnicy badanej liny; niebieską dla wplotu o długości wplotu równego czterdziestokrotnej średnicy badanej liny. Ponadto próbki w danej serii wyróżniono numerami I, II, III, IIII, IIIII na pętli oraz na końcu liny, by móc zidentyfikować każdą z próbek po zerwaniu, co pokazano na rysunku 15. Kolejność przeprowadzonych prób nie była tożsama z numerem próbki.

114 114 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 a) b) Rys. 15. Oznaczenie zakończeń próbek numerami porządkowymi na przykładzie: a) oznaczenie pętli, b) oznaczenie końca liny 2. PRZEBIEG BADAŃ Badania zostały przeprowadzone w Laboratorium Technologii i Wytrzymałości Konstrukcji Okrętowych i Offshore na Wydziale Oceanotechniki i Okrętownictwa Politechniki Gdańskiej Seria próbna Pierwsza próbka została umieszczona w maszynie wytrzymałościowej w celu opracowania metody wiązania liny do układu mocującego. Górną pętlę założono na szekli, natomiast dolną część liny zawiązano węzłem cumowniczym żeglarskim. Rozpoczęto rozciąganie, jak przedstawiono na rysunku 16. a) b) Rys. 16. Seria próbna: a) mocowanie próbki, b) rozciąganie próbki

115 B. Zajączkowska, A. Karczewski, A. Czaja, J. Kowalski, Wytrzymałość pętli wplatanych na linach podwójnie 115 Próbka została zerwana w miejscu wiązania końca liny na szekli, czyli próba nie udała się, ponieważ celem było sprawdzenie wytrzymałości węzła ratowniczego, a nie przewiązania technicznego. Podjęto decyzję o przeprowadzeniu prób na linie zakończonej z obu stron węzłem ratowniczym w przypadku serii pierwszej. Poprawka wiązała się ze zwiększeniem liczby oplotów liny na łuku szekli i zastosowaniem szekli o większej średnicy. Celem tych zabiegów było zmniejszenie siły tarcia zrywającego oplot liny w przypadku serii drugiej, trzeciej i czwartej. Dodatkowo w trakcie przeprowadzania serii próbnej stwierdzono, że niezaciągnięty węzeł znacznie wydłuża przebieg eksperymentu. Wprowadzono więc kolejną modyfikację do badań nad wytrzymałością pętli utworzonych przez węzły ratownicze wstępne zaciskanie węzłów z użyciem suwnicy i kowadła (wykorzystanego w charakterze obciążnika) w celu skrócenia czasu pracy maszyny wytrzymałościowej Próby Poniżej na trzech kolejnych zdjęciach przedstawiono przykładowy przebieg próby dla wszystkich rozpatrywanych wariantów. Fotografie w kolejności prezentują: rysunek 17 próbka na maszynie wytrzymałościowej; rysunek 18 wynik próby uchwycony na wskaźniku zegarowym; rysunek 19 próbka po zniszczeniu, sfotografowana na tle kartki z numerem porządkowym, numerem próbki i nazwą serii. Rys. 17. Seria pierwsza, próbka pierwsza nr II próbka na maszynie Rys. 18. Seria pierwsza, próbka pierwsza nr II wskaźnik zegarowy Rys. 19. Seria pierwsza, próbka pierwsza nr II próbka po zniszczeniu

116 116 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, ANALIZA WYNIKÓW Wyniki prób przedstawiono w tabeli 1 oraz na rysunku 20. Zebrano w nich dane dotyczące numeru próbki, długości początkowej, wydłużenia bezwzględnego i względnego badanej próbki, oraz wartości siły niszczącej próbkę wraz z bezwzględną wartością niepewności pomiarowej. Zestawienie wyników Badania niszczące pętli o różnej długości wplecenia, na linach podwójnie plecionych laboratorium WOiO PG kolumna A B C D E F G Tabela nr próbki [mm] [mm] [mm] [%] [N] [N] [N] Czarna Węzeł II Węzeł IIIII IIII I Pęknięcie oplotu na węźle III Zielona Wplot - III cm II I IIII IIIII Czerwona Rozpleciony wplot Rozpleciony wplot Rozpleciony wplot Rozpleciony wplot Rozpleciony wplot Wplot III cm IIII IIIII II Pęknięcie rdzenia, następnie pęknięcie oplotu I Niebieska Wplot I cm c.d. I Za mały skok maszyny zebranie luzu, ponowne zawiązanie liny Pęknięcie oplotu na szekli

117 B. Zajączkowska, A. Karczewski, A. Czaja, J. Kowalski, Wytrzymałość pętli wplatanych na linach podwójnie 117 cd. tabeli 1 II IIII Pęknięcie rdzenia oplot pozostał zbyt III mały skok maszyny IIIII Za mały skok maszyny zebranie luzu, ponowne zawiązanie liny c.d. IIIII Pęknięcie rdzenia, następnie oplotu Opis tabeli: Kolumna A Położenie wskaźnika na miarce pionowej maszyny po zamontowaniu próbki i manualnym zebraniu luzu Kolumna B Położenie wskaźnika na miarce pionowej maszyny po wykonaniu próby Kolumna C Wartość wydłużenia bezwzględnego próbki Kolumna D Wartość wydłużenia względnego Kolumna E Siła potrzebna do zerwania rdzenia badanej liny Kolumna F Siła potrzebna do naderwania lub zerwania oplotu badanej liny Kolumna G Siła potrzebna do rozplecenia próbki Próbki zamocowano na maszynie wytrzymałościowej, wybierając luz ręcznie. Następnie maszyna została włączona w tryb rozciągania. Po zaciśnięciu się węzłów i napięciu liny obserwowano na wskaźniku wzrost siły rozciągającej, aż do momentu zerwania. Należy pamiętać, że lina zbudowana jest z materiałów o różnej wartości dopuszczalnego wydłużenia (rdzeń wykonany z Dyneemy, oplot z poliestru). Efektem tego jest różny moment ich rozerwania pod działaniem siły rozciągającej. Dyneema jest mocniejsza i mniej rozciągliwa, a poliester mniej wytrzymały, ale bardziej elastyczny Wydłużenie próbek Seria pierwsza. Po osiągnięciu wydłużenia maksymalnego zniszczeniu ulegał oplot na węźle górnym lub dolnym. Nie zaobserwowano reguły w tym względzie. Po przerwaniu oplotu rdzeń nie był naruszony. Wraz ze wzrostem siły rozciągającej rdzeń wysuwał się, zwiększając średnicę pętli. Wydłużenie względne osiągnęło wartość 468%, aż do maksymalnego skoku maszyny. Próbki nie uległy przerwaniu. Seria druga. Po osiągnięciu wydłużenia maksymalnego nastąpiła reakcja na splocie wysuwanie się liny. Maksymalne wydłużenie względne wyniosło %. Seria trzecia. Po osiągnięciu wydłużenia maksymalnego dla rdzenia nastąpiło jego przerwanie. Wówczas rozciągnięciu ulegał oplot o wyższym współczynniku wydłużenia, aż do momentu zerwania. Względne wydłużenie próbek wynosiło między %. Seria czwarta. Po osiągnięciu wydłużenia maksymalnego dla rdzenia nastąpiło jego przerwanie dla próbek nr II, III, IIII. Wówczas rozciąganiu podlegał oplot. Nie

118 118 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 ulegał jednak przerwaniu z powodu zbyt małego skoku maszyny. Próbki wydłużyły się o 68%. Próbki nr I i IIIII badano dwuetapowo. Ponieważ po wykorzystaniu maksymalnego skoku maszyny badany materiał nie ulegał zniszczeniu, próby powtórzono. Przywrócono maszynę do położenia początkowego, zebrano luz na linie i ponownie zamocowano ją na szekli. Rozciągnięto próbki do zerwania Siła zrywająca Seria pierwsza. Wszystkie próbki ulegały zniszczeniu w miejscu wiązania. Oplot pozbawiony możliwości swobodnego wydłużenia przejmował całą siłę i przerywał się jako pierwszy w zakresie obciążenia 9,40 10,40 [kn]. Nie udało się ustalić, który z węzłów jest bardziej podatny na zniszczenie (górny czy dolny). Seria druga. Próbki w zakresie siły od 1,80 do 9,00 [kn] rozplatały się. Wydłużenie zwiększało się, aż do kompletnego rozplecenia, bez przyrostu siły. Seria trzecia. Próbki wydłużały się równomiernie aż do wartości siły pomiędzy 12,90 16,25 [kn], przy której następowało przerwanie rdzenia. Po tym na wskaźniku obserwowano znaczny spadek siły. Kontynuując rozciąganie, doprowadzono do osiągnięcia siły zrywającej oplot, wyniosła ona między 8,40 a 9,00 [kn]. Seria czwarta. Trzy z pięciu próbek osiągnęły wartości graniczne i rdzeń ulegał pęknięciu przy sile między 16,40 17,80 [kn]. Oplot nie został zerwany z powodu zbyt małego skoku maszyny. Próbę zakończono, gdyż wyniki przewyższyły lub bardzo zbliżyły się do wartości siły gwarantowanej wytrzymałości liny przez producenta. Dwie z badanych próbek, numery I i IIIII, z powodu zbyt małego skoku maszyny, wymagały badania dwuetapowego. Po ponownym przewiązaniu liny i rozciągnięciu próbka nr I uległa zniszczeniu poprzez pęknięcie oplotu na łuku szekli przy wartości siły równej 15,80 [kn]. Próbka nie spełniła wymagań producenta, jednak powodem pęknięcia był węzeł. Próbka nr IIIII po drugim naciągnięciu została zerwana po osiągnięciu siły 16,80 [kn] rdzeń, a następnie oplot przy 9,80 [kn]. Rys. 20. Zestawienie wyników

119 B. Zajączkowska, A. Karczewski, A. Czaja, J. Kowalski, Wytrzymałość pętli wplatanych na linach podwójnie 119 PODSUMOWANIE Przedstawione w artykule testy obejmowały dwa typy łączenia liny z innymi elementami osprzętu żaglowego. Podstawowe połączenie zrealizowano za pomocą pętli wplatanych i uzmienniono poprzez różne długości wplotu. Drugie łączenie, przyjęte dla celów porównawczych, wykonano poprzez zastosowanie węzła ratowniczego. Dodatkowo, aby poznać prawidłową technikę i parametry wykonania pętli, porównano siłę zrywającą dany typ splotu z wartością katalogową wytrzymałości liny. Wyniki testów zostały zebrane w formie wykresu na rysunku 20. Na osi pionowej opisano liczbą porządkową próbki danego rodzaju, a na osi poziomej siłę zrywającą w [N]. Zaznaczono również wartość siły zrywającej linę, gwarantowaną przez producenta [N]. Przeprowadzone badania wykazały, że: próbki zakończone węzłem ratowniczym mają wyniki powtarzalne, jednak ta metoda łączenia znacznie osłabia linę (~ 50%); wyniki dla próbek o wplocie 10x fi (8 cm) leżą znacznie poniżej granicy wytrzymałości liny. Wyniki mają znaczny rozrzut, a wplot rozplatał się. Połączenie nie spełniło swojej funkcji; próbki o wplocie 20x fi (16 cm) zrywały się na linie tuż pod splotem, jednak 16 cm wplotu widocznie osłabiło strukturę liny; próbki o wplocie 40x fi (32 cm) spełniały kryteria wytrzymałości i nie osłabiały liny. Takie połączenie przyjęto jako prawidłowe, gwarantujące bezpieczeństwo eksploatacji. Film dokumentujący przebieg badań można znaleźć pod adresem: LITERATURA 1. Dziewulski J., Wiadomości o jachtach żaglowych, Oficyna Wydawnicza Alma-Press, Warszawa Kolaszewski A., Świdwiński P., Żeglarz jachtowy i jachtowy sternik morski, Oficyna Wydawnicza Alma-Press, Warszawa Źródła internetowe 3. ( ) ( ) ( ) ( ).

120 120 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 THE STRENGTH OF SPLICES IN THE DOUBLE-BRAIDED ROPES Summary The distinguishing feature of sailing ships from the group of other floating objects are the sails. This is a visible feature behind which are less romantic elements such as masts, ropes and rigging. Raising the white sails and then sailing requires efficient handling, which involves choosing the right sails-set, them position and tension. These masts are the backbone of the rigging, and the ropes with its muscles and tendons. Every part of it contributes to the correct functioning of the whole system. As in living organisms, the muscles must be attached to the bone in the proper trailer, so that the ropes on the yacht should be properly connected to the other rigging components. This article presented the problem of joining ropes with other components and the strength of this connection. A solution that has both the characteristics of traditional techniques, by the splice the rope and the elements of new yachting trends has been analyzed, as DynaLite has been used as a material. The research was done at the Faculty of Ocean Engineering and Ship Technology of Gdansk University of Technology. The task was to test the strength of the loop with different lengths of the splice and to determine the impact of the parameters on its strength. The strength of the connection with bowline has been checked. The strength of the tested rope with the data provided by the manufacturer were also compared. Keywords: sails, rigging, braided rope, splice, Dyneema.

121 MARCIN ŻYCZKOWSKI doi: / Politechnika Gdańska Katedra Mechatroniki Morskiej WYZNACZANIE TRASY STATKU ŻAGLOWEGO Z OGRANICZENIEM ZMIAN KURSU W artykule przedstawiono propozycję rozwiązania problemu planowania trasy statku żaglowego z zadanej pozycji startowej do pozycji docelowej w przestrzeni dyskretnej. Artykuł jest kontynuacją rozważań autora nad planowaniem trasy statku żaglowego. Proponowana wersja metody jest odpowiednia dla użytkowników statków żaglowych o przeznaczeniu rekreacyjnym lub dla początkujących żeglarzy. Jako kryterium optymalizacji przyjęto czas żeglugi, ale wprowadzono ograniczenie możliwości wykonywania znacznych zmian kursu. Słowa kluczowe: trasa, statki żaglowe, algorytm Dijkstry, dane meteorologiczne, nawigacja. WSTĘP Planowanie trasy w transporcie morskim inspirowało już naukowców w epoce, kiedy statki żaglowe były jedynym sposobem podróży transoceanicznych. Pierwsze próby rekomendacji trasy w żegludze oceanicznej zaproponował Maury w XIX wieku [6]. W XX wieku, kiedy głównym środkiem transportu morskiego stał się statek o napędzie mechanicznym, to statek żaglowy zmienił swoją rolę w transporcie, stając się środkiem transportu przeznaczonym głównie dla sportu wyczynowego, rekreacji i turystyki [4]. W 1906 roku powstała organizacja International Yacht Racing Union, która zaczęła ustalać pewne standardy i zasady dla oficjalnych wyścigów regatowych. Zaczęto organizować wielkie regaty oceaniczne, takie jak America Cup, Volvo Ocean Race czy OSTAR. Przygotowanie do takich regat wymaga dużych nakładów finansowych i zaangażowania nie tylko załogi statku żaglowego, ale i wsparcia obsługi technicznej. Jednym z ważniejszych zadań przed rozpoczęciem regat jest ustalenie pewnej skutecznej strategii, czyli m.in. wyznaczenie najszybszej trasy regat. Do tego potrzebna jest wiedza na temat parametrów ruchu statku żaglowego. W 1978 roku przedstawiono nowatorską i fundamentalną metodę obliczania prędkości za pomocą programu VPP (Velocity Predict Program) [2]. Program oblicza przypuszczalną prędkość statku żaglowego w zależności od działających sił hydrodynamicznych i aerodynamicznych, przy zmieniającym się kierunku natarcia wiatru na statek żaglowy. W kolejnych latach udoskonalano VPP, korzystając z nowych technologii i rozwoju wiedzy na temat aerodynamiki żagla [5]. Aktualnie towarzystwo klasyfikacyjne jachtów ORC Rating Systems 2016, sprawdzając możliwości prędkościowe statków żaglowych, stosuje metodę zaproponowaną w 1999 roku przez Claughton [1].

122 122 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Obecnie, znając parametry techniczne statku żaglowego, za pomocą komercyjnego oprogramowania, np. Bentley Systems, można uzyskać charakterystykę prędkościową statku żaglowego dla wody spokojnej. Aczkolwiek prawdopodobnie ze względów biznesowych i konkurencyjności między zespołami osad statków żaglowych trudno jest się doszukać, przeglądając literaturę przedmiotu, artykułów na temat planowania trasy dla statków żaglowych. Na ogół przedstawia się w nich tylko koncepcję i zarys rozwiązań, bez szczegółowych wyników badań i testów ich oceny. Jednakże na podstawie niektórych publikacji [8] można odnotować, że ze względu na zmienne prognozy meteorologiczne rozważa się dwa podejścia do problemu planowania trasy: deterministyczne i stochastyczne. Dla rzeczywistych danych meteorologicznych, stałych dla dłuższego okresu, opracowuje się deterministyczne algorytmy szukania optymalnej trasy. Jeżeli dane meteorologiczne są niepewne lub zmienne w czasie, to algorytm buduje się na podstawie podejścia stochastycznego, uwzględniając różne scenariusze prognozy pogody. Przeważnie prezentowane artykuły ściśle nawiązują do planowania trasy dla regat i opisują pewną strategię [7, 11]. Bardziej pomocne są prace, dotyczące bezzałogowych statków żaglowych, gdzie można znaleźć więcej szczegółów na temat metod planowania trasy, a także materiały corocznej konferencji naukowej, poświęconej tematyce bezzałogowych statków żaglowych (The International Robotic Sailing Conference IRSC). Roland Stelzer, jeden z pierwszych uczestników konferencji IRSC, w swojej pracy doktorskiej przedstawia rozwiązania w planowaniu podróży bezzałogowego statku żaglowego z wykorzystaniem algorytmów bazujących na teorii grafów [10]. Omawia w niej kwestię zachowania statku żaglowego względem wiatru, czyli tzw. jego biegunową charakterystykę prędkościową. Biegunowa charakterystyka prędkościowa i wiedza na temat parametrów wiatru dla całego obszaru żeglugi pozwala już na przewidywanie zachowania się statku żaglowego w zależności od wybranego kierunku ruchu. Ta wiedza pozwala na zastosowanie algorytmów z teorii grafów dla wyznaczenia trasy. Możliwe jest więc zaproponowanie użytkownikowi trasy dotarcia z wybranego punktu początkowego do punktu docelowego na podstawie posiadanych danych (statku, wiatru). Inni autorzy [9] zaproponowali metodę wyznaczenia trasy, opartą na algorytmie Dijkstry, przedstawiając sposób cyfrowego przetwarzania mapy, tzw. dyskretyzacji obszaru, która za pomocą metody rozkładu komórek wyróżnia piksele czarne jako zagrożenia i białe jako dostępną przestrzeń do żeglugi [3]. Analizując literaturę przedmiotu na temat wspomagania wyboru wyznaczania trasy dla statku żaglowego, można odnotować, że zaproponowane rozwiązania mają jednak pewne ograniczenia lub w metodach tych brakuje szczegółów rozwiązań. Ograniczenia te dotyczą np. optymalizacji ruchu statku żaglowego z wykorzystaniem tylko kryterium czasu żeglugi (z punktu startowego do punktu docelowego); rozpatrywania wyłącznie statycznych danych (dostępnych parametrów wiatru w strefie żeglownej tylko przed startem); dyskretyzacji ruchu statku uwzględniającej najczęściej osiem możliwych kierunków ruchu. Jednocześnie metody planowania

123 M. Życzkowski, Wyznaczanie trasy statku żaglowego z ograniczeniem zmian kursu 123 trasy dla statków żaglowych nie uwzględniają innych użytkowników, którzy oprócz uzyskania minimalnego czasu chcieliby wziąć pod uwagę komfort podróży czy stopień zaawansowania w sztuce żeglowania. W opisywanej metodzie uwzględnia się większą dyskretyzację przestrzeni żeglownej oraz większą możliwość zmian liczby kierunków ruchu. W artykule zaproponowana metoda zakłada uwzględnienie do 32 kierunków zmiany ruchu statku żaglowego. Jeżeli jest to konieczne, użytkownik ma możliwość zwiększania ziarnistości siatki w celu przyspieszenia algorytmu lub zmniejszania ziarnistości w celu zwiększenia dokładności. Ma również możliwość, w razie potrzeby, dostarczania danych pogodowych w sposób dynamiczny w trakcie pokonywania trasy. Dodatkowo w tej metodzie wprowadza się ograniczenie wykonywania znacznych zmian kursu w wyznaczonej trasie. To ograniczenie jest propozycją dla użytkowników, którzy preferują trasę bez gwałtownych zwrotów przy zachowaniu odpowiedniego czasu podróży. W celu oceny tego typu podejścia zbudowano symulator podróży SailingAssistance, który umożliwia sprawdzenie różnych wariantów rozwiązań oraz ocenę każdego z nich. 1. MODEL ŚRODOWISKA ŻEGLUGI W celu przeprowadzenia badań niezbędna jest dyskretyzacja obszaru żeglownego, a także zestaw kryteriów optymalizacji wyboru trasy. Rysunek 1 przedstawia ograniczony obszar żeglowania, w którym zaznaczono strefę żeglowną i nieżeglowną, a także naniesiono siatkę punktów, w których opisuje się stan tego obszaru, jak i trasę statku żaglowego. Przedstawiona siatka jest uproszczeniem zdefiniowanego środowiska. W aplikacji docelowej SailingAssistance siatka korzysta z odwzorowania Merkatora. Mapa rzeczywista obszaru żeglowania jest zastępowana przez siatkę, opisaną przez zbiór punktów P k, wybranych w regularnych odstępach, określanych przez współrzędne geograficzne. P ij określa się przez szerokość φ i i długość λ i, tzn. P ij = P(φ i,λ j) i = 1,2,..,m; j = 1,2,,n (1) Jak wynika z przebiegu trasy, obiekt wykonał trzy razy manewr zmiany kursu, ażeby dotrzeć od punktu A do punktu B (w punkcie 2, 4, 8), gdzie A jest punktem startu, B jest metą. Trasę opisano wzorem poniżej. Trasa = {P 1, P 2,, P 9 } (2) Ziarnistość opisu obszaru mapy określa się powierzchnią tego obszaru żeglowania OB, przypadającą na jedną kratkę w siatce, wyznaczoną przez zbiór punktów P k, tzn. z = OB = (φ max φ min ) (λ max λ min ) m n m n, (3)

124 124 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 gdzie: φ max (λ max), φ min (λ min) minimalna i maksymalna szerokość (długość) geograficzna, φ min = min {φ i, i = 1,2,..,m}, λ min = min {λ i, i = 1,2,..,n}, φ max = max {φ i, i = 1,2,..,m}, λ max = max {λ i, i=1,2,..,n}. Im z jest mniejsze, tym ziarnistość obszaru żeglowania jest większa. Rys. 1. Model środowiska dla wyznaczenia trasy statku żaglowego Z każdym punktem P k obszaru żeglowania wiążą się pewne dane określające warunki żeglowania S(P k). W ogólnym przypadku warunki te zależą od czasu i w każdej chwili t mogą być różne, dlatego oznacza się je przez S(P k, t). Przyjmuje się również, że ruch statku żaglowego na utworzonej siatce może odbyć się tylko w wyróżnionych kierunkach, z tzw. konkretnym wariantem ruchu wr. Zakłada się dopuszczalne wr ϵ {8,16,32} możliwych kierunków ruchu, jak to pokazano na rysunku 2. Co więcej, ze względu na siłę i kierunek wiatru nie wszystkie kierunki manewru będą akceptowalne z uwagi na bezpieczeństwo. Dopuszczalne kierunki manewru i prędkość statku w dozwolonym kierunku zależą od tzw. charakterystyki biegunowej chb statku żaglowego, przedstawionej na rysunku 3.

125 M. Życzkowski, Wyznaczanie trasy statku żaglowego z ograniczeniem zmian kursu 125 Rys. 2. Warianty ruchu statku wr ϵ { 8,16,32} możliwości zmiany kierunku a) b) izolina prędkości wiatru Vw= 8m/s Rys. 3. Charakterystyka biegunowa statku żaglowego Charakterystyka ta może być różna dla każdego statku i jest opracowana doświadczalnie przez jego projektantów lub producentów. Podsumowując możliwość przejścia z punktu P k do P k+1, determinowana jest przez: warunki żeglowania S(P k, t); możliwości wariantu ruchu wr; charakterystykę biegunową statku żaglowego. Warunki żeglowania S(P k, t) w punkcie P k są tu ustalone tylko przez wektor W k i w trakcie całej trasy są stałe, co znaczy, że nie ma nowych prognoz pogody dla tego obszaru. gdzie: w k prędkość wiatru, β k kierunek wiatru rzeczywistego. W k = (w k, β k ) (4) Możliwy jest w każdym punkcie P k inny wektor W k. Prędkość z punktu P k do punktu P k+1 jest wyznaczona według wzoru: v(p k, P k+1 ) = γ(w k, α k,k+1 ) = γ(w k, β k,k+1 ) (5)

126 126 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 gdzie: α k,k+1 kierunek z punktu P k do P k+1, pokazany na rysunku 4, β k,k+1 kąt ustawienia statku do wiatru rzeczywistego, γ(w k, β k,k+1 ) funkcja obliczająca prędkość statku na podstawie charakterystyki biegunowej dla danej prędkości wiatru w k i kierunku β k,k+1. Rys. 4. Kierunek na siatce obszaru żeglowania Dystans z punktu P k do punktu P k+1 jest obliczany według wzoru poniżej: d(p k, P l ) = (φ k φ l ) 2 + (λ k λ l ) 2 cos((φ k + φ k+1 )/2) (6) Czas przejścia z punktu P k do punktu P k+1 wyznacza wzór: t(p k, P k+1 ) = = v(p k,p k+1 ) d(p k,p k+1 ) γ(w k,β k,k+1 ) (φ k φ k+1 )2 + (λ k λ k+1 ) 2 cos((φ k +φ k+1 )/2) (7) Wyzwaniem jest pozyskiwanie odpowiednich parametrów obszaru i statku. Parametry statku otrzymano z komercyjnego oprogramowania Bentley Solution. Dane meteorologiczne zostały pozyskane za pomocą zewnętrznego serwisu AccusWebApi.

127 M. Życzkowski, Wyznaczanie trasy statku żaglowego z ograniczeniem zmian kursu ZADANIE OPTYMALIZACYJNE W GRAFIE SKIEROWANYM W związku z dyskretyzacją obszaru żeglowania można opisać go jako graf nieskierowany G(V, E), gdzie V reprezentuje zbiór punktów P k = P ij, tzn. V = { P i,j ; i = 1,2,, m. j = 1,2,, n} (8) Zbiór krawędzi E określa wszystkie możliwości żeglowania pomiędzy punktami P k, tzn. obiekt żeglowny może przepłynąć bezpośrednio z punktu P k do punktu P k+1. Tak zdefiniowany graf G(V, E) określa wszystkie możliwe trasy z wyróżnionego punktu A do wyróżnionego punktu B. Uwzględniając warunki żeglowania obszaru żeglownego S = {S(P k, t)} oraz wszystkie możliwości przejścia dla każdego punktu P k, graf G(V, E) zmienia się w ważony graf G(V, E, S), który umożliwia wyznaczenie optymalnej trasy za pomocą zmodyfikowanego algorytmu Dijkstry dla przyjętych kryteriów optymalizacji. Problem optymalizacji w prowadzonych dotychczasowych badaniach autora został opisany za pomocą wielokryterialnej funkcji celu. gdzie: m m 1 f g = i=1 [t i c(β i )] + [t( i ) + p( i )] i=1 (9) m liczba wszystkich segmentów trasy (przepływów), i bieżący segment trasy (przepływ), t i czas przepływu w i-tym segmencie trasy. c(β i ) współczynnik dyskomfortu dla i-tego segmentu trasy, zależny od wartości przechyłu statku, (gdy współczynnik wynosi 1, oznacza to nieuwzględnianie dyskomfortu dla proponowanej trasy), t( i ) dodatkowy czas zależny od zmiany kursu, p( i ) dodatkowy współczynnik dyskomfortu zależny od wielkości zmiany kursu. W artykule przyjęto, że wyrażenia c(β i ) = 1 i p( i ) = 0, to znaczy, że nie będzie uwzględniane pojęcie dyskomfortu w trakcie szukania optymalnej trasy. Natomiast zostało zastosowane nowe ograniczenie: zmiana kursu α k,k+1 nie może być większa od zadanej wartości progowej. Zmianę kursu prezentuje rysunek 5.

128 128 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Rys. 5. Zmiana kursu o αk,k+1 w punkcie Pk do punktu Pk+1 3. PROCEDURA WYZNACZANIA TRASY Procedura SailingAssistance została opracowana do wyznaczania efektywnej trasy statku żaglowego. Etapy jej realizacji są następujące: ustalenie punktów startowego A i końcowego B; dyskretyzacja obszaru żeglowania; ustalenie warunków żeglowania S(P k) dla każdego punktu P k; wybranie konkretnego wariantu ruchu wr; tworzenie grafu G(V, E, S); ustawienie kryterium poszukiwania trasy optymalnej; realizacja zmodyfikowanego algorytmu Dijkstry; obrazowanie trasy w aplikacji SailingAssistance. Wynikiem procedury jest zobrazowana trasa wyświetlona w aplikacji SailingAssistance, czas przejścia trasy, liczba wykonanych manewrów. 4. BADANIA SYMULACYJNE Badania przeprowadzono w symulatorze SailingAssistance. Pierwotna wersja aplikacji dostępna jest na serwerze sail.niwa.gda.pl. W aktualnej wersji oprogramowania użytkownik ma możliwość dokonania następującej konfiguracji: wybór wariantu ruchu wr (8, 16, 32); wybór punktu startowego A i końcowego B w zdefiniowanym prostokątnym obszarze (φ 1 = 54,217 N, λ 1 = 18,069 E; φ n = 54,936 N, λ m = 19,508 E) wybór statku żaglowego z listy dostępnych jednostek;

129 M. Życzkowski, Wyznaczanie trasy statku żaglowego z ograniczeniem zmian kursu 129 uwzględnienie współczynnika komfortu c(β i ) i p( i ) podczas wyznaczania trasy; uwzględnienie dodatkowego czasu potrzebnego na wykonanie zmiany kursu t( i ); uwzględnienie jednej, dwóch lub trzech prognoz pogody (od najbardziej aktualnej do najpóźniejszej); uwzględnienie ograniczenia dla wykonywania znacznej zmiany kursu α k,k+1. Poniżej zaprezentowano wyniki oraz zobrazowania trasy statku żaglowego od punktu startowego A φ A = 54,8ºN i λ A = 018,8ºE do punktu końcowego B, φ B = 54,43ºN i λ B = 18,57ºE dla 32 wariantów ruchu bez uwzględniania c(β i ), p( i ), t( i ) i dla jednej najbardziej aktualnej prognozy pogody w aplikacji SailingAssistance w zależności od ziarnistości siatki z i od ustalonego ograniczenia maksymalnej zmiany kursu α k,k+1. Na rysunkach 6 11 przedstawiono wybrane maksymalne α k,k+1 ϵ {30,60,180} oraz ziarnistość z = , którą nazwano dużą i z = , którą nazwano małą. Rys. 6. Trasa dla z duża i αk,k+1 do 30º Rys. 7. Trasa dla z mała i αk,k+1 do 30º Rys. 8. Trasa dla z duża i αk,k+1 do 60º Rys. 9. Trasa dla z mała i αk,k+1 do 60º

130 130 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 32, 2017 Rys. 10. Trasa dla z duża i αk,k+1 do 180º Rys. 11.Trasa dla z mała i αk,k+1 do 180º Tabela 1 Porównanie ograniczenia αk,k+1 dla 30, 60 i bez ograniczenia dla ziarnistości dużej i małej z punktu startowego A do punktu końcowego B φa(λ A) = 54,43ºN (018,8E) φb(λ B) = 54,63ºN (018,57ºE) Liczba wierzchołków v Liczba krawędzi e x Liczba zmian kursu w trakcie trasy Liczba punktów P k na trasie Całkowita długość trasy D [Mm] Całkowity czas trasy T [min] α k,k+1 < ,7 271 α k,k+1 < ,3 262 α k,k+1 bez ogr ,3 262 α k,k+1 < , α k,k+1 < , α k,k+1 bez ogr , Otrzymane wartości przedstawiono w tabeli 1. Są to: liczba wierzchołków v w utworzonym grafie G; liczba krawędzi e x w utworzonym grafie G; liczba zmian kursu w trakcie realizacji trasy z punktu startowego do końcowego; liczba punktów P k na trasie; całkowita długość trasy w Mm; całkowity czas trasy z punktu startowego do końcowego wyznaczoną trasą podany w minutach. PODSUMOWANIE Wyznaczenie trasy dla przyjętych założeń generuje graf G(V, E, S), który zawiera w zależności od przyjętej ziarnistości około 14 tys. wierzchołków i ponad 200 tys. krawędzi. Jednakże korzystając ze zmodyfikowanego na potrzeby opracowywanej metody algorytmu Dijkstry, jest możliwe w sposób deterministyczny optymalizowanie funkcji celu w zależności od wymagań użytkownika.