Оптимізація процесу вантажних операцій навалювальних суден

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеська національна морська академія

УДК 628.12.001

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.22.16 - Судноводіння

Оптимізація процесу вантажних операцій навалювальних суден

Васьков Юрій Юрійович

Одеса - 2005

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Одеській національній морській академії Мiнiстерства освіти i науки України. вантаж судно ліміт навалювання

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор Цимбал Микола Миколайович, декан факультету морського судноводіння Одеської національної морської академії

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Сизов Віктор Григорович, професор кафедри теорії устрою судна Одеської національної морської академії кандидат технічних наук Сафін Ігор Вікторович, директор представництва компанії «Ві-Шипс» в Україні, м. Одеса

Провідна установа: Національний університет кораблебудування ім. адм. Макарова Мiнiстерства освiти i науки України (м. Миколаїв).

Захист відбудеться «19» травня 2005 р. о 10.00 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 41.106.01 в Одеській національній морській академії за адресою 65029 м. Одеса, вул. Дідріхсона, 8, корп. 1, зал засідання вченої ради

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеської національної морської академії 65029 м. Одеса, вул. Дідріхсона, 8, корп. 2.

Автореферат розісланий 15.04. 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д. т. н., професор Голіков В.А.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Ефективна робота морських суден можлива лише при забезпеченні навігаційної і морехідної безпеки. Необхідний рівень морехідної безпеки значною мірою визначається коректним завантаженням судна. До вантажних операцій навалювальних суден пред'являються підвищені вимоги в частині забезпечення загальної подовжньої міцності, що обумовлює особливості технології їх проведення. Вантажні операції навалювальних суден виконуються спільно з баластними у декілька етапів згідно з судновими стандартними технологічними схемами. При нестандартних завантаженнях, наприклад, одночасно декількох сипких вантажів з різними питомими вантажними об'ємами або металу, виникає необхідність самостійного розрахунку технологічної схеми проведення вантажних операцій, що не передбачене судновою вантажною документацією.

Тому, виникаюча необхідність планувати для навалювальних суден процес проведення вантажних операцій, мінімізуючи кількість етапів і визначаючи характеристики для кожного з них, не допускаючи втрати морехідності судна в процесі всього періоду вантажних операцій, визначає актуальність і перспективність дисертаційної тематики.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи пов'язана з держбюджетною науково-дослідницькою роботою "Удосконалення методів безпечного судноводіння в складних умовах плавання", N ДР 0103U006406, в якій автору належить самостійно виконаний розділ.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка методу оптимізації вантажних операцій навалювальних суден.

При дослідженні прийнята гіпотеза про те, що існує множина допустимих стратегій завантаження навалювального судна, задовольняючих заданим обмеженням, серед яких є оптимальна по вибраному критерію.

Головною задачею дослідження є розробка методу синтезу алгоритму (імітаційної моделі), що дозволяє зробити вибір оптимальної стратегії завантаження навалювальних суден. У дисертаційному дослідженні головна задача представлена трьома складовими задачами:

1. Формалізація процесу проведення вантажних операцій в термінах теорії дослідження операцій.

2. Створення процедури формування множини допустимих завантажень судна.

3. Розробка способу синтезу оптимальної стратегії завантаження навалювальних суден.

Об'єктом дослідження є морехідна безпека суден, а предметом дослідження - забезпечення морехідної безпеки навалювальних суден на етапі їх завантаження.

У дисертаційній роботі застосовані методи:

- теорії дослідження операцій при аналітичному описі процесу проведення вантажних робіт;

- теорії корабля;

- теорії математичного програмування для формування процедури мінімізації числа етапів проведення вантажних операцій;

- лінійного програмування для розробки способу оптимального розміщення заданої кількості вантажу у вибраних трюмах;

- моделювання для розробки імітаційної моделі завантаження навалювального судна.

Наукова новизна одержаних результатів. Проведені в дисертації наукові дослідження підтвердили гіпотезу про те, що існує множина допустимих стратегій завантаження навалювального судна, задовольняючих завданим обмеженням, серед яких є оптимальна по вибраному критерію стратегія.

Розроблено метод формування оптимальної стратегії завантаження навалювальних суден, який відрізняється тим, що залежно від питомого вантажного об'єму і кількості вантажу дозволяє сформувати оптимальний розподіл вантажу по трюмах з урахуванням вимог морехідної безпеки.

Наукова новизна дисертаційної роботи міститься в наступних результатах:

1. Вперше одержана процедура формування множини допустимих завантажень судна.

2. Вперше одержаний спосіб синтезу оптимальної стратегії завантаження судна.

3. Вдосконалений аналітичний опис процесу проведення вантажних операцій судна шляхом використовування методів теорії дослідження операцій.

Практичне значення одержаних результатів. Практична значимість проведеного дисертаційного дослідження визначається тим, що запропонований в роботі метод формування оптимальної стратегії завантаження судна може бути використаний не тільки для автоматичного планування вантажних операцій балкерів, але і для інших типів суден.

Практична цінність роботи полягає у тому, що одержані в роботі алгоритми, програми та імітаційна модель, які описують спосіб вибору оптимальної стратегії завантаження навалювальних суден по заданих значеннях питомого вантажного об'єму вантажу і його загальної кількості, можуть бути використані і упроваджені на судах, в першу чергу навалювальних, для забезпечення їх морехідної безпеки; у берегових підрозділах планування завантаження суден і в учбовому процесі.

Особистий внесок здобувача. Всі теоретичні і експериментальні результати і розробки, одержані в дисертації, виконані здобувачем самостійно без співавторів. Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційних досліджень доповідались і були схвалені на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу ОНМА в період 2002-2004 років, а робота в цілому представлена на науково - технічній раді ОНМА.

Структура роботи. Робота складається з вступу, п'яти розділів, чотирьох додатків, повний об'єм роботи 236 стор., містить 48 мал. і 40 табл., список літератури 100 найменувань.

Основний зміст

Перший розділ дисертації містить результати аналізу літературних джерел, присвячених проблемі забезпечення морехідної безпеки суден при їх проектуванні, споруджені та експлуатації. В розділі також обґрунтовано вибір основних напрямів дисертаційного дослідження.

Аналіз літературних джерел виявив основні тенденції в вирішенні проблеми забезпечення морехідної безпеки суден. Достатньо широко досліджені питання остійності суден, включаючи її оцінку для специфічних типів вантажів (катанки навалом), опис сучасних пакетів для обчислення параметрів остійності, втрати остійності в специфічних умовах плавання. Детально досліджене питання остійності накатаних суден в критичних ситуаціях, була вивчена також остійність двокорпусних танкерів і розроблені рекомендації по забезпеченню її в процесі вантажних і баластних операцій. Запропоновані конструктивні заходи для збільшення остійності за допомогою спеціальних поплавців, також розроблені методи імовірного розрахунку остійності пошкодженого судна.

В літературі одержали висвітлення питання визначення посадки судна з урахуванням додаткових факторів, які не вказані у вантажній документації, запропоновані практичні міри по поліпшенню непотопляємості суден.

Значна частина публікацій присвячена проблемі забезпечення містної і загальної подовжньої і поперечної міцності корпусу судна. Приводяться методи розрахунку міцності корпусу аварійного судна, висвітлені вимоги по забезпеченню міцності суден, що перевозять небезпечні вантажі, розглянуті методи розрахунку міцності судна з урахуванням накопичених пошкоджень і втомних дефектів. До досліджень цього напрямку відносяться і врахування експлуатаційних чинників при оцінці показників міцності. Ряд робіт присвячено окремим випадкам застосування методу кінцевоелементного розрахунку міцності просторо-их суднових конструкцій, включаючи дію сил інерції і гравітації. Розглянуте застосування методу статистичних випробувань для розрахунку появи пошкоджень суднових конструкцій. Запропонований метод модуль-елементів для розрахунку міцності корпусу, який виключає недоліки оболонкової моделі. У роботах також приведені експериментальні дослідження міцності суден, вплив хвильової вібрації і слемінгу на міцність корпусу судна, використовування магнітних методів для вимірювання істинної величини пластичних деформацій. Частина робіт присвячена методам контролю міцності корпусу судна, в них описана оптиковолокіна система з датчиками механічних напруг корпусу для оптимального завантаження і розміщення баласту, а також показані переваги використання інтегруючих датчиків в системах контролю механічних напруг корпусу судна.

Питання забезпечення морехідної безпеки суден шляхом коректної організа-ії вантажних операцій не знайшли належного освітлення в існуючій літературі, незначне число публікацій присвячене організації завантаження навалювальних суден, питанням кріплення вантажу і перевезення цементу.

Проведений аналіз виявив недостатній рівень досліджень забезпечення морехідної безпеки суден шляхом їх оптимального завантаження, що, з урахуванням великої складності планування вантажних операцій навалювальних суден для нестандартних випадків, визначило напрям досліджень по темі дисертації. Тому як основний напрям дисертаційного дослідження вибрані найактуальніші аспекти проблеми оптимального завантаження навалювальних суден, при якому для вантажу з довільним значенням питомого вантажного об'єму мінімізується число етапів проведення вантажних робіт і забезпечується морехідний стан судна.

Другий розділ дисертаційної роботи присвячений опису методологічного забезпечення наукового дослідження, в ній зроблено обґрунтування вибору напряму дисертаційного дослідження у області забезпечення морехідної безпеки судна шляхом оптимізації його вантажних операцій, визначена мета дослідження, сформульована головна задача роботи і розглянуті методи її рішення. Структура методологічного забезпечення дисертації представлена у вигляді технологічної карти дослідження. Вироблена декомпозиція головної задачі роботи на три незалежні складові, і в результаті їх рішення по кожній задачі одержано науковий результат. Три наукові результати спільно з результатами експерименту дозволили виробити оцінку практичної значущості і цінності дисертації. Сформульовано наукове положення, яке є узагальненням теоретичних результатів дослідження. В останньому підрозділі викладено короткий опис методики проведення дисертаційного дослідження, з обґрунтуванням застосування коректних методів для вирішення кожної із задач.

У третьому розділі одержано аналітичний опис процесу вантажних операцій навалювальних суден і в загальному вигляді вироблена постановка задачі по їх оптимальному завантаженню. Показано, що як обмеження приймаються лімітуючі вимоги по посадці, остійності і міцності судна, а як критерій оптимальності вибирається або час проведення вантажних операцій, який належить мінімізувати, або кількість вантажу, що приймається на судно, яка повинна забезпечити максимальне завантаження судна. При заданій кількості вантажу мінімізації підлягає число етапів завантаження судна, добиваючись прийому максимальної його кількості на кожному етапі, що еквівалентно вибору критерієм оптимальності часу проведення вантажних операцій.

Стратегія завантаження судна u (попередній вантажний план) характеризується такими основними параметрами, що підлягають численному визначенню: число етапів завантаження судна ; сукупність трюмів і танків на кожному з етапів, які задіяні у вантажних і баластних операціях і кількість підлеглого обробці вантажу для кожного з трюмів, а також баласту для кожного з танків; швидкості зміни вантажу і баласту на кожному з етапів.

Рішення згаданих оптимізаційних задач передбачається знайти, базуючись на використанні методів дослідження операцій. Множина можливих станів судна S з погляду проведення вантажних операцій визначається простором, розмірність якого являється сумою + параметрів морехідності і виробничих параметрів. Причому граничні значення допустимої множини M визначаються граничними значеннями параметрів і , які регламентуються як вимогами класифікаційних організацій, так і реальними фізичними обмеженнями.

В свою чергу, стратегія u є операцією, що характеризується не тільки процесом зміни кількості вантажу і баласту , але і значеннями моментів , і , визначаючих посадку і остійність судна. При цьому також відбуваються зміни перерізуючих сил і згинаючих моментів . Задаючись граничними значеннями m* параметрів m, що фігурують в обмеженнях оптимізаційної задачі і використовуючи зворотне перетворення , можна знайти граничні значення u* параметрів стратегії , що дозволить задати множину допустимих стратегій завантаження U.

З другого боку, сам критерій оптимальності K також залежить від параметрів стратегії завантаження , тобто

K=()

Отримання оптимальної стратегії завантаження , при якій досягається екстремум критерію K, зводиться до використання одного з методів математичного програмування, адекватно описуючого початкову постановку задачі. При цьому повинні бути виявлені аналітичні залежності між параметрами множини станів судна і характеристиками стратегії завантаження судна.

Постановка задачі оптимального завантаження навалювальних суден в роботі виконана з використанням методів дослідження операцій.

Рівень ефективності вантажних операцій судна оцінюється з допомогою можливості поставки на судно кожним з вантажних пристроїв тих або інших типів вантажу, що формалізується матрицею B, і доступності конкретних трюмів судна для вантажних пристроїв, що характеризується матрицею C. Сумісний облік матриць B і C дозволяє оцінити можливість завантаження i-го трюму судна j-м типом вантажу, при цьому можна врахувати, якими вантажними пристроями це виконується. Матриця D, що характеризує можливість завантаження трюмів судна різними типами вантажів, визначається при перемножуванні матриць B і C.

Для формування моделі визначені переліки вхідних некерованих і керованих змінних , вихідних змінних і технологічних параметрів Z, докладний перелік яких приведений в роботі.

Сукупність вхідних керованих змінних визначає структуру стратегії завантаження . Вихідні змінні характеризують морехідний стан судна.

Для побудови моделі в роботі спочатку одержані відображення F вхідних керованих і некерованих змінних, а також технологічних параметрів Z у вихідні змінні , для чого використовувалися аналітичні залежності з теорії корабля. Потім, другим етапом, виявлені функціональні залежності показників ефективності від вхідних, вихідних змінних і технологічних параметрів.

Четвертий розділ присвячений розгляду методу формування множини допустимих стратегій проведення вантажних операцій навалювальних суден і вибо-ру оптимальної. Розглядається два критерії оптимальності і їх зв'язок з параметрами стратегії проведення вантажних операцій. Як перший критерій вибраний час проведення вантажних операцій , причому:

max {max [], max []}.

Згідно цього критерію оптимальною є мінімаксна стратегія, що мінімізує суму максимальних інтервалів часу, кожен із який визначає тривалість відповідного етапу проведення вантажних операцій.

Другим критерієм оптимальності вибрана сумарна вага, прийнятого в результати завантаження кількості вантажу . Очевидною є залежність цього критерію оптимальності від параметрів стратегії проведення вантажних робіт. Оскільки цей критерій оптимальності є адитивним, то його величина визначається сумою ваги вантажів, прийнятих на кожному з етапів завантаження судна, тобто справедливе співвідношення:

= .

Розглянуто умову існування множини допустимих стратегій проведення вантажних операцій, яка враховує, щоб кількість вантажу, заявленого до завантаження, не перевершувала вантажопідйомності судна, а сумарний об'єм вантажу не перевершував вантажомісткість судна, тобто:

D = ++ і ) .

Істотною є можливість переміщення вантажу з берега на борт судна з урахуванням розстановки вантажних пристроїв. По загальному об'єму вантажу і місцевої міцності можна визначити мінімальну необхідну кількість трюмів для прийому вантажу. Якщо кількість стовпців матриці D, що містять тільки нульові елементи, більше мінімального необхідного числа трюмів, то кількість і розміщення вантажних пристроїв не забезпечує завантаження судна запланова-ним вантажем. Це можна відобразити умовою відповідності:

D .

Якщо попередні умови дотримуються, то надалі умова існування множини допустимих стратегій проведення вантажних робіт вимагає пошуку меж цієї множини, а потім аналіз меж дасть змогу зробити висновок про його існування. Для цього необхідно знайти аналітичні залежності, що дозволяють визначити граничні значення параметрів множини допустимих стратегій проведення вантажних операцій, перш за все, з урахуванням обмежень по морехідному стану судна (посадці, остійності і міцності).

Аналіз аналітичних залежностей параметрів морехідного стану судна від параметрів стратегії проведення вантажних операцій показав, що доцільно спочатку знаходити граничні значення моментів , і , задовольняючих обмеженням по морехідному стану судна, а потім знаходити граничні значення параметрів множини допустимих стратегій проведення вантажних операцій. Потім межі множини допустимих стратегій проведення вантажних операцій корегуються з урахуванням виробничих обмежень.

У роботі одержані вирази для граничних значень моментів і , задовольняючих обмеженням по морехідному стану судна. Граничні значення моменту позначені через нижня межа і через верхня, і для них одержані вирази:

= ;

= min(,),

де - нижня межа по обмеженню диференту;

- верхня межа по обмеженню диференту;

- верхня межа по забезпеченню загальної подовжньої міцності судна.

У роботі позначені верхня і нижня межі моменту і одержані наступні співвідношення:

= ;

= min(, , , , ), D[,],

де і - нижня і верхня межі моменту , при яких досягаються

гранично допустимі значення початкової метацентричної висоти h;

- межа моменту , що враховує обмеження на величину переки даючого моменту ;

- межа моменту , відповідна граничному значенню кута крену

, при якому досягається максимальне плече ;

- межа моменту , яка враховує обмеження на величину максимального плеча ;

- граничне значення моменту , відповідне обмеження на величину кута заходу діаграми статичної остійності.

У роботі приведені аналітичні вирази для перерахованих граничних значень моментів і .

Наступним етапом дослідження є встановлення зв'язку параметрів стратегії проведення вантажних операцій з граничними значеннями моментів і , що дозволить виявити граничні значення параметрів множини допустимих стратегій проведення вантажних операцій. Оскільки стратегія проведення вантажних операцій як визначальний параметр має кінцеве число етапів, то, перш за все, необхідно, щоб в кінці кожного k-го етапу проведення вантажних робіт судно знаходилося в допустимому морехідному стані, тобто моменти , і для кінцевого стану кожного з етапів завантаження знаходилися в допустимих межах:

[,]; = 0; [,].

У роботі показано, що моменти , і зв'язані з параметрами множини допустимих стратегій проведення вантажних операцій і виражаються наступними співвідношеннями:

= + + ;

==+ ; (k = 1,……)

==+ + ,

де k - порядковий номер етапу;

- приріст вантажу в i-м трюмі набору на j-м етапі;

- приріст баласту в i-м танку набору на j-м етапі;

, , , , - моменти порожнього судна і його запасів;

, ,, - координати центру тяжкості вантажу в i-м трюмі набору

на j-м етапі;

, ,, - координати центру тяжкості баласту в i-м танку набору

на j-м етапі.

Виходячи з приведених аналітичних виразів, в роботі одержана система рівнянь для визначення граничних значень приймаємого до трюму вантажу за умови, що до кінця кожного етапу наперед відома кількість наявного баласту і проведення вантажних операцій проводиться без крену судна:

= ,

= ,

- ,

де і - приведені граничні (верхні або нижні) статистичні моменти, значення яких відомі;

- коефіцієнт, що дорівнює 1 при завантаженні і -1 - при вивантаженні;

і - допустима кількість вантажу на початок етапу.

У роботі одержані явні вирази для визначення граничних значень приросту вантажу у разі одночасної обробки одного, двох і трьох трюмів. На рис. показана область допустимих значень змінних , і у разі обробки трьох трюмів. У загальному випадку, якщо області допустимих значень змінних не є порожніми, то виникає задача оптимального завантаження з урахуванням вибраного критерію оптимальності.

Для розробки методу формування оптимальної стратегії проведення вантажних операцій передбачається, що на етапі приймається один тип вантажу, на поточному k-му етапі обробляється набір трюмів загальною кількістю n і набір баластних танків . Початкова кількість вантажу в кожному з оброблюваних трюмів , а питомий вантажний об'єм - . Тому задача записується в наступному вигляді:

(1) max ,

(2) ,

О

+ += -

Рис. Допустима область при обробці трьох трюмів

, (3)

, (4)

, (5)

- , (6)

(+), ( i = 1- n ) (7)

(+) . ( i = 1- n ) (8)

У даному записі: (1) - вираз для критерію оптимальності, (2) - (5) обмеження по допустимому морехідному стану судна, (6) - обмеження по допустимій кількості вантажу, що приймається, (7) - вимога по вантажомісткості трюму і (8) - умова допустимості навантажень по вимогах місцевої міцності. Причому - об'єм i-го трюму, а - максимальна допустима по міркуваннях місцевої міцності кількість вантажу, який можна прийняти в i-й трюм.

Аналіз структури задачі показує, що дана задача є задачею лінійного програмування, оскільки цільова функція (критерій оптимальності) і обмеження задачі лінійні. На закінчення розділу показана можливість рішення даної задачі симплекс-методом і стисло описана схема рішення.

П'ятий розділ містить результати імітаційного моделювання завантаження навалювального судна. Спочатку в розділі розглянута процедура формування множини наборів трюмів мінімальної кількості, здатних вміщати пред'явлений до прийому вантаж. Така ситуація має місце у разі прийому вантажу з невеликими значеннями питомого вантажного об'єму, крім набору трюмів максимальної довжини можуть існувати набори меншої довжини, які вміщають весь лімітований вантаж.

У роботі показано, що найбільш переважними є мінімальні базові набори, що містять мінімальну кількість трюмів, здатних вміщати запропоновану до перевезення кількість вантажу. У свою чергу, мінімальні базові набори трюмів, що мають однакову їх кількість, характеризуються сумарним невикористаним об'ємом трюмів, що входять в набір. За інших рівних умов найбільш переважним приймається мінімальний базовий набір трюмів, який має мінімальний сумарний невикористаний об'єм, оскільки це гарантує мінімальний ризик зсуву вантажу при перевезенні.

Після вибору мінімального набору трюмів слід розробити перевірку допустимості його завантаження з урахуванням вимог забезпечення морехідной безпеки судна. З цією метою в роботі запропонований спосіб проведення такої перевірки, який передбачає перевірку величини моменту , визначаючого максимальну початкову остійність судна, і моментів і , які лімітують величину і знак диференту судна.

У роботі розроблена поетапна процедура оптимального завантаження судна у разі допустимості вибраного набору трюмів, причому формування мінімального числа етапів завантаження досягається шляхом прийому максимальної кількості вантажу на кожному етапі. Вказана процедура використовує симплекс-метод, причому задача в стандартній формі має такий вигляд:

z - =0,

+ =-,

-=-,

+=-,

- = -,

+ = min{, }.

+ = ,

+ = ,

+ = ,

+ =,

де min{, }, причому 01;

- водотоннажність судна на початок j-го етапу;

- вага баласту, що зливається протягом j-го етапу;

- кількість вантажу в i-м трюмі, одержана для кінцевого допустимого

стану;

і - максимально допустимий диферент і питомий диферентуючий

момент на 1 см.

-, - - залишкові і надмірні змінні.

У початковій симплекс-таблиці як базові змінні вибирались залишкові і надмірні змінні -, -.

У завершальній частині розділу приведені результати імітаційного моделювання завантажень балкера «Скай Джемені», що має вісім вантажних трюмів. Для цього була використана його вантажна документація, включаючи гідростатичні таблиці, інформацію по остійності, міцності і стандартним завантаженням, і розроблена комп'ютерна програма на базі теоретичних результатів роботи. Ця програма і явилася реалізацією імітаційної моделі.

Програма дозволяє по заданих значеннях осідання судна і питомого вантажного об'єму вантажу визначити загальну кількість вантажу, що приймається, і за допомогою симплекс-методу знайти варіанти його розміщення в допустимих мінімальних наборах трюмів, і якщо їх декілька, визначити невикористаний об'єм завантажених трюмів. Запропоновані варіанти розміщення вантажу задовольняють існуючим вимогам по посадці судна, його остійності і загальної подовжньої міцності.

Імітаційна модель дозволяє для запропонованого варіанту завантаження судна визначити середнє осідання, диферент, початкову метацентричну висоту, побудувати діаграму статичної остійності, знайти максимальне плече поновлюючого моменту і кут крену, на якому він досягається, а також кут заходу. Про-рама також контролює величини згинаючих моментів і перерізуючих сил. Така функція програми дозволяє гарантувати коректність варіантів розподілу вантажу, що розраховуються нею, по трюмах.

Моделювання проводилося в два етапи. Спочатку моделювалися стандартні завантаження з питомим вантажним об'ємом вантажу рівним 0,36, 0,41, 0,45, 0,75, 1,00, 1,10, 1,26, 1,28, 1,30, 1,33, 1,40, 1,55 і 1,80, інформація про які міститься у вантажній документації.

Імітаційне моделювання показало високу збіжність параметрів стандартних завантажень з параметрами відповідних моделюючих завантажень, які розраховані пропонованим в роботі методом. При цьому співпадають мінімальні набори трюмів, як для стандартного, так і модельного варіантів для кожного із значень питомого вантажного об'єму. Кількість вантажу, що приймається, практично однакова для стандартного і модельного варіантів.

Перевагою пропонованого в роботі методу виявилося те, що при моделюванні завантажень судна з питомим вантажним об'ємом від 0,45 до 1,10 включно, кожному стандартному варіанту завантаження судна імітаційна модель формувала декілька модельних варіантів (від двох до чотирьох). Причому для питомого вантажного об'єму 1,10 програмою були сформовані два варіанти завантаження не у вісім, як у разі стандартного завантаження, а в сім трюмів, чим досягається значне скорочення вільного об'єму в завантажених трюмах і, отже, забезпечується вищий рівень морехідної безпеки.

На другому етапі імітаційна модель генерувала завантаження судна вантажем, питомий вантажний об'єм якого відмінний від стандартних завантажень, а кількість є довільною. Були змодельовані завантаження судна повним вантажем для значень питомого вантажного об'єму рівних 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,2, 1,3, 1,5, 1,6, і 1,7. Для всіх розглянутих значень питомого вантажного об'єму існують допустимі варіанти завантаження в мінімальні набори трюмів. Причому для завантаження з питомим вантажним об'ємом 0,80 існує шість допустимих варіантів, а для значення питомого вантажного об'єму 0,90 - три варіанти.

В цілому імітаційне моделювання показало коректність і ефективність розробленого в роботі методу завантаження навалювальних суден.

Висновок

У дисертації одержане теоретичне узагальнення і нове рішення задачі підвищення морехідної безпеки суден в процесі експлуатації. Це рішення полягає в розробці методу проведення вантажних операцій навалювальних суден, який залежно від кількості вантажу і його питомого вантажного об'єму дозволяє оптимально розмістити вантаж, виконуючи вимоги по посадці, остійності і міцності судна.

В результаті проведеного дисертаційного дослідження одержані такі основні наукові результати:

1. Вперше одержана процедура формування множини допустимих завантажень судна, забезпечуючих збереження параметрів морехідного стану судна в заданих межах.

2. Вперше одержаний спосіб синтезу оптимальної стратегії завантаження судна, мінімізуючий ризик зсуву вантажу при його перевезенні і забезпечуючий прийом максимальної кількості вантажу на кожному етапі завантаження.

3. Вдосконалений аналітичний опис процесу проведення вантажних операцій судна шляхом використовування методів теорії дослідження операцій, що дозволяє застосувати оптимізаційні методи теорії для розробки способів оптимального завантаження навалювальних суден.

Практична значущість виконаної роботи визначається тим, що одержаний метод формування оптимальної стратегії завантаження судна може бути використаний не тільки для балкерів, але і для інших типів суден. Її практична цінність полягає у тому, що одержані в роботі алгоритми, програми і імітаційна модель можуть бути використані і упроваджені на суднах, в першу чергу навалювальних, для забезпечення їх морехідної безпеки; у берегових підрозділах планування завантаження суден; в учбовому процесі підготовки судноводіїв і при підвищенні їх кваліфікації.

Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в статтях

1. Васьков Ю.Ю. Некоторые вопросы оптимизации грузовых операций

навалочных судов // Судовождение. - № 6. - 2003. - С. 40 - 45.

2. Цымбал Н.Н., Васьков Ю.Ю. Формирование оптимизационной задачи проведения грузовых операций навалочных судов // Судовождение. - 2004. - № 7. - С. 3 - 9.

3. Цымбал Н.Н., Васьков Ю.Ю. Расчет границ множества допустимых страте-гий проведения грузовых операций навалочных судов // Судовождение. - 2004. - № 8. - С. 22 - 31.

4. Цымбал Н..Н., Васьков Ю.Ю. Выбор оптимального варианта проведения грузовых операций навалочных судов. // Автоматизация судовых технических средств. - 2004. - № 9. - С. 103 - 107.

У другій публікації автору належить процедура розрахунку граничних значень статичних моментів, що задовольняють вимогам забезпечення морехідної безпеки.

У третій статті автору належать аналітичні вирази, що описують допустимі області параметрів стратегії завантаження судна при одночасному завантаженню одного, двох і трьох трюмів.

У четвертій публікації автору належить опис оптимізаційної задачі завантаження судна в термінах лінійного програмування.

Аннотация

Васьков Ю.Ю. Оптимизация процесса грузовых операций навалочных судов. - Рукопись. Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук. Специальность 05.22.16 - Судовождение. Одесская национальная морская академия, Одесса, 2005 г.

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме обеспечения мореходной безопасности судов на этапе эксплуатации путем оптимизации их грузовых операций.

К грузовым операциям навалочных судов предъявляются повышенные требования в части обеспечения общей продольной прочности, что обуславливает особенности технологии их проведения. Грузовые операции навалочных судов производятся совместно с балластными в несколько этапов согласно имеющимися на судна стандартными технологическими схемами. При нестандартных загрузках, например, одновременно нескольких сыпучих грузов с различными удельными погрузочными объемами или металла, возникает необходимость самостоятельного расчета технологической схемы проведения грузовых операций, что не предусмотрено судовой грузовой документацией.

Поэтому, возникающая необходимость планировать для навалочных судов процесс проведения грузовых операций, минимизируя количество этапов и определяя характеристики для каждого из них, не допуская потери мореходности судна в процессе всего периода грузовых операций, определяет актуальность и перспективность диссертационной тематики.

В работе определено главное направление возможного решения задачи организации оптимальных грузовых операций навалочных судов в общем виде, заключающееся в использовании методов математического программирования. Для формализации задачи было произведено аналитическое описание процесса проведения грузовых работ судна методами теории исследования операций, при этом была определена размерность задачи, произведены выбор показателей эффективности (критериев оптимальности) и разработка модели, представленная перечнями входных управляемых и неуправляемых переменных, выходных переменных и технологических параметров, с формализацией связей между указанными переменными.

Произведена формализация понятия стратегии загрузки навалочного судна (предварительного грузового плана), и найдены аналитические выражения зависимости величины критериев оптимальности от параметров стратегии загрузки. В работе получена процедура формирования множества допустимых загрузок судна, каждая из которых удовлетворяет требованиям обеспечения допустимых значений параметров посадки, остойчивости и прочности судна.

Для выбора наилучшей стратегии загрузки из множества допустимых в диссертации разработан способ синтеза оптимальной стратегии загрузки судна, который позволяет сформировать стратегию загрузки, используя минимально возможное число грузовых трюмов, минимизируя количество этапов загрузки путем приема максимального количества груза на каждом этапе. С этой целью в работе был получен способ выбора минимального перечня трюмов для приема заданного к погрузке количества груза, обеспечивающего минимальный риск смещения груза при перевозке.

Корректность основных теоретических результатов была проверена с помощью имитационного моделирования, для чего был сформирован алгоритм имитационной модели, на базе которого разработана компьютерная программа. Выполнено имитационное моделирование загрузок т/х «Скай Джемени» и получена хорошая сходимость параметров стандартных и соответствующих моделируемых загрузок судна.

Ключевые слова: мореходная безопасность, навалочное судно, оптимальная загрузка, посадка, остойчивость, прочность, симплекс-метод.

Анотація

Васьков Ю.Ю. Оптимізація процесу вантажних операцій навалювальних суден. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Спеціальність 05.22.16 - Судноводіння. Одеська національна морська академія, Одеса, 2005 р.

Дисертаційна робота присвячена актуальній проблемі забезпечення морехідної безпеки суден на етапі експлуатації шляхом оптімізації їх вантажних операцій. З урахуванням специфіки вантажних операцій навалювальних суден в роботі розглянуте питання оптимізації їх процесу завантаження. Для формалізації задачі було виконано аналітичний опис процесу проведення вантажних робіт судна методами теорії дослідження операцій. Формалізовано поняття стратегії завантаження навалювального судна, і знайдені аналітичні вирази залежності величини критеріїв оптимальності від параметрів стратегії завантаження. У роботі одержана процедура формування множини допустимих завантажень судна, кожне з яких задовольняє вимогам морехідної безпеки. Розроблено спосіб синтезу оптимальної стратегії завантаження судна, який дозволяє сформувати завантаження, використовуючи мінімальне можливе число вантажних трюмів, мінімізуючи кількість етапів завантаження шляхом прийому максимальної кількості вантажу на кожному етапі. Коректність основних теоретичних результатів була перевірена за допомогою імітаційного моделювання, і одержана добра збіжність параметрів стандартних завантажень т/х «Скай Джемені» і відповідних модельованих завантажень судна.

Ключові слова: морехідна безпека, навалювальне судно, оптимальне завантаження, посадка, остійність, міцність, симплекс-метод.

The summary

Vaskov Y.Y. Optimization of cargo operations of bakers. It is Manuscript. Ph.D. Dissertation. Specialization - 05.22.16 - Navigation. Odessa National Maritime Academy, Odessa, 2005.

Dissertation work is devoted to the issue of the day of providing nautical safety of vessels on the stage of exploitation by optimization their cargo operations. Taking into account the specific of cargo operations of bakers the question of optimization of their process of loading is considered in work. For formalization of task analytical description of process of conducting of loading works of ship by the methods of theory of operations analysis was created. Formalization of concept of strategy of load of loading ship is produced, and analytical expressions of dependence of size of criteria of optimum from the parameters of strategy of load are found. Procedure of forming of great number of possible loads of ship is got in work, each of which suits nautical safety. The method of synthesis of optimum strategy of load of ship, which allows to form the load, is developed, using minimum the possible number of cargo holds, minimizing the amount of stages of load by the reception of maximal amount of cargo on every stage. Correctness of basic theoretical results was tested by the imitation design, and good сoincidence of parameters of the standard loads m/v «Skay Dzhemeny» and proper designed loads of ship is got.

Keywords: nautical safety, loading ship, optimum load, landing, stability, durability, symplex-method.

Размещено на Allbest.ru

...