автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Метод и математические модели оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МНОГОКАМЕРНЫХ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ И СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ОЦЕНИВАНИЯ ИХ ГОТОВНОСТИ.

1.1. Анализ эксплуатационных особенностей многокамерных судоходных шлюзов внутренних водных путей РФ.

1.2. Анализ особенностей функционирования многокамерных судоходных шлюзов.

1.3. Структурная формализация процесса функционирования системы обеспечения готовности многокамерных судоходных шлюзов.

1.4. Анализ современного состояния вопроса оценивания готовности и эффективности функционирования многокамерных судоходных шлюзов.

1.5. Постановка задачи и основные направления исследования.

Выводы.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНИВАНИЯ ГОТОВНОСТИ МНОГОКАМЕРНЫХ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ К ПРИМЕНЕНИЮ.

2.1. Обоснование показателей и метода оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов к применению.

2.2. Метод оценивания показателей готовности многокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов.

2.3. Алгоритм оценивания и исследования готовности многокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов.

Выводы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОЦЕНИВАНИЯ ГОТОВНОСТИ МНОГОКАМЕРНЫХ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ К ПРИМЕНЕНИЮ И ИХ АНАЛИЗ.

3.1. Концептуальные модели функционирования многокамерных судоходных шлюзов.

3.2. Базовые математические модели оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов и их анализ.

3.2.1. Базовые полумарковские математические модели оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов.

3.2.2. Базовые марковские математические модели оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов.

3.3. Обобщенные математические модели оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов и их анализ.

3.3.1. Обобщенные полумарковские математические модели оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов и их анализ.

3.3.2. Обобщенные марковские математические модели оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов.

3.4. Комплексные математические модели оценивания готовности системы «судно - многокамерный судоходный шлюз -диспетчер» и их анализ.-.

3.4.1. Комплексные полумарковские математические модели оценивания готовности системы «судно - многокамерный судоходный шлюз - диспетчер» и их анализ.

3.4.2. Комплексные марковские математические модели оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов.

3.4.3. Параметры системы обеспечения готовности комплексной математической модели функционирования системы «судно - многокамерный судоходный шлюз - диспетчер».

Выводы.

4. СТРУКТУРА МЕТОДИКИ ОЦЕНИВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ

ГОТОВНОСТИ МНОГОКАМЕРНЫХ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ и

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ.

4.1. Структура методики оценивания и исследования готовности многокамерных судоходных шлюзов.

4.2. Алгоритм, компьютерная программа, количественные результаты и рекомендации по их использованию при оценивании и исследовании готовности многокамерных судоходных шлюзов.

4.2.1. Алгоритм и компьютерная программа оценивания и исследования готовности многокамерных судоходных шлюзов.

4.2.2. Анализ количественных результатов оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов и рекомендации по их использованию.

4.3. Моделирующие устройства для оценивания и исследования готовности многокамерных судоходных шлюзов.

Выводы.

В настоящее время во всем мире эксплуатируются тысячи километров внутренних водных путей (ВВП). Эффективность процесса эксплуатации флота по транспортным артериям в большой мере зависит от времени его прохождения судоходных гидротехнических сооружений. На протяжении Единой глубоководной системы России эксплуатируется ПО шлюзов, в других странах СНГ - 60, в Португалии - 5, в Австрии - 10, в Канаде - 12, в Италии - 16, в Великобритании - 23, во Франции - 35, в Нидерландах - 36, в Бельгии - 39, в Германии - более 400, в США - 103 шлюза (данные на 1995 год) /19/. Способствуя комплексному использованию водных ресурсов и развитию провозной способности флота, многокамерные судоходные шлюзы (СШ) стали одним из основных факторов, сдерживающих интенсификацию судооборота. При этом под многокамерным СШ (МСШ) понимается СШ с любым фиксированным количеством камер: однокамерный СШ, двухкамерный, трехкамерный и т. д.

Неритмичная работа водного транспорта (ВТ) приводит к значительным экономическим потерям /6,19/. Таким образом, на одно из первых мест выдвигается задача совершенствования пропуска судов через шлюзы и шлюзованные системы.

Следует подчеркнуть, что наблюдающееся в настоящее время снижение грузопотоков на водном транспорте не снимает вопрос о повышении готовности МСШ к пропуску судов и увеличении их пропускной способности, то есть вопрос повышения эффективности функционирования МСШ. Неслучайно поэтому в настоящее время выдвинуто требование о необходимости разработки технико-экономического обоснования строительства вторых ниток шлюзов на Волго-Балтийском водном пути и третьих ниток на реке Волге /3/.

Любые просчеты и недостатки в процессе создания и испытаний МСШ вызывают при их эксплуатации увеличение экономических ресурсов на поддержание на заданном уровне показателей эксплуатационных свойств (ЭС). Чтобы исключить или уменьшить это, необходимо, прежде всего, располагать современными методами оценивания показателей ЭС МСШ и обоснования путей их обеспечения.

В настоящее время является актуальной задача разработки метода оценивания параметров процесса функционирования МСШ, который может быть использован для прогнозирования поведения МСШ в будущем и, кроме того, позволит исследовать поведение МСШ в различных экстремальных условиях, а также для проектируемых систем. Ведь именно на стадии проектирования требуется так определить правила функционирования всех средств МСШ и так выбрать их параметры и стратегии использования, чтобы они давали максимальные показатели эффективности /8/.

Высокие показатели эффективности работы ВТ могут быть достигнуты за счет повышения готовности МСШ к пропуску судов путем непрерывного совершенствования технологического процесса системы «судно - МСШ 6 диспетчер» с учетом изменяющихся эксплуатационно-технических, климатических и других условий применения судоходных сооружений (СС) и ВТ.

Возникает вопрос оптимизации судоходных трасс, режимов движения судов и формирования их очередей в подходных каналах СС, параметров процессов подготовки систем шлюзов и непосредственного шлюзования и стратегий пропуска судов через МСШ, методов управления транспортным процессом с учетом расположения портов приписки судов, загрузки и разгрузки, а также МСШ /24,51,57/.

Большое значение в процессе эксплуатации ВВП и их определяющих звеньев - МСШ имеет организация и функционирование аварийно-спасательной службы (восстановление отказавших систем шлюза и судна), обеспечивающей быстрое оказание помощи аварийным судам и ликвидацию аварий на СС. Так как дальнейшее повышение эффективности эксплуатации ВВП и ВТ прежде всего связано с повышением готовности МСШ к шлюзованию и эффективности их функционирования, то решение задачи комплексного оценивания влияния различных факторов на готовность МСШ к шлюзованию является весьма актуальной.

В настоящее время проблеме повышения эффективности МСШ и, в частности, их пропускной способности уделяется большое внимание /11,24,30,31,40,46,74,77,79/. При этом решение проблемы повышения пропускной способности МСШ предлагается либо за счет продления навигационного периода, либо за счет ускорения процесса пропуска судов через МСШ. Однако не исследуется готовность МСШ как один из возможных путей повышения их эффективности функционирования.

Анализ полученных результатов в указанных работах по рассмотренным направлениям исследования показывает, что они не позволяют с единых методических основ исследовать комплексное влияние на готовность МСШ как технических и эксплуатационных параметров систем шлюза и судна и характеристик обслуживающего персонала, включая их надежность, так и параметров эксплуатационных процессов, отражающих неритмичность потоков судов, формирование очередей судов и составов в подходных каналах с учетом соответствия их габаритов габаритам МСШ, поддержание гарантированных глубин на судовых ходах и МСШ, подготовку систем шлюза и шлюзуемых судов к пропуску, непосредственные операции шлюзования при различных стратегиях пропуска судов, водопотребление водных ресурсов водохозяйственного комплекса на нужды ВТ, методы и стратегии восстановления и поддержания работоспособности систем МСШ, профессиональную подготовку диспетчерского состава МСШ и судоводителей, колебания гидрометеорологических условий (обледенение, ветровые нагрузки, туманы и т. д.) и другие факторы.

Исследования показали, что эффективное решение многих проблем, связанных с МСШ, в значительной степени определяются полнотой и качеством решения задачи оценивания эксплуатационных свойств (ЭС) 7

11,29,36,56/, важнейшим из которых является готовность МСШ к пропуску судов в различных условиях.

Однако проведенные в ряде работ исследования в основном касались вопросов разработки и уточнения частных задач, возлагаемых на МСШ, способов шлюзования, повышения эксплуатационно-технических характеристик (ЭТХ), анализа по статистическим данным судо- и грузопропускной способности.

Анализ известных автору настоящей работы результатов исследований показал, что вопросы комплексного исследования готовности МСШ к пропуску судов не нашли должного отражения, что не позволяет оценивать влияние вышеназванных факторов на готовность МСШ к пропуску судов, т. е. оценивать интегративное свойство, заключающееся в способности МСШ к переходу из любого состояния в состояние выполнения заданных функций в произвольный момент времени, и обоснованно задавать вектор параметров системы обеспечения их готовности. В работе /3/ рассматривались вопросы комплексного изучения ЭС, в том числе готовности к пропуску судов, только на примере однокамерных СШ. Но, учитывая разнообразие типов эксплуатируемых (Днепропетровский шлюз, имеющий три камеры, двухкамерный Волгоградский, шестикамерный Пермский и т. д.), а также проектируемых СШ, остается необходимость решения вопроса комплексного изучения ЭС, а также внедрения в практику создания и эксплуатации методов и математических моделей, предназначенных для оценивания и прогнозирования готовности судоходных шлюзов с произвольным количеством камер, т. е. МСШ.

Наличие же комплексного количественного оценивания готовности МСШ позволит более объективно исследовать влияние различных факторов на их готовность и эффективность и находить рациональные пути их обеспечения.

В связи с результатами выполненного анализа отечественных и зарубежных работ, рассматривающих вопросы создания, эксплуатации и функционирования МСШ, научной задачей, решаемой в диссертации, является разработка метода и математических моделей ог^енивания готовности многокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов в различных условиях как интегративного эксплуатационного свойства, существенно определяющего их эффективность функционирования.

Обобщая вышеизложенное, актуальность выполненных в диссертации исследований обусловлена возросшей ролью судоходных сооружений ВВП и необходимостью повышения их эффективности функционирования, исключением возможности появления значительных разрывов между требуемыми и реальными возможностями МСШ, сложностью процесса функционирования ВВП и судоходных сооружений, характеризующегося необходимостью применения глубокого системного анализа всего многообразия связей между его элементами, большими временными и экономическими затратами на создание СС, отсутствием обобщений и научных исследований по разработке теоретических основ 8 оценивания готовности МСШ, необходимостью внедрения в практику создания и эксплуатации МСШ методов и математических моделей, предназначенных для оценивания и прогнозирования готовности МСШ и обоснования рационального синтеза системы обеспечения их готовности.

Разрешимость задачи определяется опытом эксплуатации и развития теоретических обобщений и новых практических выводов по оцениванию и обеспечению готовности, пропускной способности и других ЭС МСШ, возможностью всесторонней проверки указанных обобщений с помощью современных математических методов, включая и моделирование подобных сложных процессов, возникающих при оценивании, прогнозировании и обеспечении готовности МСШ.

Объектом исследования являются многокамерные СШ ВВП. Предметом исследования является готовность многокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов в различных условиях как интегративное эксплуатационное свойство.

Цель исследования заключается в разработке метода и математических моделей оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов в различных условиях в интересах повышения эффективности функционирования ВВП РФ.

Задачи исследования. Решение научной задачи и достижение цели исследования реализуются путем решения ряда частных задач: разработка методических основ оценивания готовности МСШ к пропуску судов в различных условиях; разработка метода оценивания готовности судоходных сооружений к пропуску судов в различных условиях и концептуальных моделей функционирования (КМФ) многокамерных судоходных шлюзов; разработка системы комплексных и частных математических моделей оценивания (ММО) готовности многокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов при различных стратегиях шлюзования; разработка устройств для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов, используемых для исследования эксплуатационных показателей многокамерных СШ; разработка рекомендаций по применению созданного методического аппарата, математических моделей, программного обеспечения при оценивании (исследовании) готовности МСШ к пропуску судов в различных условиях.

Методы исследования. Решение поставленной в диссертации научной задачи проведено с использованием системного подхода и анализа, метода пространства состояний, теории вероятностей и математической статистики, теории математического программирования и моделирования.

В ходе выполненных исследований получены следующие новые теоретические и практические результаты, выносимые на защиту:

1. Методические основы решения научной задачи.

2. Метод оценивания и показатели готовности МСШ. 9

3. Комплекс математических моделей оценивания готовности МСШ к пропуску судов.

4. Устройства для моделирования процессов функционирования СШ, используемых при оценивании и исследовании готовности многокамерных СШ.

5. Рекомендации по применению созданных методических основ, математических моделей, программного обеспечения и моделирующих устройств при исследовании (оценивании, прогнозировании) готовности многокамерных СШ.

Совокупность этих результатов и представляет содержание методики оценивания и исследования готовности МСШ к пропуску судов и может быть рекомендована в качестве основы для исследования и других ЭС, например, безотказности, восстанавливаемости, работоспособности, технологичности, подготавливаемости, пропускной способности и т. д.

Научная новизна работы и теоретическая значимость результатов, полученных в диссертации, заключаются в следующем: обоснованы и разработаны методические основы оценивания готовности МСШ, включающие систему показателей готовности, методы и алгоритмы их оценивания и позволяющие разрабатывать концептуальные и математические модели оценивания (исследования) влияния как эксплуатационно-технических параметров системы «судно - МСШ -диспетчер», так и условий, динамики и стратегий шлюзования на готовность многокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов; разработана система комплексных и частных концептуальных моделей функционирования и математических моделей оценивания готовности МСШ к пропуску судов, базирующихся на методе пространства состояний с использованием полумарковских и марковских процессов; построена структура методики оценивания (исследования) готовности многокамерных СШ к пропуску судов, позволяющая проводить разработку математических моделей, количественную оценку, прогноз готовности и обоснование путей ее обеспечения с учетом основных эксплуатационно-технических характеристик (ЭТХ) системы «судно - МСШ - диспетчер», особенностей и условий применения, режимов и динамики их функционирования.

Практическая значимость результатов работы состоит: в разработке комплекса ММО готовности МСШ к пропуску судов в различных условиях, алгоритмов, программ, вероятностных моделирующих устройств, составляющих основу программно-математического обеспечения оценивания (исследования) готовности многокамерных судоходных шлюзов; в проведении с использованием разработанных ММО готовности МСШ количественных исследований по оценке влияния основных ЭТХ, условий, особенностей, режимов и динамики их функционирования на готовность и разработки рекомендации по их использованию; в разработке инженерной методики оценивания и исследования готовности МСШ к пропуску судов в различных условиях, а также устройств

10 для моделирования процессов функционирования многокамерных СШ, защищенных патентами РФ на изобретения и используемых при оценивании готовности многокамерных СШ.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечиваются правильным применением системного подхода и анализа и проведением широких обобщений, адекватным учетом особенностей создания, применения и функционирования МСШ при разработке методического и математического аппаратов оценивания и исследования их готовности, строгостью математических выкладок и практической проверкой выдвигаемых основных положений в ходе машинного эксперимента.

Реализация результатов исследований. Результаты реализованы в сборнике научных трудов МГАВТ, посвященном повышению готовности и эффективности судопропуска, в информационных сборниках ЦБНТИ Минтранса РФ «Наука и техника на речном транспорте», в сборнике научных докладов НПК ППС научных сотрудников и аспирантов МГАВТ за 20012002 гг., в НИР «Методические основы оценивания показателей эксплуатационных свойств судоходных шлюзов», в 2-х патентах РФ на изобретения «Устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов».

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Московской государственной академии водного транспорта в 2001-2002 гг., а также на научных семинарах кафедры «Судовождение и судоходные сооружения» МГАВТ (2001-2002 гг.). Работа в целом апробирована на расширенном заседании кафедры «Судовождение и судоходные сооружения» с привлечением специалистов других кафедр академии и внешних организаций (09.2002 г.).

Публикации. Материалы исследований опубликованы в 5 научных статьях, в 2 тезисах научных докладов, в 2 патентах РФ на изобретения, в заключительном отчете о НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 7 приложений, основной текст изложен на 142 страницах машинописного текста и включает 27 рисунков, 6 таблиц. Список литературы содержит 79 наименований, из них 6 иностранных.

Выводы.

1. Разработана структура методики оценивания (исследования) готовности многокамерных СШ, базирующаяся на полумарковских и марковских процессах и включающая индивидуальную и универсальную части. Индивидуальная часть отражает специфику конкретного МСШ и принятых моделей его функционирования в различных условиях. Универсальная часть отражает закономерности полумарковского

137 марковского) процесса функционирования МСШ. Рассмотренные структура и содержание методики показывают каким образом создаются модели функционирования, полумарковские и марковские ММО готовности МСШ, а также как эти модели использовать при оценивании и исследовании готовности МСШ.

2. Для проведения количественного оценивания готовности по полученным в работе ММО разработаны алгоритм и компьютерная программа, реализуемая в диалоговом режиме и позволяющая проводить оценивание и исследование готовности МСШ,

3. По количественным результатам, полученным с помощью ММО готовности на ЭВМ, построены некоторые графические зависимости, позволяющие наглядно проследить характер влияния параметров на готовность МСШ к применению, а также выделить наиболее управляемые параметры, существенно влияющие на готовность МСШ, и определять рациональные диапазоны их изменений.

4. Разработан комплекс технических решений, защищенных патентами на изобретения, вероятностных моделирующих устройств для оценивания и исследования готовности и других эксплуатационных свойств существующих и перспективных многокамерных СШ, позволяющих учитывать особенности их структурного построения, режимы, условия и динамику функционирования и автоматизировать процессы оперативного исследования готовности МСШ как при создании, так и эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совершенствование судопропускных сооружений, их эксплуатационно-технологических процессов при подготовке к пропуску судов и шлюзовании, возрастание роли фактора времени простоя многокамерных СШ на эффективность функционирования внутренних водных путей, а также возросшие требования к безопасности судовождения предъявляют новые требования к повышению готовности многокамерных судоходных шлюзов, являющихся одним из основных звеньев водной транспортной системы страны.

Большая ответственность при решении судопропускными сооружениями задач, значительные экономические затраты, связанные с их созданием и эксплуатацией, подверженность негативным воздействиям предъявляют особенно жесткие требования к эксплуатационным свойствам, в первую очередь к готовности и эффективности многокамерных судоходных шлюзов. Повышение требований к готовности к пропуску судов, как важнейшей составляющей и существенно определяющей эффективность функционирования МСШ, жесткие сроки их создания и специфические способы их эксплуатации вызывают настоятельную необходимость совершенствования системы эксплуатации и ее составной части - системы обеспечения готовности (СОГ) МСШ. Любые просчеты и недостатки в процессе создания и отработки СОГ МСШ вызывают в дальнейшем значительные потери готовности МСШ к шлюзованию, увеличению материальных и людских ресурсов на поддержание

138

МСШ в готовности к применению и приводят к значительному снижению пропускной способности. Чтобы исключить или уменьшить это, необходимо располагать хорошим инструментом оценивания и обоснования путей обеспечения готовности МСШ.

На основании обобщения опыта создания и эксплуатации МСШ, а также проведенных автором теоретических исследований в диссертации сформулирована и решена научная задача, заключающаяся в разработке метода и математических моделей оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов к применению.

Основные теоретические результаты настоящей работы включают следующее:

1. Впервые в теории и практике создания и эксплуатации судопропускных сооружений ВВП рассматривается задача оценивания готовности, как интегративного свойства многокамерных судоходных шлюзов. В результате решения этой задачи разработана теоретическая и практическая части методики оценивания (исследования) готовности многокамерных судоходных шлюзов, включающей метод пространства состояний и полученные на его базе полумарковский и марковский алгоритмы и комплекс математических моделей оценивания готовности, а также программное обеспечение и вероятностные моделирующие устройства, защищенные патентами РФ на изобретения.

2. Обоснование и выбор метода пространства состояний, базирующегося па теории управляемых марковских и полумарковских процессов для решения задачи оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов как интегративного свойства, характеризующего их способность выполнять заданные функции в произвольный момент времени.

3. Методические основы оценивания и обоснования путей обеспечения готовности МСШ к применению, включающие: структурную формализацию процесса функционирования системы обеспечения готовности МСШ; систему показателей оценивания готовности МСШ, существенно дополняющих ранее известные, и позволяющих в отличие от них проводить всестороннее и комплексное оценивание влияния как отдельных параметров системы обеспечения готовности МСШ, условий применения и динамики функционирования, так их совокупности на готовность системы СМСШД к применению; алгоритм и метод оценивания готовности системы СМСШД, базирующийся на описании процессов функционирования СОГ МСШ в виде управляемых марковских и полумарковских процессов; структуру общей методики оценивания и исследования готовности МСШ к пропуску судов.

4. Комплекс полумарковских и марковских математических моделей оценивания готовности МСШ (систем «судно - МСШ - диспетчер») к применению и соответствующих им концептуальных моделей функционирования, позволяющих проводить количественную оценку готовности и других эксплуатационных свойств, оценивать влияние основных эксплуатационно-технологических характеристик СОГ МСШ, особенностей и условий применения, режимов и динамики

139 функционирования на готовность МСШ, а также прогнозировать и обосновывать требования к параметрам как СОГ МСШ, так и шлюзуемых судов, обеспечивающим заданные значения показателей готовности МСШ.

Практическими результатами исследования являются:

1. Методика анализа и синтеза системы обеспечения готовности МСШ, включающая решение задачи оценивания и прогнозирования готовности МСШ на каждом иерархическом уровне (анализ) и обоснование рациональных значений параметров СОГ МСШ из числа удовлетворяющих требованиям заданной готовности МСШ (синтез).

2. Комплекс разработанных математических моделей оценивания готовности, алгоритмов, и реализующих их машинных программ, составляющих математическое и программное обеспечение подсистемы оценивания, прогнозирования и обоснования путей обеспечения готовности многомерных судоходных шлюзов к пропуску судов, которые могут найти применение при исследовании готовности и эффективности функционирования МСШ.

3. Технические решения, защищенные патентами РФ на изобретения, вероятностных моделирующих устройств для исследования готовности и других эксплуатационных свойств существующих и перспективных судоходных шлюзов, позволяющих учитывать особенности их структурного построения, режимов, условий и динамики функционирования и автоматизировать процессы исследования готовности и других эксплуатационных свойств как на этапе создания, так и эксплуатации судоходных шлюзов.

4. Ряд практических рекомендаций по оцениванию, прогнозированию и управлению готовностью МСШ на основании результатов, полученных на ЭВМ с использованием разработанных математических моделей, основными из которых являются: а) при исследовании готовности МСШ к пропуску судов необходимо учитывать не только их параметры, но и надежность систем МСШ и шлюзуемых судов, условия и стратегии шлюзования, режимы и динамику функционирования, проводимые эксплуатационные мероприятия и параметры потоков поступающих на шлюзование судов, а также характеристики обслуживающего персонала, т. е. исследовать готовность эргатической системы систем «судно - МСШ - диспетчер»; б) при разработке концептуальных моделей функционирования системы обеспечения готовности и математических моделей оценивания готовности перспективных МСШ необходимо правильно выбрать признаки классификации (выделения) состояний (режимов) СОГ МСШ и предполагаемые переходы между ними, возможные стратегии шлюзования, обосновать состав параметров и виды законов распределений времени пребывания в состояниях СОГ МСШ, которые необходимо учесть при оценивании и обеспечении готовности, определить элементы базовой модели и на ее основе формировать систему математических моделей оценивания

140 готовности МСШ для наиболее вероятных концептуальных моделей функционирования; в) при исследовании влияния на готовность МСШ различных параметров СОГ, способов и условий, режимов и динамики функционирования системы СМСШД в первом приближении в целях, упрощения можно пользоваться марковскими математическими моделями для стационарного режима, так как они позволяют проследить общий характер изменения показателей готовности, при этом получаемые значения являются заниженными на 10-15% /12,69/. При детальном анализе целесообразно применять полумарковские математические модели оценивания готовности, позволяющие более адекватно описать реальные процессы и получить более достоверные оценки готовности; г) для определения максимально возможного изменения (приращения) показателя готовности системы СМСШД за счет того или другого параметра СОГ, условия и способа, режима и динамики функционирования целесообразно совместное использование результатов, получаемых соответственно по комплексной и частным моделям готовности, а по величине этих изменений и реальным возможностям следует определять целесообразность того или иного пути изменения управляемого параметра в целях достижения требуемой готовности МСШ в различных условиях; д) для достижения возможных путей обеспечения требуемой готовности МСШ к применению с использованием разработанных математических моделей оценивания готовности необходимо провести всестороннюю количественную оценку как комплексного, так и индивидуального влияния параметров исследуемого процесса функционирования системы СМСШД и условий применения на ее готовность и на этой основе определить за счет изменения каких параметров, на каких направлениях, и на какую величину можно обеспечить требуемый уровень готовности в тех или иных условиях, что в свою очередь позволяет отыскивать рациональные пути обеспечения требуемой готовности МСШ с учетом конкретных стратегий шлюзования, негативных воздействий и возможностей систем МСШ и судов, а также обслуживающего персонала. Проведенный анализ некоторых количественных результатов показал, что наибольшее влияние на готовность МСШ к пропуску судов оказывают параметры потоков поступающих судов (загрузка МСШ), подготовки систем шлюза, судна и обслуживающего персонала к шлюзованию, параметры непосредственного шлюзования, отказов и восстановлений работоспособности, проведения профилактических мероприятий и т. д.; е) в процессе создания перспективных МСШ и обосновании количественных требований к параметрам системы обеспечения готовности МСШ целесообразно исходить из результатов, получаемых на основании разработанных математических моделей оценивания готовности МСШ, учитывающих их специфику и особенности, рассмотренные выше.

141

5. Результаты экспериментального исследования возможностей разработанных методических основ (математического аппарата) решения задачи оценивания готовности МСШ к применению при различных исходных данных подтвердили их работоспособность и возможность реального применения разработанных математических моделей, алгоритмов и компьютерных программ в специальном математическом обеспечении для оценивания и исследования готовности и других эксплуатационных свойств МСШ.

Полученные научные и практические результаты обеспечивают дальнейшее развитие теории судопропускных сооружений, включая и теорию их эксплуатации, и имеют существенное значение для создания новых и развития существующих многокамерных судоходных шлюзов, для теории и практики оценивания показателей не только готовности, но и других эксплуатационных свойств и обоснования путей их поддержания, отработки системы обеспечения готовности как составной части системы эксплуатации на стадии создания, эксплуатации и совершенствования МСШ, повышения уровня обоснованности принимаемых решений в ходе задания, оценки и проверки выполнения требований системы обеспечения готовности и пропускной способности судопропускных сооружений и, как следствие, обеспечивая условный экономический эффект в виде сокращения потерь показателей эксплуатационных свойств, в том числе и готовности МСШ, которые могли бы иметь место при назначении нерациональных (неоптимальных) параметров СОГ МСШ, а также при выборе нерациональных путей обеспечения требуемых показателей эксплуатационных свойств. Результаты диссертации могут найти применение в Департаменте внутренних водных путей РФ, ЦНИИЭВТ и других организациях при эксплуатации и совершенствовании существующих МСШ, а также при обосновании технико-эксплуатационных и экономических требований к перспективным судопропускным сооружениям и их системам обеспечения показателей эксплуатационных свойств.

Итак, разработаны единые методические основы оценивания и исследования готовности многокамерных судоходных шлюзов, объединяющие фазы создания, планирования, оперативного управления и координации деятельности по обеспечению готовности системы СМСШД на основе приведенных в работе метода оценивания, математических моделей и новых технических решений в виде вероятностных моделирующих устройств функционирования многокамерных судоходных шлюзов, защищенных патентами РФ на изобретения.

Дальнейшее развитие полученных в работе результатов целесообразно вести по следующим направлениям: постановка задач и получение с помощью разработанных методических основ математических моделей и алгоритмов для широкого круга задач анализа и синтеза систем обеспечения не только показателей готовности, но и других эксплуатационных свойств разнотипных МСШ и их группировок, включая и ВВП в целом, на стадиях их эксплуатации, совершенствования и создания; постановка задач и получение с помощью разработанных методических основ экономико-математических моделей оценивания показателей эксплуатационных свойств различных структур систем обеспечения готовности как однотипных, так и разнотипных МСШ; обоснование путей развития экспериментально-испытательной базы для отработки структур, содержания и алгоритмов функционирования систем обеспечения показателей эксплуатационных свойств перспективных МСШ и т.д.

Таким образом, в диссертации поставлена и решена новая научная задача, в ходе решения которой проведен анализ и обобщение работ в области оценивания готовности многокамерных судоходных шлюзов и сформулированы основные направления данного исследования; получили дальнейшее развитие методические основы оценивания и исследования эксплуатационных свойств сложных систем и, в частности, готовности многокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов, включающие обоснование показателей, разработку метода и алгоритмов их оценивания и исследования готовности МСШ к применению; разработан комплекс полумарковских и марковских математических и имитационных моделей оценивания готовности, а также устройств для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов, защищенных патентами РФ на изобретения, и на их основе создана методика комплексного оценивания и исследования готовности многокамерных судоходных шлюзов, доведенная до инженерного практического использования, которая может быть применена для исследования других эксплуатационных свойств.

143

1. Адерихина А.И., Адерихин И.В., Кирьяков С.С., Крыжановская Л.Ю. Устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов. Положительное решение ФИПС по заявке на изобретение №2002107917/09(008285) от 29.03.2002.

2. Адерихина А.И., Адерихин И.В., Кирьяков С.С., Крыжановская Л.Ю. Устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов. Положительное решение ФИПС по заявке на изобретение №2002101313/09(001814) от 23.01.2002.

3. Адерихина Е.И. Метод и математические модели оценивания готовности однокамерного судоходного шлюза. Дисс. . к.т.н., М., 2000, 144с

4. Адерихина Е.И. Структурная формализация процесса функционирования системы обеспечения готовности судоходных шлюзов. -М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ "НТРТ", №6, 1999, с. 12-17.

5. Адерихин И. В., Крыжановская Л. Ю. Анализ основных методов исследования эффективности функционирования судоходного шлюза (тезисы доклада). М., МГАВТ, Материалы XXIV НПК ППС, научных сотрудников и аспирантов МГАВТ, 2002, с. 70-75.

6. Адерихин И. В., Крыжановская Л. Ю., Маслов А. В. Полумарковские математические модели оценивания эффективности функционирования камерного судоходного шлюза при различных стратегиях шлюзования. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ «НТРТ», № 12, 2001, с. 31-40.

7. Адерихин И. В., Крыжановская Л. Ю., Маслов А. В. Анализ современного состояния вопроса оценивания эффективности функционирования судоходных шлюзов. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ «НТРТ», № 2, 2002, с. 18-24.

8. Адерихин И. В., Крыжановская Л. Ю., Маслов А. В. Марковские математические модели оценивания готовности И-камерного судоходного шлюза при различных стратегиях шлюзования. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ «НТРТ», № 3, 2002, с. 32-37.

9. Александров В. Проблемы Беломоро-Балтийского канала. М., Речной транспорт, №2, 1995, с. 43-46.

10. Баланин В.В., Зернов Д. А. Пропускная способность шлюзов. М., Речной транспорт, №7, 1989, с. 30-32.

11. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М., Наука, 1968.

12. Бутин В. Повышение эффективности эксплуатации судоходных шлюзов на основе исследований, разработки и внедрения новых технических и технологических решений. Автореф. дисс. . к.т.н., 1994.144

13. Быков Н.П., Бочаров B.B. Гидротехнические сооружения на внутренних водных путях. М., Транспорт, 1987.

14. Вентцелъ Е.С. Теория вероятностей. М., Наука, 1980.

15. Вентцелъ Е.С. Исследование операций. М., Наука, 1985.

16. Вентцелъ Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М., Высшая школа, 2000.

17. Внутренние водные пути России. М., Росречфлот, 1998.

18. Гапеев A.M. Совершенствование эксплуатационных качеств судоходных шлюзов с головной системой питания. Дисс. . д.т.н., С-Пб., 1998,278с

19. Голованов С. Улучшение эксплуатационных показателей шлюзов со сложными системами питания. Автореф. дисс. . к.т.н., С-Пб, 2000.

20. Германов Л.А., Шишкин Г.А. Информационная база автоматизированной системы управления производственным транспортным процессом. «Вопросы автоматизации и применения ЭВМ в решении задач водного транспорта» Сборник научных трудов ЛИВТ, Л., 1988, с. 46-51.

21. Дынкин Е.Б., Юшкевич A.A. Термины и задачи о процессах Маркова. М., Наука, 1966.

22. Дынкин Е.Б. Марковские процессы. М., Физматгиз, 1963.

23. Евсеева В.М. Совершенствование методики расчета пропускной способности судоходного шлюза на основе моделирования. Дисс. . к.т.н., ЦНИИЭВТ, -М., 1989.

24. Егоров А.Н., Ястребов М.Ю. Формализация расписания судопропуска в шлюзованных системах. «Вопросы автоматизации и применения ЭВМ в решении задач водного транспорта» Сборник научных трудов ЛИВТ, Л., 1988, с. 63-67.

25. Иванов Р.Н. Исследование процесса сбора и обработки информации для совершенствования управления движением судов на шлюзованных участках (на примере канала имени Москвы). Дисс. . к.т.н., Горький, 1969, 159с.

26. Иванов Г.Н, Критерии эффективности формирования групп судов для шлюзования. Труды ЛИВТ, вып. 83, Л., 1965, с. 26-31.

27. Инструментальные средства персональных ЭВМ /Под ред. Б.Г. Трусова/, в 10 томах, М., Высшая школа, 1993.

28. Зернов Д.А. Критерии оценки судопропуска. М., Речной транспорт, №8, 1984, с. 38-39.

29. Зернов ДА. Снижение затрат времени на пропуск судов через шлюзы. М., МИВТ, Сборник научных трудов, 1992, с. 70-77.

30. Зернов Д.А., Кирьяков С.С. Возможности увеличения пропускной способности Волго-Балтийского канала. М., Речной транспорт, №6, 1973, с. 40-41.

31. Киръяков С.С. Исследование дополнительных осадок и скоростей при входе и выходе судов в шлюзах. Дисс. . к.т.н., Л., ЛИВТ, 1971.145

32. Киръяков С.С. Обеспечение судоходных условий на водных путях, -М.,МИИВТ, 1987.

33. Киръяков С.С., Похабов В.И. Экспериментальные лабораторные исследования ввода и вывода судов в камерах судопропускных сооружений. -М., МИВТ, Сборник научных трудов, 1992.

34. Киръяков С.С., Тимошина В.Б. Пути повышения пропускной способности Беломорско- Балтийского канала, М., МИВТ, Сборник научных трудов, 1990, с. 132-142.

35. Киръяков С.С., Тимошина В.Б. Разработка эксплуатационных характеристик шлюзов по их пропускной способности. М., МИВТ, Сборник научных трудов, 1992, с.5-15.

36. Клюев В.В. Ускорение шлюзования транзитным попуском воды Дисс. . к.т.н., Л., ЛИВТ, 1984.

37. Ковалев Ю.Н. Моделирование технологического процесса проводки судов по шлюзованному каналу. «Вопросы автоматизации и применения ЭВМ в решении задач водного транспорта» Сборник научных трудов ЛИВТ, -Л., 1988, с. 57-62.

38. Козлов И.Т. Пропускная способность транспортных систем. М., Транспорт, 1985,214с.

39. Колосов М.А., Кузнецов В,С, и др. Резервы пропускной способности портов и водных путей. Сборник научных трудов ЛИВТ, Л., 1984.

40. Кононов В. Теоретические и экспериментальные исследования условий стоянки судов в шлюзах с головной затопленной системой питания и выбор оптимальных режимов наполнения. Автореф. дисс. . к.т.н., Л., 1976.

41. Кривошей В.А. Увеличение пропускной способности судоходных шлюзов с головной системой питания. Автореф. дисс. . д.т.н., С-Пб, 2000.

42. Махлин Е.М. Определение времени стоянок судов при шлюзовании моделированием работы судопропускных сооружений на ЭВМ. М., Труды ЦНИИЭВТ, 1972, с. 122-140.

43. Махлин Е.М. Выбор рациональных путей увеличения пропускной способности судоходных шлюзов. Дисс. . к.т.н., М., 1972, 157с.

44. Михайлов B.C. Увеличение пропускной способности водного пути по р. Алдан, вызванное выходом на Томмот Амуро-Якутской железнодорожной магистрали. Дисс. . к.т.н., Новосибирск, 1998.146

45. Мочалов В.М. Исследование и разработка методов определения пропускной способности шлюзованных систем и обоснование мероприятий по ее увеличению (на примере канала имени Москвы). Дисс. . к.т.н., М., 1981, 195с.

46. Мочалов В.М. Ускорение движения судов по каналам. М., Речной транспорт, № 11, 1977.

47. Мочалов В. Об ускорении пропуска судов через шлюзованные системы. М., Речной транспорт, №10, 1981.

48. Основные направления развития водных путей и транспортного флота. Труды ЦНИИЭВТ под ред. Д.К. Земляновского, М., 1983.

49. Похабов В.И., Киръяков С.С. Сетевые модели планирования судоходства на Единой глубоководной системе РФ. М., Сборник научных трудов, МГАВТ, 1999, с.267-272.

50. Правила пропуска судов, составов и плотов через шлюзы внутренних водных путей РСФСР /Главное управление водных путей и гидросооружений Минречфлота РСФСР/. М, Транспорт, 1988, с. 16.

51. Правила технической эксплуатации судоходных гидротехнических сооружений /Главное управление водных путей и гидросооружений Минречфлота РСФСР/. М., Транспорт, 1979, с. 56.

52. Пьяных С.М. Анализ скоростей входа и выхода судов из шлюза. -Горький, Труды ГИИВТ, вып. 70, 1965, с. 93-110.

53. Пьяных С.М. Методика нормирования затрат времени судами при прохождении шлюзов. Вопросы эксплуатации речного флота, Труды ГИИВТ, вып. 117,1972, с 100-116.

54. Разгуляев А.Б. Концепция функционирования внутренних водных путей в рыночных условиях. Труды ЛИВТ "Эксплуатация водных путей и гидротехнических сооружений, 1992, с.87-94.

55. Семенов H.A., Варламов H.H. ,Баланин В.В. Судоходные каналы, шлюзы и судоподъемники. М., Транспорт, 1970.

56. Сильвестров Д.С. Полумарковские процессы и их приложения. -К., Наукова думка, 1982.

57. Справочник по прикладной статистике. М., Финансы и статистика,1989.

58. Тараканов К.В., Овчаров Л.А., Тырышкин А.Н. Аналитические методы исследования систем. М., Сов. радио, 1974.

59. Технический отчет по теме «Проведение исследований с целью повышения пропускной способности судоходных сооружений и снижения затрат времени флотом на судопропуск», МИИВТ /Зернов Д. А./ М., 1989.

60. Технический отчет по теме «Практические рекомендации по сквозному пропуску флота через Беломоро-Балтийский канал», МИИВТ / Кирьяков С.С., Тимошина В.Б./ М., 1987.

61. Технический отчет по теме «Разработать рекомендации по оптимизации пропуска судов через шлюзы ЕГС европейской части», (заключительный), МИИВТ, М., 1987.147

62. Технический отчет по теме «Разработка рекомендаций по совершенствования организации пропуска флота по Беломоро-Балтийскому каналу», МИИВТ / Кирьяков С.С., Тимошина В.Б/. М., 1988.

63. Технический отчет по теме «Совершенствование технологии и организации пропуска флота через шлюзы и шлюзовые системы с целью повышения их пропускной и провозной способности флота», МИИВТ /Зернов Д.А./-М., 1987.

64. Тихонов В.И., Миронов Н.П. Марковские процессы. М., Сов. радио, 1977.

65. Тутубалин В.Н. Теория вероятностей и случайных процессов. М., Издательство Московского университета, 1992.

66. Четвериков В.Н. и др. Вычислительная техника для статистического моделирования. М., Сов. радио, 1982.

67. Шрайбер Т. Моделирование на языке GPSS, Мир, 1980.

68. Шеннон Ф. Имитационное моделирование систем искусство и наука. - М., Мир, 1978, с. 414.

69. Эксплуатация портов, водных путей и гидротехнических сооружений. Сборник научных трудов ЛИВТ, Л., 1990.

70. Юдин Н. Ускорение судопропуска и увеличение пропускной способности шлюзов за счет применения поперечного перемещения судов в подходах. Автореф. дисс. . к.т.н., С-Пб, 1994.

71. Analysis of lock Capacity by simulation. Margiott R.A.'Transp. Res.Rek", N880. рЗ-7 (англ.).(Исследование пропускной способности шлюза методом моделирования).

72. L'Europe des voles naviqables se fere-f-elle sans njus?/Sarre Georgts/ I. mav. march.- 1988- To. N3591.-C.2702-2708 (фр).

73. Внутренние водные пути в странах Западной Европы).

74. Hydraulie model investigations of navigation locks/ Tarnowski A.(Rozpr hydratedm) 1988, N50-p. 169-183 (англ) (Исследование судоходного шлюза на гидравлической модели).

75. Maksymalna zdolnose przepustoum drogi wodnej rz. Wisla- r.z. Odra/ zesz. hauk. P. Gdun Bud, Wod.-1990."-N79.-c.33-38 (польск) (Пропускная способность водного пути Висла- Одер).

76. Studie über Gestaltungsmoglichkeiten von Fullund Entleersystemen für den Neubau der Schiensen Zerben und Wusterwits (EHK) Bundesanstalt fur Wasserban (BAW). - Potsdam, Januar, 1994 (нем.).

77. Czabelka J. Modem equipment of locks raising the traffic capacity and security of navigation on inland waterways in Czechoslovakia/ 24-th international navigation congress — Leningrad 1977, p. 57-76.148