автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Оперативное управление работой речного нефтеналивного флота

Министерство транспорта Российской Федерация Волжская государственная академия водного транспорта

На правах рукопяси

ПЛАТОВ Юрий Иванович

ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ РЕЧНОГО НЕФТЕНАЛИВНОГО ФЛОТА

Специальность 05.22.12 Эксплуатация водного транспорта

Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук

И. Новгород 19 9 8

Работа выполнена в Волжской государственной академии водного транспорта,

Официальные оппоненты:

доктор технических наук А. С. Бугос;

доктор технических наук В. И. Кожухарь;

доктор технических наук А. И. Телегии.

Ведущее предприятие: Центральный научно-исследовательский институт экономики водного транспорта.

Защита диссертации состоится М ШШ. 1998 г. в 14 часов на заседании специализированного совета Д.116.03.01 в Волжской государственной академии водного транспорта в ауд. 231 (603600, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5).

С диссертацией можно ознакомиться в библютеке ВГАВТа.

.^М:.________^ г.

Автореферат разослан «.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подпись», заверенной гербовой печатью, просим направлять в адрес специализированного совета: 603600, г. Низший Новгород, ул. Нестерова, 5.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент / А. Н. Ситное

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Водный транспорт является одной из важнейших производственных инфраструктур общехозяйственного комплекса, эффективное функционирование которого влияет наряду с другими на результаты функционирования всей экономики.

В условиях перехода к рыночной экономике, когда происходит децентрализация, демонополизация, расширение самостоятельности структурных подразделений производства, резко развиваются хозяйственные горизонтальные связи. Это усложняет возможности рационализация грузовых потоков, которые при существовавшей ранее планово - командной экономике, решались органами ведомственного н государственного управления в централизованном порядке. Поэтому заменю возрастают объёмы встречных и других нерациональных перевозок, снижается производительность работы флота и увеличивается себестоимость перевозок грузов. Так, валовая производительность нефтеналивного самоходного флота снизилась со 140-130 ткм/тоннаже-сут (с конца 80-х годов) до 55-80 ткм/ тоннаже-сут з настоящее время.

Следствием этих факторов является увеличение доли транспортных издержек, влгшощих на эффективность всей экономики.

Снижение возможностей рационализации перевозок может быть в значительной мере перекрыто выигрышем за счёт других факторов и главным образом за счёт ресурсосбережения и совершенствования управления. Однако ускоренная замена материально - технической базы водного транспорта в направлении применения более материало -.топливо энерго - и трудосберегающей техники и технологии, отвечающей уровню современных достижений Hill в этой области в современной ситуации невозможна. Тем более что похожие проблемы одновременно встали и перед другими отраслями. Именно поэтому на данном этапе резко возрастает роль совершенствования управления, в том числе ориентированного на ресурсосбережение и не требующего больших инвестиций.

В настоящее время происходят уже заметные изменения как в структуре, так и функциях управления судоходными компаниями. Происходит поляризация стратегического и оперативного yripan.ie-ния. Возросла актуальность оперативного планирования, так как не

стало навигационной и месячной корреспонденции грузопотоков, определяемых ранее в централизованном порядке. По существу каждый грузопоток является оперативным. Поэтому существенно изменились методы планирования и организации работы флота. Прежде всего, стали другими цели, критерии и способы планирования, возросли требования к точности планирования, увеличилось число факторов, влияющих на экономические показатели. Стали актуальными задачи: определения стоимости отдельной перевозки конкретным судном на конкретном рейсе; обоснования себестоимости перевозок в целом и по отдельным видам флота и соответственно арендных, тайм-чартерных и фрахтовых ставок; расстановки судов по конкретным рейсам и другие.

Существующая же технология оперативного планирования работы флота не соответствует т]к:буемому уровню экономических отношений, а также уровню достижений НТП в области управления производством. Имеющиеся достижения в теории оперативного управления работой флота пока ещё полностью не могут обеспечить требования практики в изменившихся условиях.

В зарубежной практике оперативного управления работой флота главное внимание уделяется повышению эффективности принятия решений путём управления стоимостными показателями (фрахтами, расходами), а также сервисом, скоростью на уровне рейсового планирования (маршрутизации).

Цель и задачи исследований. Целью исследований является совершенствование оперативного управления работой флота и повышения на этой основе эффективности перевозок грузов и конкурентоспособности водного транспорта. Достижение этой цели непосредственно связано с совершенствованием методологии оперативного управления работой флота, обеспечивающей повышение качества планирования и эффективности перевозок грузов, внедрение ресурсосберегающих технологий на речном флоте.

Автор ставил перед собой задачу на базе выполненных им ранее разработок и новых исследований усовершенствовать: ,

систему и методы оперативного планирования, привести их в соо 1 ветствие современным требованиям и технологиям управления, и юм числе путём координации решения задач текущего и оперативного планирования, прогнозирования движения и обработки су-

доп на основе имитационной модели и аналитических методов определения времени движения судов;

методы расчёта потребности в ресурсах, в том числе методики планирования и автоматизации расчёта эксплуатационных расходов, методики расчета расхода топлива и смазки с учётом индивидуальных характеристик судов и условий плавания;

методы оптимизации принятия оперативных решений путём выбора режима движения судов в зависимости от эксплуатационных ситуаций и условий плавания;

информационное обеспеченна системы оперативного управления работой флота.

Объекты исследования. Наследования, разработки и их внедрение проводились в основном на базе пароходства «Волго-танкер». Объектами исследований являются нефтеналивной флот и система оперативного управления работой флота. Исследования и разработки применимы для всех судоходных компаний. Система рейсового планирования обеспечивает глубину прогноза от продолжительности одного рейса до навигации.

Методы исследования. В теоретических исследованиях использовались методы имитационного моделирования, статистического и экономического анализа, исследования операций, экономико-математические методы, а также отдельные исследования по теории сложных систем, организации и информатизации управления, с учётом отечественного и зарубежного опыта управления речным и морским транспортом, методологических положений экономики, современных научно-технических достижений в области управления производством. Центральное место здесь занимают работы учёных Бусленко Н.П., Глушкова В.М., Моисеева H.H. и других известных специалистов в области оптимального управления.

В процессе исследований и разработок автором анализировались и использовались методологические подходы •< решению задач по проблемам управления транспортом многих учёных и специалистов водного транспорта, в том числе работы Анфимова В. Н., Васина А. М., Бутова А. С., Ваганова Г. И., Вайсблата Б. И., Войткун-ского Я. И., Воронина В. Ф., Зарубина В. Д., Захарова В. Н., Зачёсо-ва В. П., Звонкова В. В., Ирхина А. П., Кацмана Ф. М., Коки Н. Г., Кожухаря В. И., Кутыркина В. А., Левого В. Д., Лехана Ю. К., Ма-

лышкина А. Г., Неволила В. В., Пьяных С. М., Рыжова Л. М., Савина В. И., Фадеева И. П., Федюшина В. М., Ширяева Е. В. и других учёных.

Научная новизна работы. Научная новизна исследований и разработок заключается в том, что диссертантом впервые на речном транспорте России:

разработаны методические основы автоматизированного решения задач оперативного планирования и регулирования работы нефтеналивного флота на основе диалоговых имитационных моделей, в том числе прогноза: прибытия судов с расчётом времени ожидания их обработки в портах; рациональных маршрутов следования судов и составов, исходя из пропускной способности причалов, обеспечения ритмичности прибытия судов; выполнения основных показателей использования флота с учётом реальных характеристик судов и составов;

разработана комплексная система сбора, передачи и обработки оперативкой информации, адаптированная к уровню состояния технических средств, которая обеспечивает решение задач как статистического учёта, так а оперативного контроля и анализа работы флота;

разработана система автоматизированного контроля достоверности информации о транспортном процессе с обнаружением не-• достоверной информации и её корректировки;

исследованы и решены вопросы информатизации задач управ-•ления с координацией всех уровней;

обоснована целесообразность увеличения глубины планирования на основе совершенствования нормативной базы для решения задач оперативного управления;

разработана методика автоматизированного расчёта эксплуатационных расходов по отдельным судам за рейс (оборот) с учётом затрат топлива и смазки на движенческие, технические и технологические операции;

комплексная методика расчёта расхода топлива и скорости судов и составов с учётом их фактического состояния и реальных условий плавания;

разработаны модели оптимизации режима движения судов и составов рейсового планирования в зависимости от эксплуатацион-

, 4

ных ситуаций и условна! плавания.

Разработанный в диссертации комплекс вопросов оперативного управления работой флота впервые на речном траигаорте выполнен в составе единой автоматизированной системы управления работой флота, интегрированной по функциональному и общесистемным принципам.

Практическая значимость. Практическая значимость и использование результатов исследований в производственной деятельности предприятий речного транспорта заключается з следующем:

большая часть предлагг.-яух в диссертации методов и моделей оперативного управления рь'кггой флота внедрена в составе ряда подсистем и АРМ управления работой флота, входящих б единую интегрированную автоматизированную систему управления пароходства. Отдельные результаты исследований апробированы, одобрены и находятся на стадии внедрения.

Методика автоматизированного расчёта эксплуатационных расходов используется в составе подсистемы расстановки судов по грузопотокам (участкам работы) при стратегическом и. текущем планировании, а также при организации судового хозрасчёта.

Отдельные АРМ внедрены и внедряются в дочерних судоходных компаниях АО пароходство «Волготапкер», в том числе в ЗАО судоходная компания «Бащ-Волготанкер», «Тат-Волготанкер», а также в АОЗТ «Ленское речное пароходство».

На основе исследований ведутся дальнейшие работы, в том числе по обоснованию комплексных норм ходового временя судов и расхода топлива по участкам водных путей, системы расчёта показателей навигационного бизнес-плана работы флота, созданию АРМ по обработке данных и моделированию натурных испытаний судов и составов, расчёта показателей экономической эффективности использования новых типов судов с учётом их района плавания.

Использование результатов исследований в производственной деятельности было бы невозможным без участия и поддержки со стороны большого числа руководящих работников н специалистов пароходства «Волготанкер». Особо благодарен автор Бобровскому А. М., Бескровному А. С, Бутакову Д. Ю., Горчакову В. А., Гоманову Е. А., Дубровину И. М, Еснну А. И., Клюкииу Н. Е., Ко-

рякоиу В. А., Ровину С. II.', Сафронову В. JL, Строкмиу Ы. В. и многим другим специалистам - производственникам.

В приложении к диссертации имеются справка о результатах научно - исследовательской деятельности в Волжском нефтеналивном пароходстве «Волготанкер», официальные акты и протоколы о внедрении и сдаче исследований и разработок в опытную и промышленную эксплуатацию.

Теоретические исследования диссертации используются в учебном процессе ВГАВТа, опубликованы в конспектах лекций и внутривузовских изданиях.

Апробация работы, Основное содержание методических разработок, проектные разработки и результаты внедрений докладывались автором на Всесоюзных конференциях НТО морского и речного транспорта, на коордиционном совете Минречфлота, на научно - технических конференциях ГИИВТа, техническом, совете АО «Пароходство «Волготанкер».

Публикации. Всего по теме диссертации автором опубликовано более 50 статей, учебных пособий и тезисов докладов на научных конференциях общим объемом свыше 28 печатных листов. Список наиболее важных работ приводится в диссертации.

Ряд методических разработок и практических рекомендаций изложены в отчётах по научно-исследовательским и проектный работам (общим числом более 10), выполненных автором в период 1987 - 1997 гг. в качестве научного руководителя. • Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений; изложена на 254 с. машинописного текста, включая 5 табл., 15 рис., список литературы из 135 наименований. Приложения изложены на 52 с.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснованы цель и задачи исследования, показана актуальность исследуемой проблемы, а также показана новизна и практическая значимость проведённых исследований и основных положений диссертационной работы.

В первой главе даётся анализ современного состояния системы оперативного управления работой флота, определяется место оде-

ратнпного планирования в общем системе планирования работы флота. Намечаются пути дальнейшего соверши¡ствования оперативного управления на современном этапе на основе опыта решения задач, накопленного на практике и в исследованиях учёных н специалистов транспорта.

Становление и развитие системы оперативного управления работы флота выполнено в основном в трудах чл. - корр. АН СССР Зпонкова В. В., д.т.н. Бутова А. С., Захарова В. Н., Ирхина А. П., Ляхова К. С., Миронова В. П., Пьяных С. М.5 Рыжова Л. М., Савина В. И., Союзова А. А. и др':• чёных.

Совершенствование сь ■" ' ;ы осуществлялось в основном за счёт совершенствования меь\.::-лопш и автоматизации решения отдельных задач планирования и отдельных комплексов этой системы. Совершенствовалось взаимодействие системы оперативного управления работы флота с системой навигационного и месячного планирования. Окончательно система текущего и оперативного планирования работы флота в составе графика движения на весь навигационный период, месячного технического плана в форме задач распределения ресурсов, декадного и суточного планирования б календарной постановке сложилась в 50 - 70 - х годах.

Наибольший к решение вопросов систематизации науч-

ного и методического подхода х решению и автоматизации задач оперативного планирования работы флота внесли учёные по эксплуатации еодпого транспорта Бутов А. С., Захаров В. Н., Зачесов В. П., Кока Н. Г., Левый В. Д., Лехан Ю. К., Неволин В. В., Пьяных С. М, Рыжов Л. М., Фадеев И. П., Федюшии В. М, Ширяев Е.В. и другие ученые и специалисты. Именно работы этих учёных позволили сформулировать наиболее полное решение проблемы научного подхода к оптимизации и автоматизации планирования работы транспортного флота.

В этих работах обоснованы различные методы решения задач планирования. Для решения задач текущего и месячного планиро- ' вания работы флота в основном предлагалось использовать различные зкономнко - математические методы линейного программирования. Для оперативного планирования обосновывались различные методы моделирования транспортного процесса, в том числе имитационного и ситуационного.

Во всех теоретических исследованиях не шсегда учитывалось то обстоятельство, что все текущие и оперативны® планы сводятся в единую централизованную систему с тем, чтобк наилучшим образом реализовывать принятые на вышестоящих временных уровнях решения. Исключением являются работы Бутова А. С., где предложена система непрерывного планирования работы флота на всех горизонтах и по совокупным показателям, и совместная работа Иваншцева В. В. и Краснощёкова А. Д., в которо51 исследуются отдельные вопросы межуровневон координации задач. К сожалению, эта работа осталась незамеченной вши неоцененной в трудах учёных и специалистов водного транспорта.

Исследования и разработки были доведены до различных стадий экспериментов и внедрения. В то же время следует отметить, что результаты многих научных исследований не нашли пека широкого применения на практике. Причин такого положения несколько.

Первая и объективная причина состоит в отсутствии механизма стимулирования научно- технического прогресса, в том числе в области использования оптимизационных методов планирования в планово-командной экономике.

Второй не менее важной причиной являлось то, что нредлагае-мые модели не охватывали всех особенностей транспортных систем, которые безусловно относятся к сложным системам управления. Поэтому они неизбежно содержали ошибки агрегирования (укрупнения). В частности, во всех моделях использовались действующие опытно-статистические нормы следования и обработки судов и составов, которые не могли обеспечить требуемую точность прогноза. Тем не менее, во всех исследованиях по речному транспорту вопросы точности определения продолжительности транспортных операций не обсуждался, а использование средних величин не вызывало сомнений.

В рыночных условиях сложность оперативного управления существенно возросла за счёт увеличения числа связей с внешним окружением, повысились требования к точности решения эксплуатационных задач. Поэтому необходимы другие подходы к решению эксплуатационных задач. .

По мнению многих крупных ученых в области оптимального

управления, среди которых особо необходимо отметить академика Моисеева Н.Н., единственным путем решения задач планирования в сложных системах является совместное использование различных математических методов и диалоговых имитационных систем.

Изменение хозяйственных механизмов и отмеченные недостатки делают актуальным продолжение исследований по проблемам совершенствования оперативного управления работой транспортного флота в направлении оптимизации и автоматизации оперативного планирования, которые являются более актуальными, чем даже в прошлом, так как рыночная экономика диктует высокую степень информатизации.

Анализ зарубежной и отечественной литературы позволяет сделать вывод о том, что повышение эффективности работы флота может быть в первую очередь достигнута за счёт опережающей обратной связи (контроля). На практике это означает использование такой системы слежения, которая выдает сигналы об отклонениях ещё до того, как они произойдут, чтобы можно вовремя выработать регулирующее воздействие.

11а рис. ! показана опережающая обратная связь, для осуществления которой необходимы блоки имитации транспортного процесса, прогнозирования, выг.л.ления и анализа будущих отклонений и реализации корректирующих отклонений. Из рисунка видно, что корректирующие воздействия могут быть предприняты еще до того, как действительные отклонения окажутся на выходах системы.

Необходимыми условиями действенности опережающей обратной связи являются следующие:

построение динамической модели, адекватной действительному транспортному процессу;

возможность оценки расхождения между планируемыми и фактическими значениями контролируемых параметров и его влияния на ожидаемые конечные результаты;

возможность корректировки динамической модели транспортного процесса для получения прогнозируемых параметров, соответствующих фактическому положению вещей;

регулярный сбор и ввод в систему достоверной информации о работе флота, обеспечивающей принятие оперативных решений в пределах необходимого времени и их надёжности.

Вход

Принятие решений и доведение их до исполнителей

Анализ отклонений и | выбср регулировочных | воздействий I

Состояние транспортного процесса

Выявление отхлоиений {контроль)

Выход

Корректировка . ¡параметров модели

Сравнение прогнозируемых

отплатит с фактическими

Прогнозирование транспортного процесса

Рис. 1 Опережающая обратная связь

Выполненный анализ и исследования позволили сформулировать следующие предложения по совершенствованию системы оперативного управления работой флота: оперативное планирование работы флота должно осуществляться на базе оперативного прогнозирования движения и обработки судов на основе имитационной модели, диалоговых средств и аналитических методов определения продолжительности ходовых операций; решение оперативных задач должно быть скоординировано относительно всех других уровней текущего и оперативного планирования и обеспечивать выработку решений на определённый период с достаточной надёжностью; использование системы сбора, обработки и автоматизированного обеспечения достоверности оперативной информации о работе флота, обеспечивающей надежное решение оперативных задач в приемлемое время.

Во второй главе исследуются вопросы повышения эффективности оперативного управления и условий, при выполнении которых она может быть обеспечена. Первостепенное значение при этом уделяется вопросам реализации диалоговой имитационной системы, обоснованию продолжительности циклоп обработки данных, периода прогнозирования и методов обеспечения достоверности данных в системе сбгра, передачи и обработки информации о работе флота.

Реализация моделей оперативного планирования работа флота и их эффективность существенно зависят от системы сбора и обработки информации о работе флота, обеспечивающей выработку оперативных решений в пределах необходимого интервала времени. В настоящее время на речном транспорте используются две системы сбора и обработки информации о работе флота в АО «Волготанкер» и АО «Волга - Флот». Эти системы, несмотря на их принципиальные различия, практически выполняют одинакозые функции в разных объёмах и не обеспечивают решение оперативных задач планирования. Причиной является отсутствие системы сбора информации с судов и передачи вырабатываемых решений на суда. Однако в настоящее время решение этой проблемы лежит в плоскости экономической целесообразности, которая диктуется необходимостью совершенствования оперативного управления.

Необходимым эффект при авточатнчиропанноч решении задач

оперативного управления может быть достигнут, если решение задач производится на всех временных уровнях планирования, включая и регулирование. Однако в данном случае наряду с вопросами формализации задач возникает рад проблем, связанных с их взаимодействием между уровнями управления, т.е. с координацией задач. Под координацией понимается такое взаимодействие между подсистемами, когда их функционирование согласовано относительно задач, решаемых в системе в целом путём поликоординации, т.е. учётом функций цели, ограничений и исходных данных разных уровней.

Недостаточная обоснованность вопросов координации решения задач при автоматизации явилась, по мнению автора диссертации, одной из дополнительных трудностей внедрения задач АСУ во многих пароходства».

Для условий сложившейся системы управления работой флота нами выделены следующие вида координации:

относительно задач, решаемых в подсистемах верхнего уровня (КБ У);

относительно задач, решаемых в подсистемах нижнего уровня (КНУ);

относительно задач, решаемых в каждой из подсистем, находящихся на одном уровне (КОУ);

относительно целевых функций подсистем или компромиссных управляющих воздействий (КУВ).

■ Первый вид координации (КВУ) означает то» что задачи, реализуемые на нижних уровнях (технический план, декадное, суточное планирование и регулирование), должны соответственно соблюдать решения (интересы), принятые на верхних (навигационная расстановка судов, техническое, декадное, суточное планирование). В противном случае снижается не только эффект от выработанных решений на верхних уровнях управления, но и достоверность вырабатываемых решений на нижних уровнях, которые учитывают оперативные ситуации.

Одновременно задачи, решаемые на верхних уровнях должны исходить из того, что они не могут учесть (прогнозировать) влияние как внешних, так и внутренних возмущений, т.е. информацию, к спорая формируется с лагом по времени в процессе контроля за

ходом транспортного процесса. Поэтому подсистемы июошего уровня (технический, декадный и суточный планы) обладают правами самостоятельного принятия рзшенмй при заданных верхними уровнями управляющих воздействий. Отсюда вытекает необходимость ¡ШУ.

Координация задач, решаемых в подсистемах, находящихся иа одном уровне (КОУ), возникает из-за последовательности выработки согласованных решений. Так при расчете плата первой декады должны учитываться интересы втором, третьей декад текущего месяца, а возможно и первой =гдм следующего месяца в зависимости от продолжительности оеисоз судов. Без этого невозможно достичь общих целей. Например реализуя максимально® отправление судов в третьей декаде с целью выполнения месячного плана га не учитывая неравномерность прибытия судов в первой и второй декадах последующего месяца, сникаем эффективность работы флота. 4

Таким образом, рассмотренные три вида координации показы» воют, что казхдая подсистема (за исключением юшией) решеегтри комплекса задач: самоуправление, координация водчшенкых (нижних) подсистем и осуществление связей с подсистемами серх-иих уровней. При этом наличие у каждой подсистемы права принятия самостоятельного решения по своим локальным критериям приводит к тону, что последние могут войти в противоречие ках с общим критерием, так 5« с критериями шггашх и верхних подсистем. Поэтому возникает задача координации целевых функций (КУВ). Выбор КУВ, как правило, сводится к задаче принятая решений по множеству крнтерггев, что в свою очередь возможно только с привлечением методов свертывания множества кргбтеркез к одному и вводом дополнительных ограничений.

Упрощенная блок-схема координация показана на рис. 2, где приняты следующие обозначения:

11 — множество параметров управления и — {£/}, вырабатываемых подсистемами для взаимосвязанных подсистем нижних временных уровней;

-

Дого вора, зстхи наоттра влета грузов. Коррес понден

ция грузогш ияохоа

Подсистема годового планирования

Подсистема месячного планирования

Прогнозирование движения и обработка судов (Прогноз)

Суточное планирование и регулироеа-

Состо яные транс порти

ого процес

са (Кент роль)

(Груженый, порожний рейсы, сбарот, круговой рейс)

Рис. 2. Мехсуровневая координация задач

У —множество выходных параметров_у = (У}, выдаваемый учитываемых во взаимосвязанных подсистемах; О — множество грузопотоков; 5 - множество входных параметров

5= 1» состояние транспортного процесса (дислокация судов,

незавершённые рейсы судов, персональные назначения судам).

Межуровневая координация задач диктует необходимость соблюдения системного подхода при их проектировании. Этот подход заключается в разработке проектных решений ннформацяои-ной связи, языковой среды и методов поиска компромиссных значений целевых функций. Обеспечение системного подхода может осуществляться проектированием:

системы в целом с определением всех входов и выходов; системы по частям путем введения подсистем поэтапно сверху вниз или снизу вверх;

• изолированных подсистем с последующим определением увязки входов и выходов.

Следуя принципам системного проектирования, в диссертации обоснована, разработана и приведена функционально алгоритмическая схема (рис.3). На рисунке приведены однолинейные и двух линейные связи, которые соответственно обозначают алгоритмические и информационные связи, а также состав модулей н используемой информации, в совокупности обеспечивающих прогнозирование, опережающий контроль и выработку решений по оперативному управлению транспортным процессом любой крупной судоходной компанией. Она предусматривает решение двух типов задач: формализованных (на основе имитационных моделей) и неформализованных (в режиме диалога с использованием результатов имитации, опыта и интуиции специалиста, вырабатывающего и принимающего решения).

Работа специалистов сводится к заданию управляющих параметров и части входной оперативной информации по отправлению и назначению судов, находящихся в распоряжении фрахтователей в тайм-чартере (диспетчерский принудительный прогноз), с целью учета однозначных решений, известных заранее исходя из сложив-

Управляющий модуль

Выбор пунктов назначении для порожних и груженых судов

Прогнозирование I судов в пункты грузовой обработки

Прогнозирование обработки судов в портах Прогнозирование поступле нт, отгрузки грузов и состояния емкостей

Согласование времени отправления тяги и тоннажа

\Cocm \omue

нога

са

К

Выдача прогнозной \ информации

^ Коррект ировха

назначении

Л

Контроль

11 .

регулиро вание

Рис. 3 Схема выработай оперативных решений '16 •

шсйся оперативной обстановки.

Модули 2-5 являются имитационными, с их помощью моделируется транспортный процесс во времени с учетом различных эвристических приемов. Поскольку при выработке решений на ЭВМ берется во вшгааиие я практический опыт, то на разных этапах использования моделей требуется корреЕсгаровка моделирующих алгоритмов и программного обеспечения. Такая корректировка производится путем задания управляющих параметров, позволяющих отключать и подключать отдельные модуля.

Группа модулей (8-11) не япляется имитационной и используется а режиме диалога.

Результатом • решения задач оперативного контроля является выдача прогнозных отклонений работы судов от заданных показателей плана и принятых оперативных решений.

Реакция, т.е. скорость выдачи данных в совокупности со временем выработки регулировочных воздействий, должна удовлетворять необходимым временным параметрам. Поэтому большое значение вшеет обоснование продолжительности циклов обработки данных (циклов регулирования) и периода прогнозирования, от длительности которых в значительной степени зависит достоверность (надежность) прогнс -ных параметров.

Применительно к конкретным приложениям вопросы згой проблемы рассматривались Пьяных С. М., Фадеевым И. П., Шпа-ченковым 10. А. Однако необходимо отметить, что выводы, приведенные в работах этих учёных, скорее справедливы для решений, вырабатываемых диспетчерским аппаратом при оперативном регулировании в единичных процессах, а именно при выборе назначения отдельному судну.

Определение точности прогноза на морском транспорте рассматривал Лехан Ю. К. Однако и здесь точность прогноза определяется лишь для ходовой составляющей рейса судна, а практические предложения сводятся к последующему уточнению этой величины на основе статистических данных.

Поэтому нами в диссертации предложены следующие выражения для определения продолжительности цикла регулирования с учётом совокупности всех вариантов возможных рейсов (назначений) судов:

О)

1Ч (2)

^д = (\пРь-\аРусл)гнЪт\о%п (3)

где —соответственно необходимый и возможный циклы регулирования, причем ;

tг — затраты времени на сбор, передачу и обработку данных; 'и»'ярЛ - затраты времени соответственно на получение

прогноза транспортного процесса, определение назначений судам или выработку регулировочных воздействий и корректировку решений, и доведение информации по принятым регулировочным воздействиям до соответствующих исполнительных органов; .

/рр.— резервное время, необходимое для корректировки управляющих воздействий;

— период времени, в течение которого и® происходит изменений, требующих немедленного вмешательства управленческого дппарата;

Русл, Р^ —вероятность достижения цели управления соответственно с учётом и без учета внутреннего сопротивления (применительно к рассматриваемому нами вопросу внутреннее сопротивление источника равно продолжительности цикла регулирования);

Ги -время исполнения-решения или информационное сопротивление нагрузки;

п — число всех вариантов возможных- рейсов (назначений) судов (на каждый момент времени рассматривается совокупное число судов, кочорым целесообразно изменить или определить назначение).

Величина х н равна или средней продолжительности рейса, или продолжительное™ среднего оборота судна.

Отметим, что вероятность достижения цели управления Русл

может отражать количество полезной информации или степень достижения цели (например, вероятность достижения прибыли, снижения простоев флота в ожидании грузовой обработки или увеличения производительности работы флота и т. д.).

Зависимость допустимого цикла регулирования от вероятности достижения цели с учетом времени оборота судов и вариантов возможных рейсов иллюстрируется рис. 4.

Необходимая продолжительность цикла регулирования предъявляет высокие требования к минимизации затрат времени на сбор, обработку информации, получение прогноза транспортного процесса. Исходя из реальных условий, достигнуть таких временных параметров (при использовании ПЭВМ), которые бы укладывались в рамки 5-6 ч, возможно а ближайшей перспективе при организации передачи данных с судов и одновременном автоматизированном прогнозировании нх движения и обработки. Поэтому период прогноза транспортного процесса должен выбираться такой длительности, в которой обеспечивалась бы достаточная надежность достижения цели. При этом должно быть соблюдено условие возможности выработки решений до момента возникновения потребности в них в реальном времени.

При возрастании периода прогнозирования с одной стороны имеет место увеличение ценности информации, а с другой-процесс обесценивания (старения). Оба процесса довольно очевидны, с ними приходится сталкиваться во всех задачах управления и особенно оперативного планирования и регулирования. Во всех случаях оба процесса имеют разные причины и очень сложный характер.

Однако применительно к практическим задачам как одно из приближений эти процессы рекомендуется описывать функциями от времени по следующим зависимостям:

ЛсО) = Л?ахе (4)

4,(0 = #"<1-« ~Г-') (5)

Рис. 4 Зависимость допустимого цикла регулирования от вероятности достижения цели с учётом времени оборота судов и вариантов нозможных рейсов. (Здесь зависимости !, 2, 3, 4 соответствую г 100, 200, 300,400 вариантам возможных рейсов судов)

гдеЛс(^,Л0(() — соответственно зависимости сшшения и повышения ценности информации от времени старения и периода прогнозирования;

л.ках цмах ,

лс ,А0 — соответственно максимальная ценность информации, которую можно потенциально достигнуть при выполнении оперативных планов и прогнозировании транспортного процесса. Другими словами, это степень выполнения оперативных планов и достоверность автоматизированного прогноза;

тс, т0 - постоянные ста^'.кя Е5 обновления информации; / — период прогнозирования.

На основе анализа статистических дзаных зависимость ценности информации от временна показана иа рис 5. Здесь кривые 5,3 обозначают соответственно зависимость снижения ценности (старения) информации от времени соответственно при прогнозировании а условиях информатизации н существующих методах.

Кривые 2,4 обозначают зависимость повышения ценности информации от периода прогнозирования транспортного процесса соответственно в условиях информатизации и существующих методах. Точки пересечения кривых 1, 2 и 3, 4 и определяют целесообразный период прогнозирования. Как видно на рис. 5, период прогнозирования в условиях информатизации определяется зоной (с учетом точности параметров), которая меньше существующего периода оперативного планирования работы флота, равного 10-11 сут.

Период прогнозирования можно определить и аналитически, задаваясь величиной допустимой ценности информации и исходя из выражения (4):

tp={\nЛc¿>+\nAcax)t?c> (б)

где (р -оптимальная продолжительность периода прогнозирования, сут;

Л^ —допустимая ценность информации.

Определение периода прогнозирования, основанного на вышеприведённом подходе, является необходимым, но Недостаточным

21

л

Рис. 5 Зависимость ценности оперативной информации от продолжительности периода прогнозирования

шагом. Эффективность прогноза зависит от его адекватности действительному развитию транспортного процесса, которая определяется в основном по контролируемым показателям и от достоверности входных данных.

В диссертации дано обоснование эффективности и предложены методы автоматизированного обеспечения достоверности входных данных. Наряду с традиционными дано описание методов, основанных на моделировании транспортного процесса. Обеспечение достоверности данных позволяет на базе единой информации решать широкий круг задач по оперативному управлению работой флота

Таким образом, повышение уровня информатизации оперативного управления с целью повышения эффективности работы флота необходимо осуществлять путём координации решения задач те-

¡сущего и оперативного планирования ш на основе оперативного прогнозирования движения и обработки судов с применением диалоговой имитационной уодели. При этом обеспечивается более высокая надёжность вырабатываемых решений путём определения оптимальной продолжительности циклов регулирования и периода прогнозирования и на основе комплексной системы сбора, обработки и автоматизированного повышения достоверности оперативной информации о работе флота.

В третьей главе обоснованы критерии и разработаны методические основы расчёта рейсовых эксплуатационных расходов, определения скорости движения, расхода топлива и смазки, модели оптимизации рейсового планирования.

Применительно к задачам управления транспортным процессом использовались различные критерии эффективности в зависимости от решения конкретных задач. В условиях рыночных отношений логичным является использование в качестве критерия показателя прибыли. Однако прибыль не всегда может служить показателем зффеетквности. На основе анализа методов оценки эффективности предложен комплексный показатель, который определяется по следующему выражению:

^ Р~3

Ф = — , (7)

где Ф— комплексный показатель эффективности;

Р — результаты, включающие оценки различной природы, приведённые в стоимостном выражении;

3 — суммарные затраты.

Заметим, что Фне есть отношение прибыли к расходам, т.е. рентабельность, хотя в частном случае показатель может принимать значение рентабельности. Принципиальное отличие заключается в том, что результаты отражают не только собственно экономические показатели, например, доходы, но и оценки функциональной и физической эффективности, характеризующие воздействия внешней среды, т.е. в основном через потребительские параметры. Функциональные и физические критерии отражают стремление оценить степень удовлетворения потребностей в перевозках, конкуренто-

способность по сравнению с другими видами транспорта, в том числе качество перевозок, скорость доставки груза и т. д. Однако здесь проблема заключается в переводе функциональных и физических оценок в стоимостные: положительные и отрицательные. В отдельных случаях это возможно. Так, например, на уровне оперативного управления при выработке стратегии ценообразовании, оптимизации режима движения судов дополнительно учитываются потери грузовладельца от снижения скорости доставки груза.

Эти потери могут быть учтены.штрафной функцией вида: о

^ = (8)

где ()э - эксплуатационная загрузка судна;

Цг р - цена перевозимого груза, тыс. руб.;

вр — кредитная ставка на момент перевозки, в долях единицы;

í¡c —ходовое время на каждом к — ОМ элементарном участке -водного пути, ч.

• В других случаях функциональные и физические оценки различной размерности приводятся к единому безразмерному виду. В связи с этим нами в работе приводится алгоритм определения комплексного критерия, который используется при выборе маршрутов движения судов по нескольким показателям, назначаемых специалистом, исходя из эксплуатационных ситуаций.

Наряду с выбором критерия управления достаточная полнота и точность данных является необходимым условием высокого качества управления. В данном случае это относится к проблеме использования норм следования и обработки судов при решении задач оперативного управления. Так использование существующих норм следования и обработки, которые разрабатывались для текущего планирования и оценки работы экипажей судов, приводит не только к существенным погрешностям, но и сводит к нулю эффективность принятия решений. В диссертации показано, что в каждом конкретном случае (т.е. для целей оперативного планирования)

продолжотельность операций необходимо определять с погрешностью в диапазоне максимального и минимального значений, которые могут быть получены исходя из баланса точностей и на основе коэффициента вариации разных операций по следующим выражениям:

а _ а _ К О-уР) .

где Я. % - коэффициенты вариации соответственно длительности обслуживания и ходового времени;

оценки возможных значений среднестатистической величины известен в математической статистике иод названием травило трех сигма»(К =1 + 3);

1и — интервал отправления или прибытия судов;

р — коэффициент резерва пропускной способности причалов.

Расчеты по (9) показывают, что применительно к оперативному управлению продолжительность операций обработки и движения должны определяться соответственно с точностью, не превышающей: =0,166, &х = 0,015. Отсюда возникает проблема определения продолжительности транспортных операций при решении задач оперативного управления.

Автором диссертации разработаны методики и технология, обеспечивающие существенное повышение точности определения продолжительности ходовых и грузовых операций нефтеналивных судов, а также и технологических затрат времени на основе информатизации транспортного процесса. Для этого используется более глубокая дифференциация ходовых слераций по неоднородным участкам водных путей, учётом эксплуатационной загрузки и особенно индивидуальных характеристик судов, в том числе характеристик корпуса, двигателя, движителей, производительности на-

сосных установок и т.д., а также и других внешних факторов. Технологические затраты времени определяются путём моделирования движения и обработки судов. Практические автоматизированные расчёты по определению'продолжительности операций показали возможность осуществления такого подхода в реальном режиме

Аналогично более жесткие требования предъявляются и к повышению точности расчётов эксплуатационных расходов. С этой целью предлагается следующие группировки прямых и распределяемых эксплуатационных расходов, необходимых для их расчета по каждому конкретному рейсу:

зависящие от продолжительности рейса, с учётом района плавания и страны пребывания (затраты на оплату труда с рационом бесплатного питания, отчислениями на социальные нужды к др.):

Щгер ~ р)>

зависящие от продолжительности рейса, соотношения ходово-

го и стояночного времени, скорости и загрузки судна (затраты на горюче-смазочные материалы): КЦер — /{ , (Уд,»»Г );

определяемые стоимостью обслуживания судов в пунктах отправления, назначения и проследования (комплексное обслуживание, портовые и канальные сборы): ^ер =

расходы, независимые £>т объема транспортной работы, а та величина относится на конкретный рейс в зависимости от планового периода эксплуатации судна (амортизация основных фондов, затраты на ремонт и др.): ^уюс = /('э);

распределяемые расходы» которые относятся на транспортные суда по установленным нормативам или пропорционально статьям затрат (управленческие расходы, связь, налоги, сборы и платежи)и

^рас ~ /(гпер) •

Скорость судна является величиной, зависимой от числа-участ-ков водного пути, которые характеризуются разными глубинами, потерями, приращениями скорости, загрузкой судна, а также эксплуатационными условиями, исходя из которых определяется скорость по каждому участку и продолжительность рейса.

Наибольший удельный вес, а, следовательно, и влияние на рейсовые расходы оказывают: расходы на топливо и смазху(17-35%); прочие прямые расходы (30-45%), затраты на зарплату со всеми доплатами и начислениями(10-15)%.

Прочие прямые расходы за последние годы резко возросли. В настоящее время они включают в себя следующие статьи расходов:

затраты на страхование транспортных судов;

затраты на зачистку грузовых танков согласно требованиям правил перевозок грузов;

часть расходов на оплату налогов (дорожный и специальный налога);

оплата портовых и канальных сборов;

другие прочие (дисбурсментские счета, оплата за использование внутренних водных путей, услуги банка и аудит, содержание зданий, почтово-канцелярские, представительские, реклама и т.д.). В прочих прямых расходах наибольший удельный вес составляют канальные и портовые сборы. Поэтому нами они рассматриваются обособленно.

Наиболее сложной и менее разработанной проблемой является определение расходов на топливо и смазку в зависимости от заданной скорости и условий плавания.

В этой связи нами по этой проблеме анализировались работы Анфимова В.Н., Басина A.M., Бородая И.К., Ваганова Г.И.,Войт-кунского Я.И., Кацмана Ф.М., Кулибаиова Ю.М., Кутыркина В.А., Павленко В.Г., Самыкина Г.А., Шапошникова Е. М. и др. Этими учеными более основательно исследованы вопросы определения скорости движения судов н составов. Менее разработанными являются вопросы комплексного подхода к определению скорости и расхода топлива. Основными недостатками предложенных методов расчета скорости и расхода топлива являются следующие: отсутствие достаточно точной зависимости часового расхода от скорости движения судна; расчет расхода топлива определяется только для номинальной скорости судна, что нереально для практических условий и тем более не позволяет оптимизировать режим движения; отсутствие ограничений по среднему эффективному давлению и > оборотам не гарантирует получения достоверных данных; в основе всех расчётов положены паспортные характеристики типа судна,

которые не учитывают пропульснвное качество каждого судна, изменяющееся в процессе эксплуатации. Проблема учёта пропуль-сивного качества судна основательно разработана Кацманом Ф.М.

Поэтому в диссертационной работе на основе известных исследований обоснована необходимость комплексного учёта влияния на скорость и расход топлива следующих факторов:

характеристик корпуса судна (длина, ширина, осадка и коэффициенты полноты) и гребного винта;

стендовых характеристик и наработки главного двигателя; изменений, связанных с обрастанием корпусов судов, работающих в морских бассейнах;

ветро - волнового режима и глубины водного пути. Все другие факторы и изменения пропульсивного комплекса учитываются на основе периодических натурных испытаний и вносятся в модель расчёта с помощью специального метода.

Суть разработанной методики состоит в том, чтобы исходя из равенства упора винтов и силы сопротивления определить число оборотов двигателя и среднее эффективное давление, при которых достигается заданная скорость. Если при этом полученные величины больше номинальных оборотов или среднего эффективного давления для данного двигателя, то такая скорость считается недостижимой и рассчитывается максимальная при данных условиях скорость. Таким образом, методика должна во всех случаях производить расчет исходя из условия, что двигатели не эксплуатируются при перегрузке.

При этом необходимо использовать два типа характеристик -паспортные и результаты натурных испытаний. Первые должны соответствовать «новому» судну и стендовым испытаниям двигателя и являться постоянными для конкретного судна. Они изменяются лишь при замене винтов, установке двигателя нового типа и т.п. Второй тип характеристик нужен для приведения нового судна к «реальному».

Определение расхода топлива главными двигателями при заданных скорости и условиях плавания осуществляется двумя последовательными шагами.

Сначала необходимо решить следующую систему уравнений:

Ме{п,ре\

при ограничен!!« рг Реп^ ^л»

где Р(П,У), — соответственно упор винтов и сила сопротивления корпуса судна с учётом всех составляющих (глубины водного пути, осадки судна, междокового периода), Н;

{й,ре~} — мощность, соответственно, иодаедйниая к пинтам и двигателей, кВт;

рвп — номинальное среднее эффективно® давление, Ш / СМ ;

Пп — номинальные обороты двигателя, об/мин. ' .

Решением системы язляетея набор величий: старость при данных условиях плавания, Ю - обороты двигателя и р@ - среднее эффективное давление. Заданная скорость становится искомой Е®лгг-чиной, если ограничения! не нарушены. В противном случаз находится возможная при данных условиях скорость и соответствующие ей обороты двигателя и среднее эффективное даэлеии®.

Второй шаг - определение расхода топлива двигателя при за- -данных эффективном давлении н оборотах. Для решения этой задачи строится интерполяционная функция по значениям ре, П и СI иЮОО, снятым с номограмм двигателя.

Точность вычислений зависит от точности функций

Упор винта и мощность на винте Ж(й)опрэделя!отся

по известным формулам:

Р(п) = К1рп2В2;М(п) = К\2ярОъг?\ (П)

где U - число оборотов двигателя; D - диаметр винта, м;

Кун К'1~ безразмерные коэффициенты упора и момента внн-

та, определяемые по расчётным диаграммам гребных винтов.

Для расчёта винтов с насадками существуют некоторые особенности, которые подробно описаны в литературе.

Сопротивление судна на спокойной воде определяется по формуле, Н:

' (и)

где О - площадь смоченной поверхности корпуса судна, м;

Сек >Сй> "коэффициенты соответственно вязкостного и волнового сопротивления, зависящие от геометрии корпуса и его состояния, глубины, температуры воды, шероховатости и обрастания корпуса, коэффициента счала состава и других факторов. Их значения определяются по методикам Ваганова Г.И., Кацмана Ф. М., Павленко В.Г.

Мощность двигателя определяется по формуле:

. Ме(п>ре)= Апре> (13)

где А — кЫепПпреп - постоянная двигателя, к - коэффициент, зависящий от времени наработки двигателя.

Расход топлива определяется с помощью лагранжевой интерполяции номограмм двигателя:

С1(р-рет) + в2(реп-р)п = ----,

1000{реп-рет) Р - Рет

&{п>Ре) ~ ТТГГ" » (,4>

МвРет

Р < Рет

где С?} ,(¿2 ~ соответствующие значения расхода топлива, определяемые по номограммам двигателя при значениях Реп*Рет»

30 .

(г/ч)/(об/мин);

Рет ~ минимальное эффективное давление, Па. Уравнения (10-14) есть математическая модель системы: корпус, двигатель, движитель. Конкретный вид модели определяется двумя параметрами кг и кп, которые находятся решением следующей задачи:

П

п,

и

—> гаш,

8

8 н

—> шю,

(15)

при ограничениях

F(«) = ¿rЯ(vsГн), М(п) = кпЫе(п,ре), ё = С{п,ре), 0<кг <2,

0 < кп < 2.

(15)

где gн - часовой расход топлива при скорости \н, оборотах Пн и осадке Ти, полученных при натурных испытаниях судна на глубокой

Найденные таким образом коэффициенты используются для корректировки значений сопротивления воды и мощности двигателя. При этом, естественно, не корректируется величина сопротивления корпуса от глубины пути, волнения и ветра в соответствии с требованиями натурных испытаний.

Необходимо отметить, что результата расчётов различаются по сравнению с зависимостями, полученными на основе натурных испытаний, не более чем 4%.

Расчёт расхода топлива и скорости производится для каждого

элементарного участка водного пути и по всем участкам планового

1 расхода смазки и топлива по вспомогательным дизель -генераторам, на отоплений и хозбытовые нужды определяется по простейшим эмпирическим зависимостям, проверенным на практике по натурным ишыташшм судов и данным статистического анализа. •

Расход топлива га подогрев определяется на основе исследований д.т.и. ¡S.A. Кутыркина.

Расход топлива иа заданный период определяется по всем судам и составляющим:

в ходу с грузом и порожнем для танкеров;

е ходу с груженым и с порожним составом для толкачей;

иа стояночных операциях (погрузка, выгрузка нефтегрузов и сухогрузов и прочих стоянках) и шлюзовании;

иа хозбытовые нужды и отопление независимо от режимов движения и стоянок; . на подогрев мефтегрузов и другие нужды.

В диссертации приведены расчётные формулы по определению расчёта расхода масла вспомогательными и главными двигателями.

Все разработанные методики внедрены в производство и послужили базой для разработки моделей оптимизации режима движения судоз.

Оптимизация режима движения судов сводится к выбору экономичной скорости движения.

Анализ эксплуатационных ситуаций позволил выделить среди многих следующие три режима оптимизации движения судов:

максимизация экономии топлива по заданному времени прибытия;

минимизация прямых расходов без ограничения времени прибытия;

оптимизация прибыли без ограничения срока доставки.

Экономическая сущность первого режима заключается в том, что заранее известно о простое судна в пункте прибытия. Время простоя не регулируется.

Модель оптимизации имеет:

N

ЦтХ8к(*к)-*™м 'О6)

1=1

ШИП

к=I

<Т3

(17)

где расход топлива ка каждом к — ОМ элементарном участке водного пути» т;

N — число элементарных участков водных путей, ®д.; ■

о ПНЮ • ти"

—минимально® ходовое »рема иа каждом IX —ОМ

элементарном участке водного пути, исхода из максимальной или нормативной скорости движения судна, ч;

¿¡£ — оптимально® ходовое время иа каждом к— ОМ злшен-тарном участке водного пути, ч; - -

¿шах "" "" " ь

I^ —максимально® ходовое время на каждом К — ОМ элементарном участке водного пути, исхода из минимальной сетреста движения судна, определяемой по 'ограничениям управляемости судна или устойчивого режима работа главных двигателей, ч;

Г3 —ходовое время, которое определяется из заданного момента прибытия судна, ч.

Экономическая сущность второго режима заключается в том, что судно должно выдержать общую норму ходового времени рейса или договорное время прибытия. Такая эксплуатационная ситуа-

цня характерна, например, для судов, находящихся в аренде. В этом случае оптимизируются все прямые расходы, включая и расходы на топливо.

Модель оптимизации имеет вид:

N N

Цт Е 8к(*к)+г Т.*к ™п - ¿=1 ¿=1

<!к< ^ (20)

N

I *=1

. • (21)

где Г —прямые расходы по судну, зависящие от продолжительности рейса (кроме расходов на топливо и смазку) за единицу времени, тыс. руб.

В том случае, когда возникает необходимость повышения провозной способности флота, а, следовательно, и прибыли, при оптимизации необходимо учитывать возможную потерю доходов или производительности флота. Здесь экономия топлива должна соотноситься с потерей доходности от снижения скорости движения судна, т. е. в качестве критерия оптимизации выступает прибыль.

Модель оптимизации принимает вид:

N

дэё-цт ЪёМ

к=1

■*> тах

(22)

N

сот

¿=1

4 ШЕИ ^ 4 ^ л

тах

(23)

где ё — доходная-или фрахтовая ставка, тыс. рубУсут.;

ст

общее нормативное стояночное время рейса, ч.

Первые две задачи оптимизации решаются методом множителей Лагранжа. Модели оптимизации прибыли без ограничения срока доставки реализуются методом покоординатного спуска (метод Гаусса-Зейделя).

Таким образом, в составе данной главы разработаны методические вопросы рейсового планирования, в том числе методы определения скорости судов и расчёта расхода тошшва и смазки, модели оптимизации режима движения судов по критериям, выбираемым в зависимости от различных эксплуатационных ситуаций. 'Разработанные методические вопросы позволяют решать задачи, выходящие за круг вопросов рейсового планирования, и, в частности, определять комплексные нормы расхода топлива н следования судов (составов), более точно осуществлять обоснование зффектишюета текущих и перспективных перевозок грузов.

Методы расчета рейсовых расходов и модели оптимизации внедрены в составе АРМ, с помощью которых планируется работа отдельных судов с любым горизонтом планирования. •

В четвёртой глазе приводится декомпозиционная модзль планирования работы флота а условиях децентрализованного управления, производится обоснование модели и методов имитации транс-

портных операций, а также отдельные методы оценки работы флота и оперативны» решений.

Иекледовамня ио вопросам совершенствования оперативного планирования и регулирования проводились Бутовым A.C., Зарубиным В.Д., Захаровым В.Н., Леханом Ю.К., Разжившшм И.Н., Фе-дкмшным В.М., Шпаченковым Ю.А., Ширяевым Е.В. и многими другими авторами.

Общш для всех указанных работ является то, что из них комплексно ке учитывались все взаимосвязи с уровнями годового, месячного, декадного планирования. В предлагаемых математических моделЕХ оперативного планирования и регулирования не рассматривалась проблема преодоления возникающей неопределённости в процееее решения задач. Она вытекает из того, что при рассмотрении всей совокупности взаимосвязанных судов и пунктов сбргбэт-км для определения назначений судам, обеспечивающих их обработку е минимальными технологическими операциями, необходимо знать последовательность обработки судов. Для определений нее последовательности обработки судов необходимо знать их назначения; Поэтому практически во всех.задачах использовались среднестатистические'нормы обработки и без оценки погрешности их применения. Кроме того, решение этих задач методами математического программирования чрезвычайно затруднительно из-за большой размерности, большого числа ограничений и условий. Поэтому в работах Бутова A.C., Захарова В.Н. предлагалось решение таких задач осуществлять на основе методов имитационного и ситуационного моделирования.

На основе анализа всех работ по этому направлению автором диссертации решение задач оперативного планирования предложено осуществлять методом декомпозиции с использованием диалоговой имитационной системы и аналитических методов определения длительности ходовых операций и времени обработки в рамках координации с другими задачами.

Основная идея методов декомпозиции состоит в том, что исходная задача большой размерности (сложности) заменяется совокупностью взаимосвязанных подзадач, решения которых скоординированы по определённым принципам и которые позволяют получить решение исходной задачи. Используя эту идею, нами предло-

жемо решать задачу оперативного плакирования в три этапа.

На первом этапе прогнозируются моменты прибытия и продолжительности обработки судов, определяются назначения судам с соблюдением необходимых ограничений. Такое прогнозирование может осуществлять в двух вариантах: на основе имитацкоииой модели и совокупности рейсов судов, задаваемых специалистом.'

На втором этапе уже находятся рациональные назначения с учетом потенциально возможных, т. е. по существу производится переназначение (в дальнейшем регулирование) таким образец чтобы последние приводили к минимизации задаваемых критериев.

На третьем этапе производится оптимизация режима движения судов при известных прогнозных моментах прибытия судов.

Исходная информация задачи регулирования назначений судам выглядит следующим образом.

1. Имеется прогноз движения и продолжительность обработки судов на заданный период и в том числе моментов отправления I! прибытия судов по пунктам и количества отправленного (погруженного) груза (степень выполнения договорных обязательств).

2. Заданы пункты, из которых груз должен быть обязательно отправлен в корреспондирующие пункты в соответствии с договорными обязательствами.

3. Известны прогнозы простоев каждого судна, в том чнелз в ожидании причалов, грузов (емкостей, складов). .

4. Имеются суда, назначенные в конкретные пункты, с варлш{-тами возможных назначений в другие пункты.

5. Имеются суда, подлежащие перераспределению из порожке-го совокупного потока судов.

6. Все суда, имеющиеся в наличии в данном периоде, должны быть рассмотрены.

7. Известны все постоянные параметры обслуживающей системы и текущие на начало периода.

Для дальнейших рассуждений введём следующие оСючизчечия',

ф—индекс судна; ^=1,2,., т; г—индекс типа судна; / = 1,2,., л;

Г,/*,/ ,р—соответственно индексы рода груза, пунктов погрузки, выгрузки, перевалки;

(р — период времени прогнозировании (регулирования), сут.;

/—текущий момент времени, дата, часы; . &^г_иорма загрузки суднаф — го типа в направлении /I

Г — ьш грузом, т;

— задание на отправление груза в момент времени I, т; Хщ —увеличение (уменьшение) ходового времени ф — го судна в направлении ./I в результате изменения первоначального пункта назначения; .

Тф — сокращешш ожидания судна в пунктах /,1,р в результате изменения первоначального пункта назначения;

Дг^/у —увеличение ходового времени ф—го судна из 1-го

пункта в /—ьш пункт в результате изменения первоначального пункта назначения;

Жфцг, Ху —отправление ф — го судна в момент времени t

соответственно с Г — ОШ грузом из / — го пункта в / — ый пункт и из / - го пункта в/—ьш пункт;

—прибытие ф — го судна в момент времени ( соответственно с г — ым грузом из /—го пункта в I — ый пункт и в момент времени Г;

Р^ф —расходы ф—го судна по каждому ] — му рейсу;

£)ф - доходы ф — го судна по каждому / — му рейсу;

Фк — комплексный показатель (критерий). С учетом введенных обозначений формальная модель выбора и

регулирования назначений может описана а следующем виде:

перераспределить (согласовать, переназначить) прибытие и отправление судов из имеющегося первоначального плана или прогноза назначений и возможных назначений

таким образом, чтобы один из выбранных ниж© критериев принимал оптимальное значение: •

Л

г^тах (29)

] ф } ф кст

Е1%-»тт (30)

' I Ф

ЕЕ(%-%)-»тах (31)

)Ф

Фк тах • (32)

При этом должны бьйъ выполнены следующие условия и ограничения:

1. Обязательное отправление г — ых грузов из некоторых / - ых пунктов в / - ОМ направлении за период £р

' (33)

ф . '' ■

2. Закрепление отдельных судов зз определенными линиями.

3. Невозможность назначения некоторых судов в отдельные пункты, а также ряд других ограничений.

Нахождение решения с помощью сформулированной выше модели относится к классу задач управления расписанием, для ре-

шення которых пока не существует строгих математических методов. Диалоговые имитационные системы позволяют находить решения с использованием как формальных, так и неформальных методов. При этом вся расчетная работа осуществляется ЭВМ, а оценку результатов и принятие решений осуществляет специалист, который в конечном счете решает вопрос о назначении судов.

Выбор производится на основе элементарных графов, на которые разложена рабочая (проектная) схема навигационной расстановки, которая передаётся по каналам межуровневой координации.

В соответствии с этими.графами для каждого судового потока определяется группа пунктов назначения, расположенных в порядке возрастания порожнего пробега на графе водных путей. Группа пунктов образует дерево - граф назначений. При этом на кавдом направлении общего потока порожнего тоннажа может распределиться несколько однотипных судов, а одно и то же судно рассматривается по всем возможным вариантам назначения.

Аналогичный граф образуется при определении назначений и в пункте погрузки, где, как н для порожних, определяется рад назначений для груженых судов в соответствии с графиком отправления грузов. Тем самым проверяется возможность отправления груженых судов конкретных типов в указанные пункты назначения с учетом приоритетов по судну или по грузу. При этом пункт назначения груженого судна может совпадать с начальным заданным пунктом, тем самый образуется круговой рейс судна. В частном случае пункт выгрузки может совпадать с пунктом погрузки.

Если в результате рассмотрения этого графа оказываются не-назначенные порожние суда, то они рассматриваются на следующем графе с вершиной, лежащей в направлении общего стока тоннажа. Для этого в графе выделяется определенная цепь:

Тем самым формируется каждый раз сводный поток порожних судов.

Согласование моментов прибытия и времени обработай производится как для пунктов погрузки, выгрузки, так и сошеотш .даш тех га других. Смысл согласования заключается в назначении судна в свободный временной интервал. Это возможно при выполнении следующих условий:

(ф - момент занятия ф—ым судном причала (ГВП) в пункте погрузки;

1ф - момент освобождения ф — ЫМ судном причала fe пункте погрузки или выгрузки;

Тф —продолжительность обработки ф — so судна ио груши® операций р, при производстве которых причал является занятым;

ЛТфЖ,Атф— продолжительность ожидания причала ф — им судном соо шетственно прогнозная и нормативная (допустимая).

Первое условие (35) означает, что рассматриваемое судно попадает в свободны¡; интервал или справа на временном интервале нет назначений судов.

Второе условие (36) означает, что судно ожидает начала обслуживания, продолжительность которого не более допустимой величины.

В третьем случае (37) следующее за рассматриваемым судно будет ожидать освобождения' причала в результате назначения второго судна.

Для составов определяются момент отправления, продолжительность ожидания отправления состава, продолжительность охен-дання каждой секции и толкача соответственно по выражениям:

1°т = шах|^ь4,-4) (32)

09)

Т°ж = тах{тГ }> (40)

где ts — момент отправления 5-го состава;

~ момент готовности к отправлению п — 011 секции Э — го

состава;

п — число секций в Л — ом составе;

ОЖ ОЭ1С

ГЛ ,Т5п —соответственно продолжительность ожидания • толкачом н П — ой секцией формирования состава.

На основе декомпозиционной модели и методик нами для пароходства «Волготанкер» был разработан технорабочий проект подсистемы «Оперативное планирование и регулирование работы флота», который принят к внедрению.

В пятой главе дан анализ результатов внедрения разработок и сфера возможного использования и дальнейшего совершенсгвова-

пия, а также дана экономическая оценка эффективности информатизации оперативного управления.

Дальнейшее совершенствование связано с применением в судоходных компаниях системы единых критериев и стандартоа оценки как производственных, так и управленческих подразделений. В первую очередь это относится к введению единой системы стандартов на все виды производственных издержек. Отклонения от примятых стандартов являются основой оценки и стимулирования как экипажей судов, так и управленческих подразделений.

Сфера использования исследований и разработок диссертации может быть расширена также за счёт их применения в других судоходные компаниях. При этом все методические решения могут быть использованы без доработки к конкретной судоходной компании.

Практически с минимальной «привязкой» к условиям конкретной судоходной компании могут использоваться АРМ:

I. Планирования и оптимизации рейсовых эксплуатационных затрат и режима движения судов по участкам водных путеГ5 при перевозке различных грузов в зависимости от оперативной обстановки и с учётом их индивидуальных характеристик;

2. Нормирования, планирования и учёта расхода топлипа по транспортным судам;

3. Анализа расхода топлива по транспортным судам в зависимости от различных факторов (ветрового к волнового режимов, глубины водного пути, температур воздуха и воды и др.); •

4. Обоснования тарифных, фрахтовых и тайм-чартерных ставок с учетом заданной рентабельности.

Использование исследований и разработок, приведённых в настоящей диссертации, может существенно снизить затраты на управление, сократить сроки разработки и внедрения рассмотренных задач в других судоходных компаниях.

Кроме того, на основе выполненных исследований по заказу АО «Пароходство «Волготанкер» и других су; ходных компаний выполняются дальнейшие разработки, в том числе по обоснованию комплексных норм ходового времени судов и расхода топлива по участкам водных путей, системы расчёта показателей навигационного бизнес-плана работы флота, созданию АРМ по обработке данных и моделированию

натурных испытаний судов и составов, расчёта показателей экономической эффективности использования иоаых типов судов с учётом их района плавания.

Наиболее важными результатами выполненных исследований автор считает следующее:

внедрение в практическую деятельность комплексной системы сбора, передачи, обработки и автоматизированного контроля оперативной информации о ходе транспортного процесса применительно к современному уровню развития технических средств, обеспечивающей решение задач статистического учёта, оперативного контроля и анализа работы подвижного состава;

реализация информатизации задач управления с координацией на всех уробнях в составе единой компьютерной технологии управления АО «Пароходство «Волготанкер»;

разработка диалоговых имитационных моделей решения задач оперативного планирования и регулирования работы нефтеналивного флота в автоматизированном режиме с учётом ограничений: по маршрутам следования судов и составов; пропускных способностей причалов; ритмичности транспортного процесса; выполнения . договорных условий использования флота; реальных характеристик судов и составов и участков водных путей;

разработка новых аналитических методов расчёта нормативной базы подвижного состава й обоснование на этой основе целесообразной глубины планирования при оперативном управлении транспортным процессом;

разработка вопросов информатизации и методики расчёта сметы эксплуатационных расходов по индивидуальным судам за период планирования (рейс, оборот, совокупность оборотов) с дифференциацией затрат топлива и смазки на движенческие, технические и технологические операции, а также прочих прямых расходов в автоматизированном режиме;

исследование и разработка методов расчёта расхода топлива и скорости движення.судов по участкам водного пути с использованием расширенной базы информации, характеризующей параметры судов и участков водных путей;

решение задач оптимизации режима движения судов и составов при рейсовом планировании в зависимости от эксплуатационных ситуаций и условий плавания.

На основе исследований под руководством автора диссертации ■ разработаны методические положения, информационное обеспечение, алгоритмы и программы для создания следующих автоматизированных рабочих мест:

1. Оптимизации режима движения судов по участкам водных путей при перевозке различных грузов в зависимости от оперативной обстановки и с учётом индивидуальных характеристик судов и участков водного пути.

2. Нормирования, планирования и учёта расхода топлива по транспортным судам.

3. Обоснования тарифных, фрахтовых и тайм-чартерных ставок с учетом заданной рентабельности.

4. Расчёта эксплуатационных расходов по судну за рейс по статьям в зависимости от условий плавания и портов обработки.

5. Анализа расхода топлива по транспортным судам в зависимости от различных факторов (ветрового и волнового режимов, глубины водного пути, температур воздуха и воды и др.).

Названные АРМы используются в эксплуатационной деятельности АО «Пароходство «Волготанкер».

Кроме того, на основе выполненных исследований по заказу АО «Пароходство «Волготанкер» и других судоходных компаний выполняются дальнейшие разработки, в том числе по обоснованию комплексных норм ходового времени судов и расхода топлива по участкам водных путей, системы расчёта показателей навигационного бизнес-плана работы флота, созданию АРМ по обработке данных и моделированию натурных испытаний судов и составов, расчёта показателей экономической эффективности использования новых типов судов с учётом их района плавания.

Теоретические исследования диссертации используются в учебном процессе ВГАВТа по дисципли: лм «Оперативное управление работой флота», опубликованы в конспектах лекций и внут-ривузовских изданиях и использованы в качестве базы при разработке эксплуатационного тренажера.

Основное содержание исследований и результаты их внедрения

45

докладывались автором на Всесоюзных конференциях НТО морского и речного транспорта, на коордиционном совете Минречфло-та, на научно - технических конференциях ГИИВТа, техническом совете АО «Пароходство «Волготанкер».

Всего по теме диссертации автором опубликовано более 50 статей, учебных пособий и тезисов докладов на научных конференциях общим объёмом свыше 28 печатных листов, в том числе авторских - более 25 печатных листов.

Ряд методических разработок и практических рекомендации изложены в отчётах по научно-исследовательским и проектным работам (общим числом более 10), выполненных автором в период 1985 - 1997 гг. в качестве научного руководителя.

Основное содержание диссертации и научные положения опубликованы в следующих работах автора:

1. Методика согласования моментов отправления судов с пропускной способностью порта назначения.-Тр./ГИИВТ, вып. 119, ч.2, 1973, с. 142- 153.

2. Обнаружение и исправление ошибочной информации.-Ж. «Речной транспорт», №7,1975, с.ЗО.

3. Устранить двойной учёт работы флота.-Ж. «Речной транспорт», №10, 1975, с.27 (в соавторстве).

4. Первая очередь АСУ пароходства «Волготанкер». Передовой опыт и новая техника, сб. ЦБНТИ Минречфлота, 1976, вып.З (27), с.3-7.

5. Развитие информационного обеспечения АСУ.-Ж. «Речной транспорт», №10,1976, с. 30-31 (в соавторстве).

6. Методические основы создания автоматизированной подсистемы оперативного учёта и анализа работы флота в пароходстве «Волготанкер» (статья).-Тр./ГИИВТ, вып. 149, 1976, с. 108 - 119 (в соавторстве).

7. АСУ «Пароходство» - перспективы развития.-Ж. «Речной транспорт», №6,1977, с. 23.

8. Некоторые вопросы моделирования взаимодействия работы флота и портов. - Тр./ГИИВТ, 1977, вып. 154, с. 110-121.

9. Опыт разработки и внедрения АСУ пароходством «Волготанкер».-Сб. .ЦБНТИ МРФ «Передовой опыт и новая техника», вып. 7 (43), 1977, с. 3-10 (в соавторстве).

10. Опыт внедрения подсистемы «Оперативный учёт и анализ работы флота».-Сб. ЦБНТИ МРФ «Передовой опыт и новая техника», вып. 8 (44), 1977, с. 15 - 19.

11. АСУ «Пароходство» - итоги работы. - Ж. «Речной транспорт», №9, 1977, с. 27.

12. К выбору способов обеспечения достоверности данных в АСУ. - ТрУЦНИИЭВТ, 1978, вып. 140, с. 65-71.

13. Автоматизация прогноза движения и обработки судов.-

Ж. «Речной транспорт», N»12,1978, с. 24 - 25.

14. Проблемы внедрения АСУ .-Ж. «Речной транспорт», №9, 1979, с. 20-21.

15. Обеспечение достоверности данных в АСУ на речном транспорте. Передовой опыт и новая техника. Сб. ЦБНТИ Минреч-флота, 1979, вып.4 (64), с.7-29.

16. К проблеме совершенствования оперативного прогнозирования и регулирования работы нефтефлота. - Тр./ГИИВТ, 1981, вып. 187, с. 17-22.

17. К вопросу системного проектирования эксплуатации задач АСУ пароходством «Волготанкер».-Тр./ГИИВТ, 1981, вып. 187, с. 11 -16 (в соавторстве).

18. О применении критериев оптимальности в задачах опера, тивного регулирования работы флота (тезисы). Тезисы докладов ВНТК «Математические методы и модели в АСУ водного транспорта» - М.:,1981, с. 36.

19. Один из вариантов математической модели регулирования работы флота. - ТрУГИИВТ, 1982, вып. 190, с. 18-27.

20. Алгоритм выбора назначений судам при оперативном регулировании работы флота. - Тр./ГИИВТ, 1983, вып. 195, с. 3-10.

21. К вопросу определения моментов отправления составов из пунктов обработки для прогнозирования работы флота.-Тр./ПШВТ, 1984, вып. 201, с.59 - 65.

22. Некоторые методические вопросы диалогового регулирования дпижсннем судов. - ТрУГИИВТ. 1985, вып. 209, с. 99-114.

23. К вопросу совершенствования оперативного контроля нефтеналивного флота. - ТрУГИИВТ, 1986, вып. 219, с. 55-67.

24. К проблеме автоматизации расчета технического плана пароходства «Волготанкер». - Тр./ГИИВТ, 1986, вып. 219, с. 43-54 (в соавторстве).

25. Методические основы автоматизации оперативного управления работой флота. - Тр./ГИИВТ, 1987, вып. 224, с. 56-113.

26. Диалоговый алгоритм оперативного планирования работы нефтефлота.-Тр./ТИИВТ, вып.230,1988, с. 76-87 (в соавторстве).

27. Межуровневая координация задач по управлению движением судов.-Тр./ГИИВТ, вып. 249, 1990, с. 79 - 94.

28. Методы информационной поддержки принятия решений при автоматизированном оперативном управлении движением судов - Тр./ГИИВТ, 1991, вып. 258, с. 20-35.

29. ПЭВМ и работа флота.-Ж. «Речной транспорт», №3, 1992, с. 7 (в соавторстве).

30. Эффективность капитальных затрат на транспорте. Якутский научный центр СО РАН, 1994.-44 с.(в соавторстве).

31. Рейсовое нормирование эксплуатационных расходов транспортного флота (статья).-Тр./ВГАВТ, вып. 274,1996, с. 110-112.

32. Методические основы рейсового планирования работы флота (методики, критерии, модели). - Тр./ВГАВТ, 1997, вып. 26064 с.

I

■оворная.

600, Н.Новгород. ул.Нест Г. BfAIiT. Лиц. Щ 55-24.

Гп^.Т 2 0 тАраж Уоо' Заказ #

•V- ,/ , 7 -

Волжская государственная академия водного транспорта

Платов Юрий Иванович

ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ РЕЧНОГО НЕФТЕНАЛИВНОГО ФЛОТА

Специальность 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта

на соискание учёной степени доктора технических наук

Н. Новгород 1998

Содержание

стр.

Введение.......................................................................................................6

1. Современное состояние системы оперативного управления работой флота и исследований в этой области..................................12

1.1. Анализ системы оперативного управления работой флота

на современном этапе........................................................................12

1.2. Анализ выполненных исследований по совершенствованию оперативного управления.................................................................23

1.3. Зарубежный опыт совершенствования управления водным транспортом........................................................................................30

1.4. Тенденции совершенствования системы оперативного управления работой флота................................................................35

2. Повышение уровня информатизации оперативного управления работой флота.......................................................................................40

2.1. Анализ и совершенствование системы автоматизированной обработки информации о работе флота.............................................40

2.2. Обоснование межуровневой координации решения задач оперативного управления работой флота.........................................49

2.3. Разработка функционально- информационной схемы подготовки принятия решений.........................................................64

2.4. Обоснование продолжительности циклов регулирования

и периода прогнозирования..............................................................73

2.5. Исследование вопросов выбора методов обеспечения достоверности данных о работе флота.............................................89

3. Разработка методических основ оптимизации рейсового

плана использования судов.................................................................103

3.1. Критерии эффективности и оценка качества решения оперативных задач...........................................................................103

3.2. Методика определения рейсовых эксплуатационных расходов..117

3.3. Комплексная методика расчёта расхода топлива и скорости судов..................................................................................................131

3.4. Модели оптимизации режимов движения судов............................149

4. Обоснование моделей и методов оперативного планирования работы флота......................................................................................161

4.1. Декомпозиционная модель планирования работы флота.............161

4.2. Методы прогнозирования работы флота и имитации отдельных транспортных операций.......................................................174

4.3. Методика выбора маршрутов следования судов и составов.......184

4.4. Методические основы оценки ритмичности прибытия

и отправлений судов.........................................................................196

4.5. Методика анализа оперативных планов..........................................206

5. Сфера применения и эффективность выполненных

исследований и разработок...............................................................215

5.1. Результаты внедрения исследований и разработок ...................215

5.2. Оценка экономической эффективности информатизации оперативного управления работой флота.......................................223

5.3. Направления дальнейшего совершенствования оперативного управления работой флота и сфера возможного использования разработок..........................................................................................232

Заключение..................................................................................................235

Список использованных источников........................................................242

Приложение 1..............................................................................................255

Приложение 2..............................................................................................263

Приложение 3..............................................................................................266

Перечень сокращений и условных обозначений:

АО «Волготанкер» - открытое акционерное общество Нефтеналивное

пароходство «Волготанкер»

АРМ - автоматизированное рабочее место.

АСУ - автоматизированная система управления (человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления).

ВГАВТ - Волжская государственная академия водного транспорта.

Воздействие управляющее - воздействие, обеспечивающее исполнение требований к характеристикам объекта.

Воздействие возмущающее - воздействие, стремящееся нарушить требуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.

ВЦ - вычислительный центр.

ГВП - группа взаимозаменяемых причалов.

ГВЦ - главный вычислительный центр.

ГИИВТ - Горьковский институт инженеров водного транспорта.

ГРАФИК - автоматизированная подсистема расчёта графика движения речного флота.

Данные - сведения, представленные в форме, пригодной для обработки и передачи.

ДЕКАДА - автоматизированная подсистема расчёта декадного плана.

ЕС ЭВМ - единая система электронных вычислительных машин.

ИВП - информационно - вычислительный пункт.

Иерархия - структура системы, в которой входящие в неё элементы связаны между собой через последовательное деление, т. е. такое деление, когда множество объектов делится на подчинённые подмножества.

ИНМАРСАТ - система слежения за местоположением подвижных объектов на базе спутниковой системы связи.

ИП - информационный пункт.

КВУ - координация относительно задач, решаемых в подсистемах верхнего уровня.

КНУ - координация относительно задач, решаемых в подсистемах нижнего уровня.

КОУ - координация относительно задач, решаемых в каждой из подсистем, находящихся на одном уровне.

КУВ - координация относительно компромиссных значений целевых функций подсистем или компромиссных управляющих воздействий.

ЛПР - лицо, принимающее решение.

НСИ - нормативно - справочная информация.

ОАСУ - отраслевая автоматизированная система управления.

Пароходство «Волготанкер» - Волжское нефтеналивное пароходство «Волготанкер»

ПЕРС - файл персональных характеристик судов.

Пользователь - специалист, использующий ЭВМ, для которого работа на ней не является основной профессией.

СВТК - средства вычислительной техники.

ТЕХПЛАН - автоматизированная подсистема месячного планирования работы флота.

ЦБНТИ - центральное бюро научно - технической информации.

ЦНИИЭВТ - центральный научно - исследовательский институт экономики водного транспорта.

ВВЕДЕНИЕ

Водный транспорт является одним из важнейших производственных инфраструктурных подразделений общехозяйственного комплекса, эффективное функционирование которого влияет, наряду с другими, на результаты функционирования экономики всей страны.

В условиях перехода к рыночной экономике, когда происходит децентрализация, демонополизация, расширение самостоятельности структурных подразделений производства, интенсивно развиваются хозяйственные горизонтальные связи. Это усложняет возможности рационализации грузовых потоков, которые при существовавшей ранее планово - командной экономике решались органами ведомственного и государственного управления в централизованном порядке. Поэтому заметно возрастают объёмы встречных, излишне дальних, повторных и других нерациональных перевозок, снижается производительность работы флота и увеличивается себестоимость перевозок грузов, в том числе за счёт резкого возрастания эксплуатационных расходов в сравнимом масштабе цен, и изменения их структуры. Следствием этих факторов является увеличение доли транспортных издержек, влияющих на эффективность в целом экономики.

Изменение степени централизованного управления в масштабах страны и транспортных отраслей и снижение возможностей рационализации перевозок, может быть в значительной мере перекрыто выигрышем за счёт других факторов и, главным образом, за счёт ресурсосбережения и совершенствования управления. Однако ускоренная замена материально -технической базы водного транспорта в направлении применения более материало -,топливо -, энерго - и трудосберегающей техники и технологии, отвечающей уровню современных достижений НТП в этой области в

настоящее время невозможна. Тем более что похожие проблемы одновременно встали и перед другими отраслями. Именно поэтому на данном этапе резко возрастает роль совершенствования управления, в том числе ориентированного на ресурсосбережение и не требующего больших инвестиций.

В настоящее время происходят существенные изменения как в структуре, так и функциях управления судоходными компаниями. Более актуальными становятся проблемы стратегического и оперативного управления. Существенно изменились методы планирования и организации работы флота. Прежде всего, стали другими цели, критерии и способы планирования с повышением их точности и учётом большего числа факторов, влияющих на экономические показатели. Происходит дальнейшая поляризация стратегического и оперативного планирования. Так, на уровне стратегического планирования решаются задачи поиска эффективных типов судов, перспективных грузопотоков при одновременном сравнении с конкурирующими видами транспорта и судоходными компаниями. На уровне оперативного планирования решаются задачи: определения стоимости отдельной перевозки конкретным судном на конкретном рейсе; обоснования себестоимости перевозок в целом и по отдельным видам флота и соответственно арендных, тайм-чартерных и фрахтовых ставок; расстановки судов по конкретным рейсам и другие. Целью решения этих задач является снижение эксплуатационных расходов, повышение доходов и прибыли. При этом возникли новые задачи, связанные с оптимизацией вышеназванных величин по критериям, которые определяются в зависимости от оперативных ситуаций. Другими словами, роль оперативного управления, в том числе планирования работы флота резко, возросла.

Существующая же технология оперативного планирования работы флота не соответствует требуемому уровню экономических отношений, а также уровню достижений НТП в области управления производством. Ради справедливости необходимо отметить, что эта проблема далеко не нова. Вопросами совершенствования оперативного планирования занимались в той или иной мере многие учёные и специалисты эксплуатации водного транспорта. Анализ исследований в этой области даёт все основания утверждать, что актуальность решения оперативных задач хорошо понимается научной и инженерно - технической общественностью транспортников. В то же время следует отметить, что результаты научных исследований в части использования экономико - математических методов не нашли пока широкого применения на практике по нескольким причинам, указанным в диссертации. Однако актуальность многих исследований в современных условиях снизилась из за изменения хозяйственных механизмов.

С другой стороны, в связи с децентрализацией управления резко возросла актуальность исследований, связанных с рейсовым планированием и решением на этой основе задач других уровней.

Целью исследований является решение важных прикладных задач путем совершенствования оперативного управления работой флота и повышения на этой основе эффективности перевозок грузов и конкурентоспособности водного транспорта. Достижение этой цели непосредственно связано с совершенствованием методологии оперативного управления работой флота, обеспечивающей повышение качества планирования и эффективности перевозок грузов, внедрение ресурсосберегающих технологий на речном флоте.

Автор ставил перед собой задачу на базе ранее выполненных разработок и новых исследований усовершенствовать:

систему и методы оперативного планирования, привести их в соответствие современным требованиям и технологиям управления, в том числе путём координации решения задач текущего и оперативного планирования, прогнозирования движения и обработки судов на основе имитационной модели и аналитических методов расчёта скорости движения судов;

методы расчёта потребности в ресурсах, в том числе методики планирования и автоматизации расчёта эксплуатационных расходов, методики расчета расхода топлива и смазки с учётом индивидуальных характеристик судов и условий плавания;

методы оптимизации принятия оперативных решений путём выбора режима движения судов в зависимости от эксплуатационных ситуаций и условий плавания;

информационное обеспечение системы оперативного управления работой флота.

На защиту выносятся следующие результаты научных исследований по проблеме совершенствования системы оперативного управления работой флота. Впервые в эксплуатационной науке сформулированы и решены теоретические и методологические вопросы:

информатизации оперативного управления и координации решения задач текущего и оперативного планирования на основе системного подхода;

автоматизированного расчёта эксплуатационных расходов для текущего и оперативного планирования;

расчёта расхода топлива и скорости судов и составов с учётом их индивидуальных характеристик и различных условий плавания;

оптимизации режима движения судов в зависимости от эксплуатационных ситуаций и условий плавания судов и составов;

оптимального планирования работы флота в условиях децентрализованного управления работой флота на основе диалоговых имитационных систем;

оперативного прогнозирования движения и обработки судов на основе имитационной модели и аналитических методов определения времени движения судов;

комплексной системы сбора, обработки и автоматизированного обеспечения достоверности оперативной информации о работе флота;

Предложенные автором критерии эффективности, выводы о точности определения продолжительности операций хода с грузом и порожнем (в балласте) с учётом индивидуальных особенностей судов и конкретных условий плавания, метод расчёта продолжительности циклов регулирования и периода прогнозирования, на основе которых обеспечивается надёжность решения оперативных задач, в научном и прикладном плане являются новыми.

Разработанный в диссертации комплекс вопросов оперативного управления работой флота впервые на речном транспорте выполнен в составе единой автоматизированной системы управления работой флота, интегрированной по функциональному и общесистемным принципам.

Исследования, разработки и их внедрение проводились в основном на базе пароходства «Волготанкер». Однако в большинстве своём исследования и разработки применимы для всех судоходных компаний.

В теоретических исследованиях и разработках использовались методы имитационного моделирования, статистического и экономического анализа, исследования операций, экономико-математические методы, а

также отдельные исследования по теории сложных систем, организации управления, информатизации управления, с учётом отечественного и зарубежного опыта планирования и управления речным и морским транспортом, методологических положений экономики, современных научно-технических достижений в области управления производством. Центральное место здесь занимают работы известных учёных Бусленко Н.П., Глушкова В.М., Моисеева H.H. и других в области оптимального управления.

В процессе исследований и разработок автором анализировались и использовались методологические подходы к решению задач по проблемам управления транспортом многих учёных и специалистов водного транспорта, в том числе работы Анфимова В.Н., Басина А. М., Бутова A.C., Ваганова Г.И., Вайсблата Б.И., Войткунского Я.И., Воронина В.Ф., Зарубина В.Д., Захарова В.Н., Зачесова В.П, Звонкова В.В., Ирхина А.П., Кацмана Ф.М., Коки Н.Г., Кожухаря В. И., Кутыркина В.А., Левого В.Д., Лехана Ю.К., Малышкина А. Г., Неволина В. В., Пьяных С.М., Рыжова Л.М., Савина В.П., Союзова A.A., Телегина А.И., Фадеева И.П., Федюши-на В.М., Ширяева Е.В. и других учёных.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ФЛОТА И ИССЛЕДОВАНИЙ В ЭТОЙ

ОБЛАСТИ

1.1. Анализ системы оперативного управления работой флота

на современном этапе

Оперативное управление работой флота является ответственной, завершающей стадией в управлении и интегрирует весь комплекс непосредственных управляющих воздействий на ход транспортного процесса. Оно, как известно, включает декадное и суточное планирование, оперативный контроль, учет, анализ, оценку выполнения плана перевозок и показателей использования флота. Особое место занимает оперативное регулирование работы флота. Становление оперативного управления работой флота отражено в трудах чл. - корр. АН СССР Звонкова В.В., докторов наук Бутова A.C., Захарова В.Н., Зачёсова В.П., Ирхина А. П., Миронова В.П., Рыжова Л.М., Савина В.И., Союзова A.A., и других учёных. Подробная характеристика диспетчерского управления на речном транспорте дана в трудах Захаровым В. Н., Федюшиным В. М. [36, 37], а на морском транспорте Ле-ханом Ю. К. [55]. Отдельные вопросы оперативного управления рассматривались и другими учеными и специалистами водного транспорта [42, 43,47, 48,49, 89, 113, 114