автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Оптимизация проектных решений при переоборудовании судов

Миуистеиггво транспорта Российской Федерации Волжская государственная академия водного транспорта

1 о ФЕВ 1998

КОТЕЛЬНИКОВ Михаил Владимирович

УДК 629.12.004.68

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПЕРЕОБОРУДОВАНИИ СУДОВ

05.08.03 - "Проектирование и конструкция судов"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 1998

Работа выполнена на кафедре проектирования судов Вогс государственной академии водного транспорта

Научный руководитель -

Официальные оппоненты-

Ведущая организация -

доктор технических наук, профессор Е.П.Роннов доктор технических наук, профессор В.А. Зуев кандидат технических наук, доцент A.M. Фролов АО ЦКБ «Вымпел».

часов на заседа

Защита состоится «22» фе^ралл. 1998 г. в /3 специализированного Совета К 116.03.01 при Волжской государственной акаде: водного транспорта по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, ауд. ¿5/

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан «¿2.» ¿>си4е2р* 1998 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными печать просим направлять на имя ученого секретаря специализированного Совета.

Ученый секретарь специализированного Совета к.т.н., доцент

А.А. Кеслер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсивность полезного эффекта судов уменьшается с зчением времени вследствие их физического и морального износа. Некоторые суда старевают морально задолго до наступления предельного физического износа их орпуса и механизмов. Происходит это по разным причинам. Иногда суда становятся енужными из-за изменения внешних условий. В других случаях моральное старевание судов является следствием развития техники и флота. Важно одчеркнуть, что преждевременное моральное устаревание не является, как правило, результатом просчетов при проектировании и постройке судов. Одним из способов |ротиводействия моральному старению является модернизация судов в ходе >чередных ремонтов, а также переоборудование, т.е. изменение назначения самого :удна.

В настоящее время в экономике России происходят серьезные структурные вменения, которые коснулись и водного транспорта. На сегодняшний день грузопоток 1а речном транспорте сократился в 5...6 раз по сравнению с предыдущими годами. Исчезли многие традиционные грузопотоки. В результате значительная часть флота не имеет работы. В то же время в связи со структурной перестройкой промышленности появляются новые грузопотоки, например, перевозка химических грузов. Другая сторона проблемы связана с весьма ограниченными финансовыми возможностями в отношении постройки судов . Поэтому в ряде случаев выход может быть найден путем переоборудования имеющихся неиспользуемхых судов.

Объем работ по переоборудованию судна может быть значительным и включать в себя модернизацию по всем основным подсистемам, таким как корпус, судовая энергетическая установка, судовые устройства и системы, навигационное оборудование. Эти работы могут выполняться в том же корпусе или с изменением -лавных размерений и архитектурного типа судна.

Важнейшими проблемами при переоборудовании являются выбор подходящего зля этого судна и обоснование конкретных технических решений. От типа 1ереоборудуемого судна, его элементов и характеристик зависит эффективность его эксплуатации. В настоящее время отсутствуют методики, позволяющие произвести как зыбор судна, так и оценку того или иного варианта его переоборудования .

Отсюда- вытекает актуальность разработки метода и средств оптимизации фоектных решений при переоборудовании судов.

Цель работы. Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование и разработка эффективного метода оптимизации проектных решений при переоборудовании судов.

Исходя из указанной цели в качестве основных задач исследования были поставлены следующие:

- разработка методики выбора судна под переоборудование;

- разработка методики обоснования технических решений при переоборудовании

судна;

- обоснование возможности оптимизации характеристик судов исходя из условий их работы на линиях-представителях;

- разработка на основе методики оптимизации комплекс программ для ЭВМ, позволяющих произвести выбор судов-претендентов для переоборудования и обосновать вариант технических решений при его реализации;

- выполнение по разработанной программе практических расчетов для обоснования отдельных проектных решений при переоборудовании судна.

Цели и задачи исследования однозначно определили его объект - оптимизация проектных решений при переоборудовании судов.

Общая методика исследования. Анализ методов обоснования проектных решений при модернизации и переоборудовании судов осуществлялся с использованием материалов публикаций в научно-технической литературе. Теоретические исследования выполнялись с привлечением теории принятия решений, теории надежности. Моделирование осуществлялось на ЭВМ. Обработка результатов экспериментов проводилась с использованием методов теории планирования эксперимента.

Научная новизна работы заключается в обосновании возможности оптимизации характеристик транспортных судов на так называемых линиях-представителях; разработке экономико-математической модели и методики выбора оптимального судна под переоборудование базирующихся на рыночных экономических показателях; создании методики обоснования технических решений при переоборудовании судна; произьеденных на основе разработанного комплекса программ для ЭВМ практических расчетах, позволивших получить новые результаты по обоснованию вальности энергетической установки и ее типа.

Практическая ценность исследования состоит в обосновании, разработке и опытной проверке методики оптимизации проектных решений при переоборудовании судов; разработке и опытной проверке обобщенного показателя линии-представителя; 4

•

13работке комплекса программ для ЭВМ решения задач выбора судна для >реоборудования и обоснования конкретных технических решений при »реоборудовании судна.

Основные положения, выносимые на защиту: результаты теоретических и слериментальных исследований в отношении возможности оптимизации !рактеристик судов исходя из условий их работы на линиях-представителях;

методика выбора судна-претендента для переоборудования; методика Зоснования технических решений при переоборудовании судна; реализация методик виде комплекса программ для ЭВМ;

результаты практических расчетов по разработанным программам.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 7 . убликациях (см. перечень в конце автореферата).

бьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка итературы и приложений. Работа содержит <39 страниц машинописного текста, ключающих 1 с. содержания, 4 с. списка литературы (5& наименований), 1 лист с рисунками, графиками и таблицами, а также приложения объемом ¡5 с.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цели и адачи исследований, указана новизна и практическое значение диссертации.

В первой главе диссертации дана оценка состояния проблемы, аналитический бзор исследований по данной теме.

На основании анализа отечественных источников сделан вывод о том, что эреоборудование является в значительной степени приемлемым путем повышения £фективности использования флота, важным направлением в развитии построения.

В основу исследования положены работы по теории проектирования судов, >!Полненные Ашиком В.В., Бронниковым A.B., Малым П.А.,Ногидом Л.М., Пашиным М., Ронновым Е.П., Худяковым Л.Ю.,Царевым Б.А.

Переоборудованию судов посвящены работы Афанасьева К.А., Винокура С.А., >ечина М.А.,Тундобина A.A., Костюнина Ю.К., Пахомова Б.А.,Рычагова A.B., Финкеля Н., Струмпе П.И. и др.

В последние годы активно переоборудуются суда внутреннего плавания, Це такого переоборудования, чаще всего - повышение класса Регистра.

На основании проведенного анализа состояния теории обоснования проектнь решений при переоборудовании судов сделаны выводы о том, что рассматриваемь в научно-технической литературе вопросы связаны в основном с технологис переоборудования , расчетом элементов и характеристик судов при их реконструкции Предложенные и применяемые методы оценки вариантов переоборудования судов н отвечают современным условиям хозяйствования предприятий, не учитывают влияни временного фактора, надежности и ресурса судна в целом и отдельных его подсистег* финансовый потенциал предприятия и возможность его кредитования и т.д. Дл решения основных вопросов оптимизации проектных решений при переоборудована судов показана необходимость разработки нового эффективного подхода I переоборудованию судов.

Во второй главе обоснована принципиальная возможность оптимизацик характеристик судов исходя из условий их работы на линиях-представителях.

В задачах оптимизации характеристик транспортных судов, работающих на совокупности линий, существует следующая проблема: для каледой линии,строго говоря, оптимальным является определенный тип судна,характеризующийся такими параметрами как грузоподъемность, скорость хода марочная кубатура и т.д. Это в общем случае означает, что для освоения грузопотоков на к линиях необходимо построить к типов судов. Обычно, задачи оптимизации характеристик судов имеют достаточно большую размерность, поскольку судоходные компании осуществляют перевозки грузов не на одной линии эксплуатации, а на совокупности ш линий, число которых в рамках одного пароходства может быть очень существенным. Таким образом, приходится рассматривать работу п возможных типов судов на т линиях, т.е. иметь матрицу размером п х т. Ситуация осложняется тем, что если тип судна определяется,как минимум,тремя обобщенными характеристиками, то линия эксплуатации имеет их намного больше, часто в пределах 25...30 показателей.Таким образом, видно, что задача приобретает очень большую размерность, в том числе по исходной информации, что создает неудобства при ее обработке. Уменьшение же информации по судам и характеристикам линий их работы при' дит к существенной потере точности расчета. Разрешить это противоречие целесообразнее всего исключением из рассмотрения линий эксплуатации,которые не оказывают существенного влияния на выбор оптимальных характеристик судов.

•

Отметим, что практически во всех систематических расчетах, связанных с зшением задачи оптимизации характеристик судов встречается ситуация, когда для ескольких линий оптимальным получается одно и тоже судно. Это говорит о том, что анные линии с точки зрения транспортного процесса являются одинаковыми. >птимальное судно в этом случае обеспечивает различный , но максимальный эффект ри работе на каждой из этих линий линиях. В работе предложен критерий , по оторому линии, с точки зрения оптимизации характеристик судов можно считать динаковыми Тогда , основываясь на этом критерии, можно решать задачу птимизации характеристик судов исходя из их работы не на всех m линиях, а лишь на п*, так называемых линиях-представителях, к которым можно свести все m линий (т > п*). ^

Идея получения критериев состоит в следующем: для нахождения максимума эыражение для функции цели (прибыли) дифференцируется по каждой i-ой <арактеристике судна и приравнивается нулю:

^ = Fj(xi, Х2,..., Xn,yiq, y2q.....yjq) = 0 (1)

dXj 4 '

■де Xj - ¡-я характеристика судна;

yjq- j-я характеристика q-ой линии.

'ешив каждое ¡-ое уравнение относительно xi получим пуравнений вида

Xi=i|(X2.....xn,y1q,y2q.....ymq) (2)

<1

Поскольку для одинаковых линий Xj= const, то по условию обеспечения оптимума га характеристикам судов должно быть

fi(x,,x2,...,ylq,y2q.....ymq) = const (3)

Это позволяет данное условие принимать в качестве критерия одинаковости 1иний в указанном выше смысле.

С использованием методики расчета эксплуатационных расходов получена 1ависимость прибыли от характеристик линии эксплуатации и основных" характеристик :удна - грузоподъемности и скорости хода. Полагая, что судно имеет избыточный (адводный борт,можно исключить из рассмотрения величину удельной рузовместимости судна. Уравнение (2) получено при х, = v (v - скорость судна). Оно >ешено численным методом для целого диапазона следующих характеристик линий жсплуатации:

протяженности L (от 500 до 7000 км);

средней производительности погрузки-выгрузки Мп(р) (от 50 до 500 т/ч);

времени шлюзования иил (от 1 до 100 ч);

доходной ставки с1 (от 15 до 35 иБО).

С помощью статистической обработки результатов решения получс выражение для критерия по скорости:

-0.003

„ I -0.235 -0.004 .10.316 ... хЬ х 1шл х а (4)

Зависимость (4) имеет хорошую сходимость, о чем свидетельствуют данные расхождениях между расчетными и реальными значениями, а также коэффицие» корреляции (0.922) и Я-статистика, принимающая значение существенно выи критического.

Проверочные расчеты для нескольких абстрактных линий эксплуатацш. характеристики которых различны, показали, что полученный критерий адекватн< отражает тождественность этих линий с точки зрения оптимизации транспортной средства.

Что касается критерия по грузоподъемности судна, то на основана выполненных исследований показано, что такового в виде (4) не существует. Этот вывод связан с тем, что функция прибыли от грузоподъемности является монотонно возрастающей и экстремума в диапазоне до 5000 т не имеет. Это означает то ,что оптимальной будет наибольшая грузоподъемность судна, которую могут обеспечить максимально допустимые на данной линии размерения.

Таким 'образом, обобщенным показателем линии-представителя является «V при, естественно, одинаковых ограничениях на главные размерения судна.

Полученное выражение обобщенного показателя справедливо только для сухогрузных судов бункерного и трюмного типа, класса «О» Речного Регистра грузоподъемностью от 1000 до 5000 т ,с марочной кубатурой, равной 1.4 мЗАг и скоростью хода от 14 до 24 км/ч и для линий эксплуатации,характеристики которых находятся в пределах варьирования,указанных выше. Для других типов судов и других диапазонов изменения характеристик линий он будет иметь некоторое формальное отличие так как изменятся показатели степеней.

В третьей главе описывается постановка и математическая модель задачи выбора судна-претендента для переоборудования, а также приведена методика решения этой задачи и практические расчеты с использованием разработанного комплекса программ для ЭВМ. 8

1 1

--1- —

Мп Мр

При принятии решения о том, какое судно следует переоборудовать необходимо принимать во внимание основные его характеристики, такие как грузоподъемность, грузовместимость, скорость хода -и мощность главных двигателей, архитектурно-конструктивный тип судов-претендентов и некоторые другие .

Также большое значение имеет класс Регистра судна-претендента, особенно если предусмотрено переоборудование на более высокий класс, что в настоящее время очень актуально, так как значительное число перевозок осуществляется с выходом в морские районы (загранперевозки). Повышение класса может существенно повлиять на объем работ по переоборудованию (а значит и на стоимость самого переоборудования) и в конечном счете на эффективность судна как транспортного средства.

Следует отметить, что немаловажную роль играет и техническое состояние судна-пертендента, его возраст. Если такое судно имеет значительную «наработку» к моменту его переоборудования, то к концу срока службы на новых грузопотоках его техническое состояние (толщины связей, деформации) и состояние механизмов и систем не будут удовлетворять требованиям Правил Регистра или других норм, что приведет к досрочному списанию судна и потере потенциальной прибыли.

Важным моментом при выборе типа судна для переоборудования является влияние разновременности затрат (капиталовложений) и дохода (прибыли) на эффективность судна как транспортного средства. Очевидно, что далеко не безразлично, когда может быть получен тот или иной эффект - в ближайшее время или в более позднее, и совсем не одинаковое значение имеют равные суммы средств, расходуемые в различные периоды времени.

Значения главных размерений судна (или их соотношения) также оказывают существенное влияние на возможность и целесообразность его переоборудования.Так, относительно низкобортное судно, имеющее приемлемый остаточный срок службы, техническое состояние, предполагающее невысокие капиталовложения и т.п., после переоборудования , включающего повышение класса Регистра, очевидно, будет иметь небольшую грузоподъемность из-за необходимости обеспечения минимальной высоты надводного борта.

Обозначим через Ро и Р-| вектор характеристик судна до переоборудования и вектор характеристик после переоборудования соответственно, причем Р-[ по своей сути - преобразованный вектор Ро- Поставлена следующая задача: оптимизировать вектор Ро и потребное число судов г0 для каждой линии эксплуатации при заданном

9

векторе Y (вектор характеристик линии), т.е. определить элементы вектора Fq пр которых функция цели (критерий оптимизации) достигает максимума

Эф = f (F0, Fi, Y, Zc) max В качестве критерия оптимизации принимается показатель экономически эффективности, который имеет вид: q=ntp-T*

ЭФ= I I ntq(F1q,F0q,Yq,z cq)kH+Atq(F1q,F0q,Yq,zcqJ + ■

q=1 t=1

+Htq(FlqJ„q^q,zcq)]{l + a)(,^,)-SB,q(FJq,F0q,Yq,zcq)x (5)

x(l + a)(Til<T,) i = I, s

При этом должны выполняться следующие ограничения: 1 .Грузопоток на каждой линии должен быть освоен полностью: t =T1 t =Т1

1р 'ост ^ 1р 'ост

Z Ргр • nKpq ■ 2cq - ZQmintq (6) t=1 t=1

2.Капиталовложения в переоборудование должны окупиться за время Токк

q=n q=nT0, i '

SKn^Fip.Foq.z«,)^ z Sntq(F1q,F0p,Yp,zcq) i = 1,s (?) q=1 q=1t=1

3. Время Том не должно превышать заранее установленного срока:

Тою £ Ткр. (8)

4. Капиталовложения не должны превышать установленной суммы:

Ч=п .

ЕКпд^ч^а,.*«,) ^Ктах+Кс0б (9) 9=1

5. Потребное число судов Zcq для всех линий эксплуатации не должно превышать имеющегося в наличии числа судов для переоборудования:

С]=П с^ = п

I *«, * (10)

. В результате преобразования вектор обеспечивает выполнение условий : плавучести

О(Р1)-рдУ(Р1) = 0

остойчивости

баланса масс

ходкости

• грузовместимости

- прочности

ОС^-ХР^-Ргр =0 I

К(Р1)-хдвРе(Р1) = 0 МС^) - УгрРф > о

■ размещения движительно-рулевого комплекса

а также требований норм и правил на предельные значения

хт1п - Х1 - Хтах

(11) (12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

где п - число линий эксплуатации судов;

Г^ -прибыль,полученная в 1-м году судном на я-й линии ;

Atq -амортизационные отчисления по судну в Ьм году на ц-й линии, остающиеся в распоряжении предприятия; их норматив определяется действующим положением или по нормативам предприятия;

кн -коэффициент, учитывающий надежность судна (кн<1);

1р -расчетный год;

Г- год, доходы и затраты по которому приводятся к расчетному;

а - коэффициент приведения затрат;

Htq- издержки, связанные с «омертвлением» стоимости груза

во время его транспортировки; T0K¡- срок окупаемости капиталовложений; Btq - выплаты кредита в t-м году (если финансирование работ по

переоборудованию ведется через кредит) по судну на q-й линии . Чистая прибыль от эксплуатации судна в t-м году, рассчитывается как разность между доходами , получаемыми судном, и расходами, связанными с егс эксплуатацией, с учетом их возможного годового изменения.

где Д - доход от эксплуатации судна в 1-м году;

Эр* - эксплуатационные расходы по судну в I- м году; к„э р - коэффициент, учитывающий годовые изменения эксплуатационных расходов;

Н| - общая сумма налогов и выплат из балансовой (валовой) прибыли в году (, отчисляемых в соответствующие бюджеты, все другие налоги и рентные платежи, определяемые действующим законодательством; Доходы определяются в зависимости от действующих тарифных ставок, величина которых может быть дифференцированной по годам,провозной способности судна и показателя надежности его работы:

здесь Ос - загрузка судна;

пр - число круговых рейсов за навигацию; с! - доходная ставка, тыс.р/т;

киз д- коэффициент изменения доходной ставки по годам; кн- коэффициент, учитывающий надежность судна. Эксплуатационные расходы рассчитываются как сумма затрат на оплату труда , отчислений в ремонтный фонд , расходов на навигационные материалы, малоценный и быстроизнашивающийся инвентарь .затрат на топливо и смазку, затрат на аварийный ремонт, платы за использование кредитных средств.

(20)

Перевозимый груз во время транспортировки исключается из сферы |роизводства и не приносит в этот период грузовладельцу доход. Можно редполагать, что более быстро доставленный груз будет раньше реализован и ладелец груза сможет получить прибыль, например, в виде банковского процента, огда издержки, связанные с "омертвлением" стоимости груза во время его перевозки, соответствии с изложенным, можно рассчитать

Ос-Цгр-СбЛ 365

Навигационные качества, переоборудованного судна, учитываемые в ограничениях (1",г(18), и его характеристики (вектор ) рассчитываеются в оответствие с действующими методиками проектирования судов внутреннего и ;мешанного плавания.

На основе приведенной математической модели разработана методика решения задачи выбора судна под переоборудование и расчетные программы для ЭВМ. Схема алгоритма приведена на рис.1.

Были проведены практические расчеты с использованием данных программ на примере танкера для перевозки удобрений типа КАС. Задача "сведена к выбору между двумя несамоходными сухогрузными судами проектов Р-156 и Р-79. Для перевозки жидких грузов на судно такого типа должны быть установлены прочная палуба и непроницаемые продольные и поперечные переборки . Результаты расчета показали, что наиболее выгодно переоборудовать Р-156, поскольку показатель экономической эффективности в данном случае наибольший при одинаковых сроках окупаемости капиталовложений, что и было в последствии практически реализовано на одном из судов, принадлежащих АО «Волга-флот».

В четвертой главе описывается постановка и математическая модель задачи обоснования технических решений при переоборудовании судна, приведена методика решения этой задачи и практические расчеты с использованием комплекса программ для ЭВМ.

Тип судна-претендента сам по себе во многом определяет комплекс технических решений (ТР) реализуя которые можно выполнить его переоборудование с целью придания судну новых функций. Однако, обеспечение судну одних и тех же новых функций может быть достигнуто осуществлением различных вариантов ТР. Например, при переоборудовании грузового судна на более высокий класс Регистра общую прочность можно обеспечить либо уменьшением его длины , либо увеличением эазмеров связей, воспринимающих общий изгиб , наращиванием и упрочнением дамингсов грузовых люков, либо установкой навесной палубы и т.п., что и имело место

13

8В01 исхоаньк ¿анных по ]-0й АЖИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

1\Тр,Угр.....1тох,Нг,Ксх1ТптеА

к - 1

ВэОА ИСХ01ШХ ААННМХ по

АКТ.Ргр, млДклдсс,1,В,Т,Н,0, Стр

ВВОА ИЗВЕСТНЫХ ДАННЫХ ПО к-ми Г£р£ОБОР*АОвАННО>Л СУАНи

класс, АКТ, К^ ,кн

Расчет аллны к-ГО сулна

И - 0-/Н)гр X н

РАСЧЕТ 0СА1КИ к-ГО СУАНА НА ]-0Й ЛИНИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Т1=т!п1(Нг-ДЬ),(Н-Нне)!

в коэфф-т полноты йоаоизм.

1м

Проагркл общей ПРОЧНОСТИ КОРПУСА СУАНА ПРИ АЛНН£ Ц и РАС— »СТ ТРЕБУЕМОГО МОКОГГА СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО сесни* ¥/тр

X

Расчет воаоиэьсшения = ЦХ81ХТ}Х^

ДО * 01 — 00

Рас 1*7 мощности 2/3 01

X

л0абор ЛдИГАЧЛЯ ПО мощности и ее уточдос

14

АА»*?АЛТЕПСКИЙ КОЭф-Т

Со —

N0

14

Рис. 4

Продолжение рмс.<

15

при разработке АО ЦКБ «Вымпел» вариантов переоборудования грузовых теплоходД класса "О" Речного Регистра «Волго-Дон» на классы 11-СП, III-СП и М-СП . ПодобньИ варианты можно видеть и при решении других задач переоборудования. I

Поскольку переоборудование в общем случае связано с принятием Л некоторого множества TP, приводящих к изменению характеристик и элементов судна,то обоснование каждого варианта TP становится важной задачей, решатМ которую необходимо в комплексе, учитывая влияние на судно в целом. I

Каждый вариант TP может быть представлен некоторым множеством признаков« отличающих его от других возможных TP и влияющих в той или иной степени н! элементы и характеристики судна и эффективность его работы. К таким признакам е общем случае можно отнести: степень влияния на характеристики массы судна и его главные размерения, уровень капитальных затрат на реализацию TP (стоимость изготовления), изменение мощности ЭУ (производительность), экономичность (расход рабочей среды и т.п.), ресурс до списания; ресурс до очередного ремонта, стоимость ремонтов, надежность, изменение навигационных качеств (показателей). Эти признаки при рассмотрении задачи выбора варианта • TP могут рассматриваться как варьируемые параметры, что создает предпосылки для решения задачи как оптимизационной.

Выбор варианта переоборудования судна с учетом перечисленных его характеристик вообще является многокритериальной задачей. Но поскольку все вышеуказанные варьируемые параметры в конечном счете связаны с экономическими показателями работы судна, можно поставить следующую задачу.

для известных условий эксплуатации (вектор Y) определены оптимальные

основные элементы и характеристики судна-претендента (вектор F{x-| ,Х2.....

Необходимо выбрать вариант переоборудования судна, то есть оптимизировать вектор вариантов технических решений переоборудования K{m,c,N,q,Rcn,RR,cr,f}, где х-,- ¡-я характеристика или элемент судна; m - массо-габаритные характеристики; С - стоимость переоборудования (капитальные затраты); N - мощность (производительность); q - экономичность (удельный расход рабочей среды и т.п.); Rcn- ресурс до списания; Rr - ресурс до очередного ремонта; Cr - стоимость ремонтов; f-надежность

из условия, что показатель экономической эффективности судна, выполняющего планируемую транспортную работу за расчетный период времени (например, срок службы переоборудованного судна, срок окупаемости капвложений, срок договора и т.п ), достигнет максимума:

(Р,К,У) тах. (22)

При этом определяя Ре? (Р,К,У) необходимо исходить из того, что элементы и характеристики каждого рассматриваемого типа судна, переоборудование которого

определено вектором К{к1 ,к2.....кт}, будут удовлетворять условиям:

плавучести

О(Р.К) - рд\/(Р,К) = 0; (23)

баланса масс

0(Р,К)-1РКР1К)-РГр = 0 (24)

I

и т.д. (аналогично (6...18))

а также затраты на переоборудование не будут превышать величины имеющихся финансовых средств: .. | (25)

КП(Р,К, У) < ктах + ксоб

Показатель экономической эффективности отражает влияние на его составляющие как характеристик и элементов судна так и характеристик вариантов технических решений при переоборудовании и имеет вид:

,=Ч

Рег = I [П,(Р,У,К)-кн + А,(Р,У,К) + Кл,(Р,У,К) +

(=1 • .

+И,(Р,У,К)]:(1 + а)(1р-1) (26)

Здесь КП(- стоимость ликвидируемого оборудования в 1-м году; Вариант технических решений при переоборудовании судна будет определять стоимость ликвидируемого оборудования Кл, которое будет снято с данного судНа и реализовано по остаточной стоимости. Она определяется как

о- ^^ поб Дрес!-

кл = Ь ^об-I--(27)

| 1рес1 '

где Коб1 - стоимость механизма, оборудования и т.п. ¡- го типа; 'реа" ресурс механизма, оборудования и т.п. ¡- го типа; поб'|" число механизмов, единиц оборудования и т.п. ¡- го типа;

(Н| - наработка механизма, оборудования и т.п. ¡- го типа.

Решение этой задачи возможно на основе математического моделировани процесса работы переоборудованного судна, финансирования и рефинансирован.!! затрат на его создание и эксплуатацию с последующей численной реализацией этой модели. С этой целью разработаны специальный алгоритм (рис. 2) и программа дл; персональной ЭВМ Состав математической модели и степень ее детализации определяется необходимостью адекватного отражения в критерии эффективности особенностей рассматриваемых технических решений при переоборудовании и их влияние на характеристики судна технико-экономические показатели его работы.

Рис. 2. Схема алгоритма

Изложенный подход проиллюстрирован на примере переоборудования сухогрузного судна грузоподъемностью 5000 т, включающего замену главных двигателей.

Необходимо произвести выбор судовой энергетической установки с лучшими экономическими показателями из возможного ряда установок с заранее заданной 18

мощностью для использования на данном судне, то есть, оптимизировать вектор <{N,Q,M,Rcn,RR,CR,CENG,f),

где N - номинальная мощность; q - удельный расход топлива; М - масса;

Ren -общий моторесурс;

RR - моторесурс до очередного ремонта;

CR - стоимость очередного ремонта; . .

CENG-стоимость двигателя;

f - показатель надежности двигателя.

Показатель экономической эффективности в данном случае представлен в виде: <рг _

Fef(F,N,Y)= 2 flt(F,N,Y) + At(F>N1Y) + Kil-

t=i

-(Эр+Эп+Эаа)-(С (F, ¡4 Y)+kfl (N)-nfl)- H(F, К Y)](1 +a/tp (28)

где Эр - эксплуатационные расходы по судну без расходов на ремонт двигателей;

Эп - расходы на плановые ремонты двигателей;

Эав- расходы на аварийные ремонты двигателей;

C'(F,N,Y) - балансовая стоимость судна без стоимости двигателей;

кд (N)- число комплектов двигателей , используемых на судне в течение времени tp;

пд - число двигателей в составе СЭУ.

Рассматривалось два двигателя претендента: бчрн 36/45 и 8чрн характеристики которых приведены в табл. 1

Расчет показал, что наиболее целесообразен вариант СЭУ с установкой более мощных двигателей 8чрн 32/48, так как показатель экономической эффективности судна при этом наибольший. Это является следствием прежде всего того, что более мощный двигатель в данном случае является и более надежным и позволяет судну иметь большую скорость хода, что обеспечивает ему за навигацию большее число

19

Цг

32/48

рейсов, увеличивает доход. При этом, несмотря на то, что с ростом мощное-увеличиваются расходы на топливо, эффективность судна возрастает.

Таблица 1

Характеристики двигателей-претендентов

Наименование 8чрн32/48 6чрн36/45

мощность, кВт 970 770

удельный расход топлива, кг/кВт ч 0.211 0.214

процент выхода двигателей из строя 5 14

стоимость ремонта по причине выхода из строя, Tbic.USD 57 48

стоимость двигателя, тыс. USD 220 150

Другой практической задачей, при решении которой была осуществлена практическая реализация методики, формализованной в виде (22)...(28), является задача обоснования вальности судовой энергетической установки.

На основе статистического анализа проектных материалов по грузовым судам было установлено влияние вальности на длину машинного отделения(М.О.), массу его оборудования и механизмов, трудоемкость текущего ремонта и технического обслуживания в эксплуатации. Количественные характеристики этого влияния были получены совместно с к.т.н. А.А.Кеслером .

Для проведения сравнительного анализа основных характеристик и экономической эффективности одно-и двухвальных судов были разработаны математические модели таких судов и осуществлена их программная реализация. При этом учитывалось влияние вальности на длину МО , массу его оборудования и механизмов, трудоемкость текущего ремонта и технического обслуживания в эксплуатации. Используя эту систему программ выполнены систематические расчеты применительно к судам класса «О» Российского Речного Регистра.Приняты следующие диапазоны изменения исходных характеристик: грузоподъемность от 1000 до 5000 т.,скорость хода на глубокой воде -12..22 км/ч,осадка-2,0..4,0 м. В качестве движителя принят открытый винт максимально допустимого диаметра. Расчетная модель для одно-и двухвальных судов в своей основе была общей;она апробирована ранее на двухвальных судах.

Наиболее существенно влияние вальности проявилось на мощности главной

СЭУ,которая во всех случаях оказалась больше у одновального судна. Превышение

мощности одновального судна составило: 5 ..6% при скоростях хода 12...14 км/ч; в 20

диапазоне 21...22 км/ч такое превышение достигает 9% при грузоподъемности 5000т и 17% при грузоподъемности 1000т. Увеличение диаметра винта приводит к уменьшению различия по мощности СЭУ одно-и двухвальных судов.Для комплексной оценки одно-и двухвальных судов использован показатель экономической эффективности в виде (28), при этом величины КЛ( и Ц не учитывались.

Полученные результаты позволяют сделать следующий вывод.По итогам 10 лет эксплуатации экономическая эффективность одно-и двухвальных судов практически не отличается. Отношение показателя одновального судна к соответствующему показателю двухвального (Э*) лежит в пределах 1+0,005 ( кривая \на рис.3). При этом для судов грузоподъемностью 5000 т значение Э* превышает 1 во всем диапазоне скорости хода. Для судов меньшей грузоподъемности Э* принимает значения меньше 1 при скоростях более 19...20 км/ч (кривая 2).Этому соответствует превышение мощности одновального судна более чем на 10% (кривая И*(у) - зависимость отношения мощности одновального судна к мощности двухвального от скорости) и, как следствие, повышенные затраты на топливо.

Э*

1.ооо

о.еэв

0.996

0.992

; а]

!

: №

:

ГГ

1.25 1.20 1.15 1.10 1.05 1.00

скорость судна км/ч

Рис.3. Зависимость относительного показателя Э* и соотношения мощностей одновального и двухвального судов Ы* от скорости.

Надо иметь в виду, что данная модель не учитывает влияние вальности СЭУ на цругиэ эксплуатационные и навигационные качества судна, такие как управляемость, вровень безопасности судоходства, уровень вибрации и т.д.

Выводы .

1 .Обоснована возможность оптимизации характеристик транспортных судов ж для всего заданного числа линий эксплуатаций т, а лишь для так называемых линий представителей, количество которых равно т*, (т > т*) . Получен обобщенный показатель линии-представителя.

2. Разработана математическая модель выбора судна для переоборудования , которая позволяет учитывать наряду с его элементами и характеристиками рыночные экономические показатели, финансовые возможности предприятия, возможность использования заемных средств, влияние уровня надежности судна на его эффективность, издержки, связанные с «омертвлением» стоимости груза во время его транспортировки;сформулированы ограничения , выполнение которых обеспечит получение оптимального решения.

3. Разработана математическая модель обоснования технических решений при переоборудовании судна, позволяющая учитывать моторесурс, экономичность (удельный расход рабочей среды), стоимость ликвидируемого оборудования; сформулированы ограничения , выполнение которых обеспечит получение оптимального решения.

4. На основе полученных математических моделей разработан алгоритм и комплекс программ для ЭВМ , позволяющих оптимизировать характеристики судна под переоборудование и технические решения при его реализации.

5. Проведены практические расчеты с использованием разработанных: программ для ЭВМ, которые позволили получить новые результаты по обоснованию типа переоборудуемого судна для перевозки жидких удобрений , вальности энергетической установки.

В приложениях приведены:

результаты статистической обработки данных по сухогрузным судам внутреннего плавания с целью получения зависимостей для строительной стоимости этих судов и мощности СЭУ, необходимых для разработки обобщенного показателя линии-представителя; таблицы с результатами решения уравнения и их статистической обработки;данные по дизельным двигателям и полученные зависимости для удельного расхода топлива;тексты расчетных программ для ЭВМ.

Публикации.

1. Иванов Е.А. .Кеслер А.А., Котельников М.В., Роннов Е.П. Обоснование сферы использования одно- и двухвальных грузоваых судов.// Тр. ВГАВТ. - Вып 273.

2. Котельников М.В. Математическая модель обоснования наилучшего варианта переоборудования судов.// Тр. ВГАВТ. - Вып 273.

3. Котельников М.В. Обоснование тождественности условий эксплуатации при оптимизации характеристик судов.// Тр. ВГАВТ. - Вып 276.

4. Котельников М.В., Роннов Е.П. Обоснование варианта технических решений переоборудования судна./ Наука и техника на речном транспорте, 1997, №2, с. 15-19.

5. Котельников М.В., Роннов Е.П. Оптимизация технических решений при переоборудовании судна. // Тр. ВГАВТ. - Вып 273.

G. Котельников М.В. Метод расчета водоизмещения порожнем наливных судов на начальных стадиях проектирования.// Тр. ВГАВТ. - Вып 273.

7. Котельников М.В., Роннов Е.П. Обоснование типа двигателя при решении внешней задачи проектирования судна. II Тр. ВГАВТ. - Вып 273.

Подп. к печ. 12.01.98. Формат 60x84 Vie- Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ.л.1,5. Уч.-изд. л. 1,0 . Тираж 100 экз. Заказ II.

Типография НГТУ. 603600, Н.Новгород, ул.Минина, 24.----