автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Оптимизация работы флота в условиях переменных глубин

На правах рукописи

Железнова Наталья Владимировна

ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ ФЛОТА В УСЛОВИЯХ ПЕРЕМЕННЫХ ГЛУБИН

Специальность 05.22.19 - «Эксплуатация водного транспорта, судовождение»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Н. Новгород - 2004

Работа выполнена на кафедре «Управление транспортом» Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ, г. Нижний Новгород).

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Платов Юрий Иванович.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Фадеев Иван Павлович Кандидат технических наук Федосеев Александр Иванович

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский институт экономики и эксплуатации водного транспорта

Защита состоится оС!2» ¡¿¿¿Ур^¿2- 2004 г. в /¿Г на заседании диссертационного совет Д 223.001.01 в Волжской государственной академии водного транспорта в ауд. 231 (603600, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГАВТ. Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, докт. тех. наук

А.Н. Ситнов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Водный транспорт в целом и речной транспорт в частности являются важнейшими составными частями общехозяйственного комплекса России, эффективное функционирование которого, наряду с другими факторами, предопределяет результаты экономического развития страны.

Современный этап развития речного транспорта характеризуется тем фактором, что даже крупные судоходные предприятия не имеют свободных денежных средств для приобретения материало-, энерго-, топливос-берегающих технологий и технических средств. Поэтому основное направление развития транспорта сегодня — это поиск и использование внутренних резервов, а также совершенствование управления подвижным составом и обслуживающими транспорт системами.

Крайне высокая динамичность современного транспортного процесса и внешней среды требуют поиска новых информационных технологий в решении задач оперативного планирования и регулирования работой флота. Первоочередными являются задачи оптимизации планов использования судов, адекватно отражающих складывающиеся параметры внешней среды, а также автоматизация обработки поступающей оперативной информации.

Цель и задачи исследований Целью настоящих исследований является решение научно-практических задач по совершенствованию оперативного управления работой флота в условиях переменных глубин на базе экономико-математического, а также имитационного моделирования. В диссертационной работе решены задачи повышения эффективности использования флота за счет снижения нерациональных простоев судов при прохождении участков с переменными глубинами, повышения провозной способности с использованием ресурсосберегающих технологий. Предметом исследований диссертационной работы является система оперативного управления работой флота судоходных предприятий. Автор видит практическую цель по совершенствованию методики оперативного управления работой флота внутреннего водного транспорта и внедрению элементов информатизации управления в практическую деятельность судоходных предприятий для повышения эффективности их работы и конкурентоспособности отрасли в целом.

Методы исследования. При исследовании используются методы системного анализа задач оперативного управления деятельностью речного транспорта. Настоящие исследования базируются на элементах эконо-

мико-математического и имитационного моделирования сложных транспортных систем. При практической реализации использованы методы исследования операций, математического анализа и линейного целочисленного программирования.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- проведен анализ условий судоходства на участке Н. Новгород -Городец, характеризующегося переменными глубинами , в том числе, изменяемыми в течение суток. На основе анализа в условиях переменных глубин водных путей разработана экономико-математическая модель оперативного планирования работы флота, методика обоснования моментов прибытия судов, к лимитирующему участку водных путей, предложена методика обоснования вариантов схемы использования флота с отгрузкой-догрузкой для условий переменных глубин.

Практическая значимость и реализация результатов представляется:

- методикой формирования рабочего массива данных для разработки оптимального плана работы флота в условиях переменных глубин;

- внедрением основных результатов научных исследований в эксплуатационном тренажере;

- экспериментальными расчетами по совершенствованию системы оперативного планирования работы флота.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и были одобрены на научных семинарах кафедр Управления транспортом и Водных путей и гидросооружений ВГАВТ и научно-техническими конференциями профессорско-преподавательского состава академии водного транспорта в 1994-2003 г г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в семи основных работах автора.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения (122 страницы текста, включая 25 рисунков и восемь таблиц), библиографических ссылок из 85 наименований и четырех приложений.

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении показаны актуальность исследований, проблемы в изучаемой области, сформулированы цели и задачи.

Первая глава содержит анализ современного состояния по оперативному управлению работой флота в условиях переменных глубин.

Целями оперативного планирования являются проведение оптимальной корректировки месячной схемы расстановки флота по грузовым лини-

ям в зависимости от сложившейся эксплуатационной ситуации и обеспечения ритмичности работы флота.

По теме исследований анализировались работы д.т.н. А.П. Ирхина и к.т.н. Н.Г. Коки , д.т.н. Л.М. Рыжова и к.т.н. Е.В. Ширяева, д.т.н. В.И. Савина, д.т.н. И.П. Фадеева, к.т.н. И.Н. Разживина, к.т.н. В.В. Золотова. Наиболее полно методы месячного планирования в границах смежных паро-ходств разработаны в рудах к.т.н. В.И. Астахова. Экономико-математическое моделирование для оперативного планирования впервые разработано в трудах к.т.н. Е.В. Ширяева. Однако, несмотря на многообразие и различия в подходах к разработке методов оптимального планирования использования флота в оперативных условиях, большинство из них имеют общую особенность: они предполагают линейную форму перевозок, при которой осваиваются стабильные грузопотоки: они не учитывают особенности рейсового планирования. В современных условиях эксплуатации водного транспорта, при возникновении большого числа небольших самостоятельных судоходных компаний приходится отдавать предпочтение рейсовому планированию. Кроме того в этих работах крайне мало уделялось внимания вопросам совершенствования использования флота на основе экономико-математических моделей (ЭММ) в условиях переменных глубин и они ориентированы на усредненные параметры габаритов судового хода а следовательно, средние эксплуатационные загрузки отдельных типов судов. Они не учитывают и не могут учесть вышеизложенные особенности движения флота в условиях переменных глубин водных путей и особенно на лимитирующем участке, на таком, как, например Н.Новгород - Городец, который является наиболее общим.

В этой же главе уделено внимание существующей в настоящее время проблеме прохождения судами гидросооружений и шлюзов. Подпорные гидроузлы и шлюзы, улучшая условия судоходства в то же время являются лимитирующими участками и в некоторых случаях ограничивают пропускную способность всего водного пути, а следовательно, ведут к снижению доходов. Потери судоходных компаний от неполного использования грузоподъемности судов из-за малых глубин, например, на короле Городецкого шлюза и на участке Городец - Н. Новгород за навигацию 2002 года оценивается в 505 тыс. тонн с потерей доходов в экономике 723,5 млн. руб.

Исходя из этого первоочередной задачей является увеличение пропускной способности существующих шлюзов, которого можно достигнуть:

1) за счет увеличения загрузки судов, максимального использования полезной площади камер шлюзов для шлюзования группы судов, специ-

ализации двухниточных шлюзов по видам шлюзуемого флота и родам груза, а также по направлениям движения;

2) за счет выявления резервов продолжительности судопропуска.

Повышением пропускных способностей шлюзов и шлюзованных систем занимались многие ученые. Классические методы обоснования рационального пропуска судов приведены в работах д.т.н. А.А. Союзова, к.т.н. В.И. Головникова. Вопросом совершенствования судопропуска на одиночных шлюзах занимались д.т.н. СМ. Пьяных, к.т.н. А.Г. Малышкин, д.т.н. В.И. Кожухарь, к.т.н. Д.С. Терешкин. Прогнозированием времени ожидания шлюзования при оперативным планировании пропуска через шлюз на базе вероятностных характеристик движения судов занимался д.т.н. Б.И. Вайсблат.

Вопросы паузки также рассматривались в работах к.т.н. Н.В. Шмелева и к.т.н. Н.В. Пигаловой. Н.В. Шмелев проводил анализ прохождения судов через лимитирующие участки с организацией паузки, определил соотношение протяженности участков пути с лимитирующими и достаточными глубинами судового хода, при котором целесообразно производить паузку, разработал методику определения координаты пункта, в котором целесообразно произвести паузку.

Организация паузки и догрузки эффективны при выполнении условия, что эксплуатационные затраты на освоение грузопотока при условии паузки (расходы по основным судам, судам-паузкам и дополнительные расходы в пункте паузки) не превышают эксплуатационные затраты на освоение грузопотока без условий паузки.

Анализ работ показал, что авторы не учитывают переменность глубин по времени в суточном и навигационном разрезе.

Вторая глава посвящена анализу судоходного состояния реки Волга на участке Н. Новгород - Городец.

В 1950-54 гг. при проектировании и строительстве Нижегородского гидроузла отметка заложения днищ камер нижних шлюзов была установлена с учетом подпорного уровня от будущего Чебоксарского водохранилища. Однако до настоящего времени водохранилище до нормального подпорного уровня (НПУ) не наполнено. В связи с этим условия прохождения большегрузных судов через Городецкие шлюзы и нижерасположенный участок Городец - Н. Новгород остаются наиболее сложными в Волжско-Камском бассейне, так как необходимые глубины наблюдаются ограниченное время в течение суток.

В начальный период времени после ввода в эксплуатацию Нижегородского гидроузла при проектном среднесуточном расходе воды 1100 м3/с гарантировалось поддержание отметки уровня воды в нижнем бьефе

67,25 м абс. При этом режиме суточного регулирования ГЭС на порогах нижних шлюзов обеспечивалось поддержание глубины 350 см в течение 18-20 часов в сутки и проблем с шлюзованием судов не было.

Неоднократные, даже в течение суток, и значительные по величине (до 1,5-2 метров в сутки) колебания уровней, связанные с неравномерностью работы Нижегородской гидроэлектростанции, затрудняют шлюзование и движение флота. Значительную часть навигационного периода шлюзование производится при увеличенном попуске ГЭС. Причем передвижение флота с одного рейда на другой возможно лишь во время прохождения попусковой волны. В результате, на рейдах Балахны и Городца скапливается большое число судов, и на преодоление участка они затрачивают иногда более двух суток.

В процессе эксплуатации гидроузла в результате естественного хода русловых процессов происходит постепенная посадка уровней в нижнем бьефе при тех же значениях расходов воды в створе ГЭС. Посадка уровней привела к снижению глубин на порогах нижних шлюзов. По предложению Волжского государственного бассейнового управления водных путей и судоходства, управление АО «Нижновэнерго» изменило график суточного регулирования стока с уменьшением попусков в ранние утренние часы и увеличило в дневные часы, когда работают предприятия и идет наибольшее потребление электроэнергии, для того, чтобы обеспечить пропуск большегрузных составов

Анализ часовых графиков уровней воды на королях шлюзов №15 и №16 позволил вывести обобщенные по месяцам навигации 2002 г. графики часовых колебаний глубин в названных координатах. На рис. 1 приведены среднедекадные часовые графики колебания глубин на королях шлюзов № 15 и № 16 в июне.

Анализ названных графиков показывает, что крупнотоннажный флот с осадкой > 300 см может проследовать шлюзы только в период суток с 12 до 16 часов.

В конце 80-х - начале 90-х годов сложилась следующая типовая схема пропуска судов, подходящих к участку Н. Новгород - Городец и шлюзования его через Нижегородский гидроузел:

- большегрузный флот, прибывший в Н. Новгород, дожидается наступления «проходной глубины» на участке Н. Новгород - Балахна, а в 13-14 часов выходит из Н. Новгорода, чтобы в 17-18 часов придти в Балахну, затем останавливается на транзитном рейде в ожидании наступления очередного периода «проходной глубины» для участка Балахна - Городец;

- на следующие сутки в 12-13 часов большегрузный флот снимается с Балахнинского рейда и на пике подъема уровней успевает до 15-16 часов пройти в Городец, где вынужден встать на транзитный рейд, так как к этому времени уровни воды пошли на спад и необходимой для шлюзования глубины на королях уже нет;

- на следующие сутки, дождавшись очередного подъема уровней воды, флот может быть прошлюзован в период с 10 до 14 часов.

Весь большегрузный флот, прибывший в Н. Новгород после 14-15 часов, не успевает пройти до Балахнинского рейда на волне попуска, поэтому должен ждать на рейде Н. Новгорода очередного подъема уровней во ды. Таким образом, на полный цикл прохождения большегрузным флотом участка Н. Новгород — Городец и проход через шлюзы гидроузла, в лучшем случае, затрачивается не менее двух суток. Если же флот подошел к Н. Новгороду позднее 14-15 часов, продолжительность цикла может увеличиваться и до 2,5-3 суток, не считая времени на ожидание шлюзования при пачкообразном подходе флота.

Аналогичная ситуация с колебаниями уровней сложилась и на других неподтопленных нижних бьефах ГЭС: Волгоградской на Волге, Воткин-ской на Каме, Новосибирской на Оби.

На рис. 2 приведен график связи уровней воды по гидрологическим постам Городец (створ № 7) и Балахна. Как видно из рисунка, эта связь неоднозначна и график имеет форму петли. В графике можно выделить четыре зоны.

I зона (с 9 до 14 часов): наиболее благоприятная для судоходства в обоих направлениях - идет подъем уровней на всем участке попуска.

II зона (с 14 до 15 часов): благоприятна для судов, идущих сверху, но опасная для судов, идущих снизу - в Балахне идет подъем уровней, а в Городце уже начался спад.

III зона (с 15 часов до я24 часов и с 0 часов до 6 часов): неблагоприят-

ная для судоходства в обоих направлениях - идет спад уровней на всем участке - провал.

Отметки уровней по г.п. Балахна, м абс. Рис. 2 Ррафгпс связи уровней по г.п Горояеи и г.п Балахна. 2000 г.

IV зона (с 6 часов утра до 9 часов): благоприятная для судов, идущих снизу, но не благоприятная для судов, идущих сверху - в Городце начался и идет подъем уровней, а в Балахне все еще идет спад.

В третьей главе разработаны теоретические основы оперативного управления работой флота в условиях переменных глубин.

Для повышения объективности обоснования оперативных планов в условиях переменных глубин необходима иная по сравнению с проанализированными ранее экономико-математическая модель планирования, которая позволила бы с определенной степенью точности отразить особенности судоходства на участках водных путей с переменными глубинами.

Модель кроме стандартных ограничений по полному освоению заявленных объемов перевозок грузов имеющимися ресурсами флота с учетом переходящих с предплановой декады остатков транспортной работы должна включать и ограничения по моментам отправления судов из пунктов загрузки таким образом, чтобы подходящий в нижний бьеф флот мог без простоев проследовать до следующего рейда ожидания попусков воды через плотину гидроузла, что положительно скажется на величине эксплуатационных затрат по судну в том или ином рейсе, который является многофакторным, поскольку зависит от:

- продолжительности времени рейса и района плавания судна (затраты на оплату труда и другие выплаты компенсирующего и стимулирующего характера);

- продолжительности времени рейса и соотношения ходового и стояночного времени, степени загрузки судна (затраты на горючесмазочные материалы);

- пунктов отправления - назначения и характера водных путей (затраты на комплексное обслуживание, портовые и канальные сборы).

В то же время есть ряд факторов, которые не зависят от объема выполненной или планируемой к выполнению транспортной работы (амортизация основных фондов, затраты на ремонт, содержание управленческого аппарата и связи), однако их так же нужно учитывать.

При наличии суточного графика колебаний уровней воды в нижнем бьефе НН ГЭС плановую схему движения флота от пункта отправления до пункта назначения, проходящих через данный участок, иллюстрирует рис. 3.

На рис. 3 приняты следующие обозначения:

г1 - момент прибытия судна на рейд ожидания в Н. Новгороде;

г2 - момент начала движения судна с рейда ожидания в Н. Новгороде;

гз — момент прибытия судна на рейд ожидания в Балахне;

г4 - момент начала движения судна с рейда ожидания в Балахне;

- момент прибытия судна к шлюзам 15 (16) (на рейд ожидания) в Городце;

г6 - момент проследования судном шлюза 13 (14) в Городце.

Следует отметить, что и должны совпадать с моментами начала подъема уровней воды в створе рейдов ожидания

В условиях переменных глубин перед аппаратом управления судоходными предприятиями ставится проблема выбора из двух альтернатив.

Первая альтернатива - это максимальное использование грузоподъемности судов, осуществляющих перевозки грузов с проследованием через названный участок. Следует отметить, что улучшению использования флота по грузоподъемности неминуемо сопутствует не только увеличение продолжительности оборота, но и ухудшение его структуры.

Вторая альтернатива — это стремление в максимальной степени сократить дополнительные простои судов, и здесь единственный выход - это загрузка судов на всем маршруте следования от пункта отправления до пункта назначения исходя из условий, продиктованных лимитирующими глубинами.

Для реализации первой альтернативы предлагается декомпозиционная ЭММ расчета оперативного плана работы флота, которая учитывает колебания уровня воды на участке Городец- Н. Новгород.

Для изложения экономико-математической модели введем обозначения:

1 - индекс грузопотоков;

I - множество грузопотоков, / = 1, /;

] - индекс пункта разгрузки судна;

/ - множество пунктов загрузки в обратном направлении, у = 1, У;

к - индекс судна (состава), способного по своим характеристикам осваивать транспортное сообщение (ц);

К - множество индексов к, к € К ;

п - индекс «искусственного» флота, П Е N;

/ - индекс груженого рейса к -го судна;

(X - индекс порожнего рейса к -го судна;

Ьк - подмножество груженых рейсов к-го судна на транспортном сообщении (/,_/) е я;

АК - подмножество порожних рейсов к-го судна на транспортном сообщении (/,у)е

-»Лодмножество рейсов назначений к -го судна на 1 -ом грузопотоке;

-ТЛ^дмножество рейсов отправления к -го судна на 1 -ом грузопотоке;

О; - размер заявки на перевозку грузов в ; -ом грузопотоке, тыс. т;

О-жи - загрузка к -го судна на 1 -ом загруженном рейсе на 1-ом грузопотоке, тыс.т;

Тк - ресурс времени к -го судна в плановом периоде, ч;

tklí — нормативная продолжительность груженого рейса к -го судна в 1-ом груженом рейсе на -ом грузопотоке, ч;

гг^ОУС .

1щ — нормативная продолжительность ожидания шлюзования в Го-родце при следовании соответственно снизу и сверху, ч;

,) - нормативная продолжительность части груженого рейса от пункта отправления до рейда ожидания в Балахне при следовании снизу и от пункта отправления до шлюза 13 (14) при следовании сверху (учитывается по судам, у которых Т3 > 300 см), ч;

Зпост ., ,

кк - постоянные эксплуатационные затраты за рейс по к-му судну при использовании в 1-ом груженом рейсе на 1-ом грузопотоке, ден. ед.;

Э"^' - переменные эксплуатационные затраты за рейс по к -му судну типа при использовании в I -ом груженом рейсе на I -ом грузопотоке, ден. ед.;

С"' - стоимость содержания к -го судна за один час стоянки в ожидании шлюзования, ден. ед.;

ТЦ1 - момент отправления к -го судна в / -ом груженом рейсе на I -ом грузопотоке (учитывается только по судам, у которых Тэ > ЗООсм), дата, часы;

Х1(и)> XЦ] о ~~ число груженых отправлений к -го судна на транспортных сообщениях соответственно у)е./? и (хк{ ,¿1»

Х^ -число отправлений порожних к -го судна на транспортном сообщении (/, 0 6 Л, ( Х'1';ри) < 1), ед;

Хп - число отправлений «искусственного» флота, ( хв ¿1), ед;

Эп - эксплуатационные затраты за рейс по «искусственному» флоту, ден. ед.

В принятых обозначениях декомпозиционная экономико-математическая модель оперативного планирования работы флота в условиях переменных глубин будет выглядеть следующим образом.

/ этап - Формирование оптимального оперативного плана работы флота

Требуется определить вариант назначения судов в оперативном плане при котором критерий эффективности работы флота принимает оптимальное значение

при следующих ограничениях:

1. Заявленный объем перевозок по отправлению в / -х груженых рейсах к -ми судами должен быть освоен на каждом транспортном сообщении

(3)

2. Суммарные затраты времени для каждого к -го судна в / -X груженых и а -х порожних рейсах в (ь./) транспортных сообщениях не должны превышать его ресурса времени в плановом периоде

Л^ни.п 'У^ ХАаШ)'-^к/ал ^Тк,к = \,К. (4)

3. Количество отправлений к-го судна на 1-Х груженых и СС -х порожних рейсах из каждого пункта транспортного сообщения ('»у) не

должно превышать количества его прибытия в этот пункт: / / \

веиа У ^/еУи ,

4. Если к-ое судно назначено на 1-Й груженый рейс в транспортное сообщение (!,/) € Л, оно должно прибыть в 1-ый пункт загрузки и отправиться из него:

2 Е*™ - 2 (6)

5. Из множества возможных рейсов в (/,7*) транспортном сообщении

каждое & -ое судно может быть назначено только на один I -й груженый или порожний рейс:

2 + £ - 1 '

<0,(и)еД. (5)

6. Целочисленность и неотрицательность переменных:

(7)

(8)

2 этап — Согласование движения флота с часовыми графиками колебания глубин.

7. Каждое судно с Тэ >300 см, назначенное на транспортное сообщение

, должно отправиться из пункта загрузки в такой

момент времени чтобы прибыть:

- к рейду ожидания в Балахне при следовании снизу

- к шлюзу № 15(16) при следовании сверху

12 <^„+7^,, £16.

(10)

При реализации ЭММ (1)—(10) в оперативном плане отправления груженых судо вна грузопотоках, трасса которых проходит через участок водных путей с переменными глубинами Н. Новгород - Городец, отобраны крупнотоннажные суда (Тэ > 300 см), которые на основе нормативных

затрат времени подходят к лимитирующему участку в моменты подъема фронта волны попуска, что позволяет им без дополнительных ожиданий проследовать до следующего рейда ожидания.

Однако в названном плане присутствуют и суда, моменты готовности к отправлению в груженый рейс которых не будут соответствовать моментам подъема фронта волны. Для этих судов необходимо устанавливать такие пониженные скорости движения, чтобы они прибыли к лимитирующему участку в соответствии с графиком попуска воды через агрегаты Нижегородской ГЭС к моменту подъема фронта волны попуска. Использование пониженных скоростей движения судов позволит кроме всего прочего сократить расход топлива за рассматриваемый рейс.

Расчет скоростей движения производится по методике, предложенной д.т.н. Рыжовым Л.М., а далее усовершенствованной д.т.н. Платовым Ю.И.

ЭММ (1)—(10) обосновывает оперативный план отправления судов, который решает задачу согласования моментов подхода судов, назначенных на перевозку, к лимитирующему участку с моментами установления проходных глубин на данном лимитирующем участке.

Для реализации второй альтернативы предлагается методика определения оптимальной координаты «Пункта паузки» относительно «Пункта отправления».

где АО - количество груза, которое необходимо снять с судна в пункте паузки, т;

- расстояние от пункта отправления до пункта паузки, км; /х - расстояние от пункта отправления до пункта назначения, км; - количество груза на борту судна после паузки, т;

1п - суммарная продолжительность времени на выполнение паузоч-ной операции, сут;

(р - продолжительность рейса судна на той же линии в варианте отсутствия паузки (случай загрузки судна на «проходную» осадку), сут.

Неравенство (11) свидетельствует о том, что паузка судна является оправданной, если относительный прирост грузооборота за одно отправление не превышает относительного прироста времени выполнения груженого рейса на данной линии.

После выполнения преобразований неравенство (11) принимает следующий вид:

(12)

Выражение (12) учитывает затраты только по транспортному флоту и для комплексной оценки необходимо добавить сюда и затраты по перегрузочной технике. Тогда выражение (12) будет выглядеть следующим образом

где

(13)

часовая стоимость содержания перегрузочной техники, ден.

ед./маш-ч.

Решая (13) относительно 1'г , получим координату пункта паузки относительно координаты пункта отправления для любого грузопотока.

Преимуществами предлагаемого подхода являются оценка схем использования флота по экономическим критериям и возможность его использования для любого периода навигации, так как обуславливается конкретно складывающимися условиями судоходства.

При использовании судов-паузков в неравенстве (13) изменится только левая часть. Тогда неравенство (13) примет вид:

Выполненные диссертантом исследования показывают, что для всех грузопотоков, трасса которых проходит через участок Н. Новгород - Го-родец, возможно использование нескольких принципиально отличающихся схем работы флота:

1. Поиск моментов отправления груженых судов на этих грузопотоках, чтобы без простоев могли проследовать на фронте волны попуска по крайней мере до рейда ожидания в Балахне (с помощью предложенной ЭММ (1)—(10), позволяющей осуществлять оперативное планирование работы флота в условиях переменных глубин);

2. Поиск оптимальных скоростей движения на участке «Пункт отправления - Н. Новгород (Городец)», чтобы суда подходили к рейду ожидания в Н. Новгороде в моменты подъема уровней воды (для судов, моменты отправления которых из пунктов загрузки не обусловлены ЭММ (1)-(10).

3. Организация паузочно-догрузочных работ для судов, моменты прибытия которых не удовлетворяет ограничениям (9), (10) ЭММ (1)—(10).

Четвертая глава диссертации содержит методическое обеспечение решения задач управления работой флота в условиях переменных глубин.

В отрасли водного транспорта исходными данными при разработке оперативных планов являются:

- поименная дислокация судов (обязательными элементами этого документа для судов, находящихся в движении, должны быть пункты отправления, проследования и назначения с указанием моментов (дата, часы) отправления и проследования, род и количество груза, состояние судна (с грузом, порожнем), судовладелец, арендатор; для судов находящихся в пунктах грузовой обработки - род и количество груза, моменты прибытия (дата, часы), постановки к причалу и т. п., судовладелец, арендатор, предложения к плану дальнейшего использования);

- планы ввода - вывода судов, в том числе, из планового и на плановый ремонт;

- заявки грузовладельцев по пунктам отправления и родам грузов, кроме того в системе смежных судоходных компаний могут формироваться планы приема - передачи флота.

К началу разработки оперативных планов формируется значительный объем нормативно-справочной информации (технические нормы использования флота; персональный перечень судов, работающих в однозначно определенных условиях; формы закрепления и типовые составы; принципы регулирования и т. п.). В процессе планирования план работы каждого судна (назначения) должен определяться из условий достижения наилучшего

значения критерия эффективности. В этих обоснованиях наиболее сложными являются задачи по точному определению плановой продолжительности рейса и «стоимости» этого рейса, поскольку значение этих параметров предопределяет те или иные варианты использования судов.

Результатом реализации ЭММ (1)-( 10) является создание оперативного плана отправления судов на планируемый период. Указанный оперативный план не является рабочим документом диспетчерского аппарата до тех пор, пока параметры этого плана не согласованы с временными режимами попусков воды на лимитирующем участке Н. Новгород - Городец, поэтому он подвергается обработке посредством программного комплекса «Согласование» для реализации ограничений (9) и (10) ЭММ (1)-(10).

На первом этапе согласования плана с моментами возможного прохождения лимитирующего участка производится расшифровка симплексной матрицы и формирование текстового файла с предварительным вариантом оперативного плана.

В последующем, на базе методов имитационного моделирования определяется момент подхода судов сверху к шлюзам № 13 и № 14 и снизу к Волжскому грузовому району Нижегородского порта (рейду ожидания). На этом этапе возможны два варианта событий.

Первый вариант - моменты подхода части судов к участку Н. Новгород - Городец из оперативного плана совпали с моментами подъема уровней воды на названном участке. Тогда эти суда выделяются из общего массива судов отправлений оперативного плана, производится упорядочение моментов подхода этих судов к участку в хронологической последовательности дат и часов. Подобное упорядочение позволяет заранее оценить «нагрузку» на названный участок и шлюзы Нижегородской ГЭС. Список этих судов формируется в виде декадного плана в качестве рабочего документа.

Второй вариант является противоположным - несовпадение этих моментов времени. Для таких судов задаются экономичные скорости движения или организация паузочно-догрузочных работ в соответствии с ранее изложенными методиками, что в конечном счете позволяет устанавливать для них нужные моменты прибытия к участку Н. Новгород — Городец. Использование этого приема позволяет не только сократить затраты времени на ожидание шлюзования (увеличить провозную способность флота), но и уменьшить расходы по топливу, которые составляют примерно треть всех расходов по содержанию судна. После того, как будут установлены нужные режимы движения по каждому судну, массив этих судов также упорядочивается в хронологическом порядке и выводится на печать в виде рабочего документа.

Алгоритм начинает свою работу с ввода дислокации. При этом осуществляется контроль за достоверностью вводимой информации и замена текстовых наименований судов, пунктов и операций на кодовые. В дальнейшем откорректированная корреспонденция передается программному комплексу «Движение», где происходит обогащение нормативно-справочной информацией и моделируются процессы движения судов с глубиной прогноза в пределах планируемой декады. Результатом работы этого комплекса является формирование рабочего массива данных {D} по судам, готовым к работе в планируемой декаде.

{D}={NMSD; NPO; NPN; IG; Q; ТЕ; NPD; DPD; NOPD}, (15)

где NMSD - наименование судна;

NPO, NPN — соответственно, наименование пунктов отправления и назначения;

IG - наименование груза;

Q - загрузка судна, т;

ТЕ - осадка судна при загрузке Q^ см;

NPD - местоположение судна на момент съема дислокации (наименование пункта);

DPD - дата съема дислокации в формате ММДДЧЧ;

TPD - часы съема дислокации;

NOPD — наименование операции, которую выполняло судно на момент съема дислокации.

На основе указанного массива информации {D} для каждого судна осуществляется имитация работы в плановом периоде с обеспечением последовательности транспортных операций.

Следующий этап расчетов осуществляет программный комплекс «Обработка», в процессе работы которого моделируются операции грузовой обработки судов. В результате к рабочему массиву данных добавляются суда, выполняющие на момент съема дислокации операции загрузки — разгрузки. Формируется рабочий массив {D'} информации для использования его при определении технологических коэффициентов начальной симплекс-матрицы в составе следующих реквизитов:

D'={NMSD; NNP; DNR; TNR; LRP; VNS}, (16)

где NNP - местоположение судна, с которого он готов начинать работу в рассматриваемой декаде (наименование пункта);

DNR - дата готовности к работе в планируемой декаде в формате ММДДЧЧ;

TNR- час готовности судна к работе в планируемой декаде;

LRP - продолжительность работы судна на перевозках планируемой декады, ч;

VNS — вариант возможного назначения судна (формируется в случае однозначного закрепления судна на перевозках, передачи в аренду или вывода из эксплуатации). На этом работа алгоритма заканчивается.

Пятая глава диссертации содержит оценку проведенных экспериментальных расчетов и оценку результатов внедрения.

Для экспериментальной проверки модели использовалась функция «Поиск решения» ППП «Microsoft Office» (приложение Microsoft Excel). Зона расчета охватывала районы от Астрахани и Березников до С. Петербурга. Грузопотоки включали 6 родов грузов и были назначены из заявок по СК «Волжское пароходство» на вторую декаду июля 2002 г., отличающуюся крайне низкими уровнями воды.

На базе дислокации флота с использованием нормативно-справочной информации были определены моменты освобождения судов от обязательств первой декады июля.

На основе рабочего массива {D }, выполнена подготовка вариантов назначения по каждому возможному рейсу. Загрузка судов на каждом грузопотоке назначалась максимально возможной, исходя из глубин на участке Н. Новгород - Городец (пр. 1565 - 4750 т., пр. Р-156 - 3800 т., пр. 1787У - 4100 т.). В качестве временных показателей определялась продолжительность оборота с учетом предшествующего порожнего пробега. Расходы на выполнение порожних рейсов, предшествующих последующим груженым, были включены в суммарные эксплуатационные затраты за оборот. Таким образом, в исходной план-матрице было сформировано более 100 вариантов возможных оборотов судов трех типов, а матрица линейных ограничений включала 104 столбца и 330 строк.

Эффективность данных проявляется по двум направлениям:

• как показал анализ использования грузового флота АО «Волга-флот», средняя загрузка навалочными грузами судов, преследующих участок Н. Новгород - Городец, во второй декаде июля 2002 года составляла: теплоходов типа «Волго-Дон» - 4163 т; составов пр. Р-156 - 3547 т;

составов пр. 1787У - 3550 т.

Согласование моментов подхода судов к участку Н. Новгород - Горо-дец с часовыми графиками попуска воды через плотину Нижегородского гидроузла позволяет увеличить загрузку:

теплоходов типа «Волго-Дон» - 4750 т (14,1 % прироста); составов пр. Р-156 - 3800 т (7,1 % прироста);

составов пр. 1787У - 4100 т (15,5 % прироста).

• суммарные простои судов в ожидании достаточных глубин на участке Н. Новгород - Городец могли составить (семь теплоходов типа Волго-Дон и два состава):

по теплоходам типа Волго-Дон - 96 часов; по составам - 25 часов.

Использование регулировочных мероприятий по этим типам судов и составов позволяет согласовать моменты прибытия судов к участку Н. Новгород - Городец с часовыми графиками попуска воды и, тем самым, ликвидировать упомянутые простои за счет снижения скорости движения и расход топлива в целом уменьшить на 47794 кг.

В целом за навигацию эффективность использования предлагаемой экономико-математической модели и регулировочных мероприятий можно ориентировочно оценить (в силу отмеченного выше примечания) на основе следующих предположений.

По данным Волжского государственного бассейнового управления водных путей и судоходства за период стояния низких горизонтов воды на участке Н. Новгород - Городец в навигацию 2002 года через шлюзы Нижегородской ГЭС было пропущено 424 единицы крупнотоннажного сухогрузного флота, в том числе:

- т/х типа «Волго-Дон» - 113 единиц;

- т/х типа Сормовский и др. крупнотоннажных - 184 единицы;

- большегрузных составов (пр. Р-156, пр. 1787У, пр 1787) -127 ед.

Основываясь на вышеизложенном, можно предположить, что использование предлагаемой экономико-математической модели позволяет организовать проследование 36 % единиц крупнотоннажного флота без простоев в ожидании достаточных глубин. Это составит:

- т/х типа Волго-Дон -41 единицу;

- другим крупнотоннажным теплоходам - 66 единиц;

- большегрузным составам - 46 единиц.

Для оставшихся 271 единицы крупнотоннажного флота придется применять комплекс регулировочных мероприятий, что позволит снизить расход топлива в целом по этому флоту в пределах 1500 тонн.

Исследования эффективности паузочно догрузочных операций проведен по тем же грузопотокам.

Результаты исследований формируются применительно к двум типам флота, эксплуатирующегося в настоящее время в Волжско-Камско-Донском бассейне:

- грузовые теплоходы типа Волго-Дон;

- составы типа 0Т-2400+2х4450.

Было введено понятие коэффициента эффективности паузки, который определяется отношением себестоимостей перевозки груза в вариантах паузки в Камышине и в Н. Новгороде

При изменении расстояний перевозки от пункта отправления до Н. Новгорода и от Городца до пункта назначения значение коэффициента эффективности паузки будет изменяться. Соответствующая графическая зависимость приведена на рис. 4.

Для отработки предлагаемых решений поставленной задачи автором разработаны моделирующие алгоритмы математического обеспечения тренажерного комплекса в части организации на нем шлюзованной системы.

Тренажерный комплекс позволяет моделировать процессы движения, обработки в портах и шлюзования 67 единиц разнотипных судов на участке водных путей протяженностью 2150 км.

На расстоянии 20 км выше пункта Разлив расположен однокамерный однониточный шлюз, а подпор от плотины распространяется до пункта Плес.

Методически шлюз имитирует в полном объеме работу любого из шлюзов Волжско-Камского каскада с размерами камеры 290x30 м, имеющего головную систему наполнения.

Кроме моделирующего алгоритма, автором разработана имитационная модель диалога обучающегося (диспетчера шлюза) с моделирующей системой в виде экранных форм и соответствующего программного обеспечения.

В плане совершенствования тренажерного комплекса предусматривается создать моделирующие алгоритмы, обеспечивающие на приплотин-ной части участка Шлюз - Разлив протяженностью 20 км условия судоходства с переменными глубинами, сходными с условиями на участке Н. Новгород - Городец. Это позволит отрабатывать пути повышения эффективности использования флота в условиях переменных глубинах.

В заключении диссертации обобщены результаты исследований.

Выполненные автором исследования позволили разработать методы решения задач оптимального использования флота в условиях переменных глубин. Наиболее важными моментами проделанной работы по мнению автора являются следующие:

1. На основе анализа современного состояния теории и практики оперативного управления работой флота установлено, что в настоящее время в связи с большой значимостью задач, стоящих перед отраслью на современном этапе развития экономики России, эффективное использование флота является весьма актуальным. В то же время оно не может быть обеспечено без разработки надежных методов планирования работы флота в условиях переменных глубин.

2. Приведенный в диссертации анализ современного состояния теории и практики использования флота в оперативных условиях, а также имеющихся решений по информатизации последнего показал необходимость специального изучения условий судоходства при переменных глубинах в силу крайне ограниченного круга исследований, посвященных решению поставленной задачи.

3. Исследованы параметры, оказывающие решающее влияние на состояние глубин и изменение уровней воды в течение суток. Этими параметрами являются уровень попуска воды через плотину Нижегородской ГЭС и период суток. Выявлена необходимость разработки специальных методик с целью повышения эффективности использования флота в условиях переменных глубин.

4. Разработана экономико-математическая модель оперативного планирования работы флота, позволяющая адекватно учесть особенности использования флота в условиях переменных глубин. Опытная апробация предложенной модели показала приемлемость ее для целей разработки оперативного планирования работы флота.

5. Исследованы научно-методические основы организации работы флота в условиях переменных глубин с выполнением паузочно-догрузочных операций. В результате исследований предложен метод

обоснования целесообразности паузочно-догрузочных операций на базе оценки экономических показателей за весь рассматриваемый рейс в совокупности.

6. Предложен алгоритм регулировочных мероприятий по согласованию часового графика глубин на участке Н. Новгород - Городец с моментами подхода судов к названному участку, позволяющий избежать простоев судов в ожидании достаточных глубин.

7. Разработана методика формирования рабочего массива информации для формирования начальной план-матрицы.

8. Разработаны моделирующие алгоритмы, математическое, информационное и методическое обеспечение тренажерного комплекса в части организации шлюзованной системы. Названные разработки автора используются в учебном процессе по дисциплинам «Управление транспортным предприятием» и «Диспетчерское управление движением флота» на кафедре Управления транспортом с 1998 года.

Таким образом, основные результаты исследований, выполненных в рамках диссертационной работы, направлены на совершенствование теории и практики оперативного управления работой флота. Следует отметить, что подобные исследования выполнены впервые на речном транспорте. Внедрение результатов исследований в эксплуатационную практику судоходных предприятий Центрального и Северо-Западного бассейнов позволит увеличить провозную способность грузового самоходного флота в среднем на 10%, а грузового несамоходного флота более чем на 10%. Кроме того, выполнение регулировочных мероприятий по согласованию часовых графиков глубин на участке Н. Новгород - Городец с моментами подхода судов к названному участку позволяет практически полностью ликвидировать простои грузового самоходного флота в ожидании достаточных глубин, а по несамоходному грузовому флоту сократить названные простои вдвое при одновременном сокращении расхода топлива за счет снижения скоростей движения по всей массе флота, преследующего створ Городецкого гидроузла на 1500 т.

Основные результаты исследований докладывались и были одобрены на научных семинарах кафедр Управления транспортом и Водных путей и гидросооружений и научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Волжской государственной академии водного транспорта в 1994-2002 гг.

Основное содержание диссертации и теоретические положения опубликованы в следующих основных работах автора:

1. Железнова Н.В. Концепции создания и развития диспетчерского тренажера. / Н.В. Железнова // Материалы НПК, посвященной 150-летию Волжского пароходства / Волжская гос. акад. вод. тр-рта. - Н. Новгород: ВГАВТ, 1994.-с. 18-21

2. Железнова Н.В. Анализ постановок задач оперативного планирования работы технических средств речного транспорта (на примере Городецкого гидроузла) / Н.В. Железнова // Тр. ВГАВТ / Волжская гос. акад. вод. тр-рта - Горький: ВГАВТ, 1997, № 275. - с. 45-49.

3. Железнова Н.В. Система шлюзования в эксплуатационном тренажере / Н.В. Железнова // Тр.ВГАВТ /Волжская гос. акад. вод. тр-рта. / Н.Новгород: ВГАВТ, 1999, № 287.-е. 34-38.

4. Железнова Н.В. Модель и метод оптимизации режима движения судна на участке Городец - Н. Новгород (тезисы доклада). / Н.В. Железно-ва // Материалы НТК ППС / Волжская гос. акад. вод. тр-рта. / Н.Новгород: ВГАВТ, 1999, с. 14-15.

5. Железнова Н.В. Экономико-математическое моделирование оперативного планирования работы флота в условиях переменных глубин / Н.В. Железнова // Материалы НТК ППС/ Волжская гос. акад. вод. тр-рта. / Н.Новгород: ВГАВТ, 2003, - с. 66-71.

6. Железнова Н.В. Обоснование схем доставки грузов в условиях переменных глубин /Н.В. Железнова // Материалы НТК ППС / Волжская гос. акад. вод. тр-рта./ Н. Новгород: ВГАВТ, 2003, с. 26-29.

7. Железнова Н.В. Экономико-математическое моделирование оперативного планирования работы флота в условиях переменных глубин / Н.В. Железнова // Препринт / Волжская гос. акад. вод. тр-рта. / Н. Новгород: ВГАВТ, 2003, 14 с.

Подписано к печати 21.01.04. Формат бумаги 60x84 '/16. Бумага газетная Ризография. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Заказ 625. Тираж 100.

Издательско-полиграфический комплекс ФГОУ ВПО ВГАВТ 603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5

1-25 13

Введение

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ И 9 ПРАКТИКИ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ФЛОТОМ

1.1. Развитие теории и практики оперативного управления на речном 9 транспорте

• 1.2. Анализ исследований работы флота в условиях переменных глубин 17 1.3. Постановка задачи

2. АНАЛИЗ СУДОХОДНОГО СОСТОЯНИЯ РЕКИ ВОЛГА НА 24 УЧАСТКЕ Н. НОВГОРОД - ГОРОДЕЦ

2.1. Анализ колебания глубин в нижнем бьефе Городецкого гидроузла

2.2. Анализ условий судоходства на плесе Городец - Н. Новгород

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ 43 РАБОТОЙ ФЛОТА В УСЛОВИЯХ ПЕРЕМЕННЫХ ГЛУБИН

3.1. Экономико-математическое моделирование оперативного планиро- 43 вания работы флота в условиях переменных глубин

3.2. Обоснование схем доставки грузов с отгрузкой-паузкой

3.3. Обоснование скоростей движения судов, обеспечивающих подход 63 их к пункту переменных глубин в заданный момент времени

4. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ 69 УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ФЛОТА В УСЛОВИЯХ ПЕРЕМЕННЫХ ГЛУБИН

4.1. Методические особенности использования экономико- 69 математической модели

4.2. Методика формирования рабочего массива данных для определе- 79 ния назначений судам

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ВНЕДРЕНИЯ

5.1. Экспериментальная проверка экономико-математической модели и 90 оценка эффективности

5.2. Исследование границ эффективности паузочно-догрузочных работ

5.3. Разработка шлюзованной системы в тренажерном комплексе ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Водный транспорт в целом и речной транспорт в частности являются важнейшими составными частями общехозяйственного комплекса России. Таким образом, эффективное функционирование этой отрасли, наряду с другими факторами, предопределяет результаты экономического развития страны.

Главными факторами, определяющими развитие речного транспорта в последнее десятилетие, явились разрушение государственного сектора, акционирование предприятий и повсеместный спад промышленного производства во всех отраслях хозяйства. На месте бывших 22 речных пароходств в настоящее время перевозочную деятельность осуществляют более 1700 хозяйствующих субъектов, из которых половина является частными предприятиями. В этих условиях весьма интенсивно развиваются горизонтальные хозяйственные связи, что негативно сказывается на общей транспортной инфраструктуре. Так, усложняются возможности рационализации грузовых потоков, которые выполнялись ранее органами ведомственного и государственного управления в централизованном порядке. В основном местнические интересы судоходных предприятий, расположенных на Единой глубоководной системе Европейской части России, привели к росту объемов встречных перевозок и встречных порожних пробегов судов, снижению провозной способности флота, и, как следствие, pociy себестоимости перевозок грузов. Результатом воздействия отмеченных негативных факторов является увеличение доли транспортных издержек в общей экономической составляющей практически всех видов продукции.

Современный этап развития отрасли характеризуется тем фактором, что даже крупные судоходные предприятия не имеют свободных денежных средств для приобретения материало-, энерго-, топливосберегающих технологий и технических средств. В силу изложенного основное направление сегодня - это поиск и всемерное использование собственных внутренних резервов отрасли и транспортных предприятий, а также совершенствование управления подвижным составом и обслуживающими транспорт системами.

Как известно, началом всех начал в управлении является планирование. Следовательно, совершенствованию планирования должно уделяться самое пристальное внимание и практиков, и ученых в области эксплуатации речного транспорта. В тоже время современный этап совершенствования методологии планирования немыслим без использования математических методов и вычислительной техники, поскольку объемы управленческой информации, необходимой для планирования, приобрели устойчивую тенденцию к росту в силу расширения горизонтальных связей судоходных предприятий.

Оперативное управление является заключительной стадией управления перевозочным процессом и, в силу изложенного, аккумулирует весь комплекс непосредственных управляющих воздействий на этот процесс. Это связано с тем, что именно на стадии оперативного планирования решаются задачи по определению количества и стоимости конкретной грузовой отправки конкретным судном, обоснованию себестоимости перевозок грузов в целом и по отдельным типам и видам флота и вытекающих отсюда арендных, таймчартерных и фрахтовых ставок. Целью решения этих задач является снижение эксплуатационных расходов, повышение прибыльности и уровня рентабельности судоходных предприятий, повышение конкурентоспособности на рынке транспортных услуг. Таким образом, сегодня роль оперативного управления, и в частности оперативного планирования работы подвижного состава, резко возросла. В то же время эффективное использование флота, исключение или сокращение неоправданных простоев судов становится сегодня весьма трудоемкой проблемой, для которой традиционные подходы управления являются далеко не всегда пригодными.

Крайне высокая динамичность сегодняшних транспортного процесса и внешней среды настоятельно требуют поиска новых информационных технологий в решении задач оперативного планирования и регулирования. Первоочередными здесь являются задачи оптимизации планов использования судов, адекватно отражающих реально складывающиеся параметры внешней среды, а также автоматизация обработки оперативной информации. Следует отметить, что важность этой проблемы постоянно отмечается всей научно-инженерной общественностью отрасли. Достаточно сказать, что работы по информатизации управления речным транспортом выполняются планомерно с 1972 года. За прошедшие годы выполнен довольно значительный объем методических наработок и в полном объеме в автоматизированном режиме решаются практически все учетные задачи. Рядом ученых разработаны оптимизационные экономико-математические модели и предложены методы решения задач оперативного управления [10, 22, 25, 26, 31, 32, 35, 39, 43, 44, 45, 48, 55, 56, 68, 69, 72, 77, 78]. Анализ выполненных исследований показал, что авторы при оперативном планировании не в полной мере учитывают все параметры внешней среды. В частности, исключительно все разработанные до сих пор экономико-математические модели оптимизации оперативных планов работы флота ориентированны по крайней мере на среднесуточные глубины на участке водных путей Н. Новгород - Городец, а как показывает практика, колебания между минимальными и максимальными глубинами превышают один метр, что для судов типа Волго-Дон равносильно потере загрузки более чем в 2000 т.

Отсутствие методических работ, разработка оперативных планов работы флота без полного учета состояния глубин на участке Н. Новгород - Городец, а также недостаточный уровень информатизации оперативного управления привели к тому, что простои всех видов грузового флота в ожидании достаточных глубин на этом участке составили в 2002 году более 19000 тыс. тоннаже-суток с потерей грузооборота, даже на нынешний, крайне низкий уровень валовой производительности, около 1600 миллионов тонно-километров.

Конкретной целью настоящих исследований является решение научно-практической задачи по совершенствованию оперативного управления работой флота в условиях переменных глубин на базе экономикоматематического а также имитационного моделирования. Предметом исследований диссертационной работы является система оперативного управления работой флота судоходных предприятий на примере государственного Волжского бассейнового управления водных путей и судоходства и лимитированного участка Н. Новгород - Городец. Конечной целью исследований является повышение эффективности использования флота за счет снижения нерациональных простоев судов. Наряду с прочими, автор видит практическую цель по совершенствованию методики оперативного управления работой флота внутреннего водного транспорта и внедрению элементов информатизации управления в практическую деятельность судоходных предприятий для повышения эффективности работы и конкурентоспособности отрасли.

При исследовании были использованы методы системного анализа задач оперативного управления деятельностью речного транспорта. Настоящие исследования базировались на элементах экономико-математического и имитационного моделирования сложных транспортных систем. При практической реализации использовались методы исследования операций, теории графов, математического анализа и линейного целочисленного программирования.

На защиту выносятся следующие результаты научных исследований автора по проблеме совершенствования оперативного управления работой флота в составе теоретических и методологических решений:

• анализ условий судоходства на участке Н. Новгород - Городец, характеризующихся переменными в течение суток глубинами;

• экономико-математическая модель оперативного планирования работы флота в условиях переменных глубин;

• методика обоснования вариантов схемы использования флота с отгрузкой-догрузкой в условиях переменных глубин;

• методика формирования рабочего массива данных для разработки оптимального плана работы флота в условиях переменных глубин; методика обоснования скоростей движения судов, обеспечивающих подход их к лимитирующему участку водных путей в заданные внешней средой моменты времени; результаты внедрений научных исследований в диспетчерском тренажере; результаты экспериментальных расчетов по совершенствованию системы оперативного планирования работы флота.

Основные результаты исследований неоднократно докладывались и были одобрены научными семинарами кафедр Управления транспортом и Водных путей и гидросооружений ВГАВТ и научно-техническими конференциями профессорско-преподавательского состава академии водного транспорта в 1994-2002 г. г.

Теоретические исследования автора, выполненные в рамках диссертационной работы, используются в учебном процессе ВГАВТ по дисциплине «Управление транспортным предприятием» и «Диспетчерское управление движением флота» и опубликованы в методической литературе.

Основное содержание диссертации и теоретические положения опубликованы в следующих основных работах автора:

1. Железнова Н.В. Концепции создания и развития диспетчерского тренажера. / Н.В. Железнова // Материалы НПК, посвященной 150-летию Волжского пароходства / Волжская гос. акад. вод. тр-рта. - Н. Новгород: ВГАВТ, 1994.-с. 18-21

2. Железнова Н.В. Анализ постановок задач оперативного планирования работы технических средств речного транспорта (на примере Городецкого гидроузла) / Н.В. Железнова // Тр. ВГАВТ / Волжская гос. акад. вод. тр-рта - Горький: ВГАВТ, 1997, № 275. - с. 45-49.

3. Железнова Н.В. Система шлюзования в эксплуатационном тренажере / Н.В. Железнова // Тр.ВГАВТ /Волжская гос. акад. вод. тр-рта. / Н.Новгород: ВГАВТ, 1999, № 287.- с. 34-38.

4. Железнова Н.В. Модель и метод оптимизации режима движения судна на участке Городец - Н. Новгород (тезисы доклада). / Н.В. Железнова // Материалы НТК ППС / Волжская гос. акад. вод. тр-рта. / Н.Новгород: ВГАВТ, 1999, с. 14-15.

5. Железнова Н.В. Экономико-математическое моделирование оперативного планирования работы флота в условиях переменных глубин / Н.В. Железнова // Материалы НТК ППС/ Волжская гос. акад. вод. тр-рта. / Н.Новгород: ВГАВТ, 2003, - с. 66-71.

6. Железнова Н.В. Обоснование схем доставки грузов в условиях переменных глубин /Н.В. Железнова // Материалы НТК ППС / Волжская гос. акад. вод. тр-рта./ Н. Новгород: ВГАВТ, 2003, с. 26-29.

7. Железнова Н.В. Экономико-математическое моделирование оперативного планирования работы флота в условиях переменных глубин / Н.В. Железнова // Препринт / Волжская гос. акад. вод. тр-рта. / Н. Новгород: ВГАВТ, 2003, 14 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Последнее десятилетие развития внутреннего водного транспорта России характеризуется увеличением доли транспортных издержек в общей цене практически всех видов продукции. Речной транспорт перестал быть самым дешевым. Следовательно, для повышения уровня конкурентоспособности предприятий отрасли необходимы поиск и использование собственных внутренних резервов, а также совершенствование управления судами. В то же время в основе всякого управления является прежде всего планирование.

Выполненные диссертантом исследования позволили предложить пути решения задач лучшего использования флота в условиях переменных глубин. По мнению автора диссертации, наиболее важными моментами проделанной работы являются следующие:

1. На основе анализа современного состояния теории и практики оперативного управления работой флота установлено, что в настоящее время в связи с большой значимостью задач, стоящих перед отраслью на современном этапе развития экономики России, эффективное использование флота является весьма актуальным. В то же время, эффективное использование флота не может быть обеспечено без разработки надежных методов планирования работы флота в условиях переменных глубин.

2. Приведенный в диссертации анализ современного состояния теории и практики использования флота в оперативных условиях, а также имеющихся решений по информатизации последнего показал необходимость специального изучения условий судоходства при переменных глубинах в силу крайне ограниченного круга исследований, посвященных решению поставленной задачи.

3. Исследованы параметры, оказывающие решающее влияние на состояние глубин и изменение уровней воды в течение суток. Этими параметрами являются уровень попуска воды через плотину Нижегородской ГЭС и период суток. Выявлена необходимость разработки специальных методик с целью повышения эффективности использования флота в условиях переменных глубин.

4. Разработана экономико-математическая модель оперативного планирования работы флота, позволяющая адекватно учесть особенности использования флота в условиях переменных глубин. Опытная апробация предложенной модели показала приемлемость ее для целей разработки оперативного планирования работы флота.

5. Исследованы научно-методические основы организации работы флота в условиях переменных глубин с выполнением паузочно-догрузочных операций. В результате исследований предложен метод обоснования целесообразности паузочно-догрузочных операций на базе оценки экономических показателей за весь рассматриваемый рейс в совокупности.

6. Предложен алгоритм регулировочных мероприятий по согласованию часового графика глубин на участке Н. Новгород — Городец с моментами подхода судов к названному участку, позволяющий избежать простоев судов в ожидании достаточных глубин, основанный на методике, разработанной д.т.н., проф. Платовым Ю.И.

7. Разработана методика формирования рабочего массива информации для формирования начальной план-матрицы.

8. Разработаны моделирующие алгоритмы, математическое , информационное и методическое обеспечение тренажерного комплекса в части организации там шлюзованной системы. Названные разработки автора используются в тренажерном комплексе кафедры Управления транспортом, введенным в действие в учебный процесс в 1998 учебном году (см. приложение 4).

Таким образом, основные результаты исследований, выполненных в рамках диссертационной работы, направлены на совершенствование теории и практики оперативного управления работой флота. Следует отметить, что подобные исследования выполнены впервые на речном транспорте. Внедрение результатов исследований в эксплуатационную практику судоходных предприятий Центрального и Северо-Западного бассейнов позволит увеличить провозную способность грузового самоходного флота в среднем на 10%, а грузового несамоходного флота более чем на 10%. Кроме того, выполнение регулировочных мероприятий по согласованию часовых графиков глубин на участке Н. Новгород - Городец с моментами подхода судов к названному участку позволяет практически полностью ликвидировать простои грузового самоходного флота в ожидании достаточных глубин, а по несамоходному грузовому флоту сократить названные простои вдвое при одновременном сокращении расхода топлива за счет снижения скоростей движения по всей массе флота, проследующего створ Городецкого гидроузла на 1500 т.

1. Анфимов В.Н. и др. Судовые тяговые расчеты, -М.: Транспорт, 1978, -216 с.

2. Апатин Е.Ф. Каковкина JI.H. Кожухарь В.И. К оценке оптимальности плана использования флота, Горький, тр./ГИИВТа 1980, вып. 173 ч.И.

3. Астахов В.И., Бажанкин В.В., Петрова Н.В. и др. Организация работы флота. Оперативное управление. Методические указания для студентов очного обучения специальностей 2401, 0611 и 2402, -Н. Новгород, ВГАВТ, 1995, -74 с.

4. Анализ руслового процесса и натурные исследования гидрологического режима в нижнем бьефе. Н. Новгород, ВГАВТ, Отчет о НИР, 2000, (научный руководитель Фролов Р.Д.)

5. Белых В.Н. Кожухарь В.И. Об одном из возможных вариантов оптимизации судопропуска на шлюзованных системах, Горький, тр./ГИИВТа, 1986, вып.219.

6. Белых В.Н., Кожухарь В.И., Комраз JI.A., Куликова H.JL, Украинский Б.С. Динамическая модель оптимизации управления транспортным процессом на шлюзованной системе, Горький, тр./ГИИВТа, 1989, вып. 244.

7. Бутов А.С. Принципы разработки математической модели работы флота, тр./ЛИВТа, 1971, вып. 130.

8. Вайсблат Б.И. Некоторые методы прогнозирования движения и обработки флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1970, вып. 117, ч.1.

9. Вайсблат Б.И. Прогнозирование времени ожидания шлюзования при оперативном планировании пропуска судов через шлюз, Горький, тр./ГИИВТа, 1984, вып. 201.

10. Вайсблат Б.И. Федосеев А.И. Экономико-математическая модель задачи суточного планирования работы грузового и буксирного флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1980, вып. 173 ч.Н.

11. Ваганов Г.И. Влияние извилистости речного судового хода на скорость движения судов и составов, Горький, тр./ГИИВТа, 1968, вып.90.

12. Воронин В.Ф. Оптимальная загрузка большегрузных составов при их работе на линиях с мелководьем, Горький, тр./ГИИВТа, 1976, вып. 149.

13. Войткунский Л.И. Сопротивление воды движению судов, -JL: Судостроение, 1988, -288 с.

14. Временные правила производства судовых тяговых и скоростных расчетов. -"Речной транспорт", 1961.

15. Гусева Э.Е., Железнова Н.В., Платов Ю.И. Выработка навыков принятия управленческих решений с помощью тренажеров, Н. Новгород, Тр./ВГАВТ, 1999, вып. 287.

16. Головников В.И. Пути совершенствования организации движения флота на густошлюзованных участках рек и каналов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, -Горький, 1958.

17. Дегтярев В.В., Селезнев В.М., Фролов Р.Д. Водные пути М.: Транспорт, 1980,-327с.

18. Железнова Н.В. Концепции создания и развития диспетчерского тренажера, Материалы научно-практической конференции, посвященной 150-летию Волжского пароходства, -Н. Новгород: ВГАВТ, 1994.

19. Железнова Н.В. Модель и метод оптимизации режима движения судна на участке Городец Н. Новгород, Материалы научно-технической конференции, -Н. Новгород: ВГАВТ, 1999, -14-16 с.

20. Захаров В.Н. Линькова Ж.А. Разработка имитационной модели декадного планирования с использованием идей ситуационного управления, Горький, тр./ГИИВТа, 1979, вып.163.

21. Захаров В.Н. Ситуационное моделирование и методология декадного планирования работы флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1980, вып. 173 ч.1.

22. Захаров В.Н., Золотов В.В., Никулина М.В. Экономикоматематическая модель порейсового планирования работы флота на месяц, Горький, тр./ГИИВТа, 1994, вып.270.

23. Золотов В.В., Пигалова Н.В., Чернышев Д.Е. Экономико-математическая модель обоснования плана использования флота на месяц, Горький, тр./ГИИВТа, 1987, вып.225.

24. Золотов В.В., Чернышев Д.Е. Автоматизация подготовки исходной симплекс матрицы для расчета схемы оптимального использования флота в автоматизированной подсистеме "Техплан" пароходства "Волготанкер", Горький, тр./ГИИВТа, 1989, вып. 244.

25. Золотов В.В., Федосеев А.И. Экономико-математическая модель оперативного планирования работы нефтеналивного флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1990, вып.249.

26. Золотов В.В., Лисин А.А. Экономико-математическая модель обоснования плана подачи тоннажа под погрузку, Горький, тр./ГИИВТа, 1994, вып.270.

27. Ирхин А.П., Кока Н.Г. Опыт эксплуатации и задачи совершенствования системы автоматизированной обработки диспетчерской информации, тр./ЛИВТа, 1971, вып.130.

28. Исследование гидрологического режима р. Волги на участке нижнего бьефа Нижегородской ГЭС, Н. Новгород, ВГАВТ, Отчет о НИР, 1997.

29. Клементьев А.Н. Определение безопасной скорости судов при заходе в шлюзы Городецкого района гидросооружений, Горький, тр./ГИИВТа, 1993, вып.268.

30. Кожухарь В.И., Пьяных С.М., Обоснование затрат транспортного флота при усложненной структуре обслуживающей системы, Горький,л тр./ГИИВТа, 1970, вып 117, ч. 1.

31. Кожухарь В.И. Теоретические основы расчета оперативных планов использования технических средств речного транспорта, Горький, тр./ГИИВТа, 1986, вып. 222.

32. Кузнецова В.И. Методические основы выбора назначений судам вусловиях автоматизации оперативного (суточного) планирования, Горький, тр./ГИИВТа, 1990, вып.249.

33. Малышкин А.Г. К вопросу обоснования схемы организации нефте-первозок в ограниченных условиях плавания Горький, тр./ГИИВТа 1964г., вып. 59.

34. Малышкин А.Г. Организация и планирование работы флота -М: Транспорт, 1985, -215 с.

35. Мергольд А.И., Кузнецова Е.И., Линькова А.И. Совершенствование оперативного планирования обмена флотом между смежными пароход ствами, Горький, тр./ГИИВТа, 1990, вып.249.

36. Методическое руководство по разработке графика движения флота с применением электронных вычислительны машин. М.:-Транспорт, 1970.

37. Минречфлот РСФСР. Методика определения эффективности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на речном транспорте, М.: 1988.

38. Неволин В.В., Шпаченков Ю.А. О методах регулирования работы флота, тр./ЦНИИЭВТа , 1970, вып. 79.

39. Неволин В.В., Шпаченков Ю.А. Модель оперативного регулирования подачи тоннажа в пункты перевалки, тр./ЦНИИЭВТа, вып. 94.

40. Неволин В.В., Захаров В.Н. Автоматизированная система управления речным транспортом, Горький, тр./ГИИВТа, 1978.

41. Павленко В.Г. Элементы теории судовождения на внутренних водных путях -"Речной транспорт", 1962.

42. Пигалова Н.В., Филимонов Н.А. Обоснование эффективности работы судов с паузкой, догрузкой, Горький, трУГИИВТа, 1990, вып.249.

43. Платов Ю.И. К проблеме совершенствования оперативного прогнозирования и регулирования работы нефтефлота, Горький, тр./ГИИВТа, 1981, вып. 187.

44. Платов Ю.И. Один из вариантов математической модели регулирования работы флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1982, вып.190.

45. Платов Ю.И. Алгоритм выбора назначений судна при оперативном регулировании работы флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1982, вып. 195.

46. Платов Ю.И. К вопросу определения моментов отправления составов из пунктов обработки для прогнозирования работы флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1984, вып.201.

47. Платов Ю.И. Совершенствование системы оперативного управления работой грузовых судов на основе информатизации транспортного процесса. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Н. Новгород, ВГАВТ, 1998.

48. Платов Ю.И. Методические основы рейсового планирования работы флота (методики, критерии, модели), Н. Новгород, тр./ВГАВТ, 1997, вып. 260, -64 с.

49. Пьяных С.М. Испытания секционного состава. Производственно-технический сборник МРФ, N4 М.: Транспорт 1964.

50. Пьяных С.М. Анализ скоростей входа и выхода судов из шлюзов, Горький, тр./ГИИВТа, 1965, вып.70.

51. Пьяных С.М. Расчет продолжительности группового шлюзования и пропускной способности шлюза, Горький, тр./ГИИВТа, 1965, вып. 70.

52. Пьяных С.М., Евлашев А.Н. Особенности эксплуатации большегрузных составных теплоходов. Производственно-технический сборник МРФ, 1965г.

53. Пьяных С.М. Ускорение пропуска судов через шлюзы. Производственно-технический сборник ТУ МРФ, -М.: 1965, № 4.

54. Пьяных С.М. Исследование задач моделирования и нормирования движения и обслуживания судов, Горький, тр./ГИИВТа 1975, вып. 146.

55. Пьяных С.М. Критерии и показатели текущего планирования работы флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1984, вып.201.

56. Разживин И.Н. Об одном подходе к построению алгоритма оперативного планирования работы флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1975,1. ВЫП.146.

57. Разживин И.Н. Экономико-математическая модель задачи распределения порожних судов по портам погрузки и грузовым линиям, Горький, тр./ГИИВТа, 1977, вып. 143 ч.Н.

58. Руководство по теплотехническому контроля серийных теплоходов, -М.: Транспорт, 1980, -423 с.

59. Рыжов JI.M., Соларев Н.Ф. Маневренность речных судов и составов. -М.: Транспорт, 1964.

60. Рыжов JI.M., Пьяных С.М., Евлашев А.Н. Результаты испытаний большегрузных двухниточных составов. "Речной транспорт" 1967, N8.

61. Савин В.И. Расчет графика движения на электронных вычислительных машинах. -М.: Транспорт, 1964.

62. Савин В.И. Математические методы оптимального планирования системы автоматизированной обработки диспетчерской информации, Горький, тр./ГИИВТа, 1971, вып.130.

63. Скатов А.П. Об ускорении шлюзования крупнотоннажных судов в Го-родце. Материалы научно-практической конференции, посвященной 150-летию Волжского пароходства, -Горький, 1994.

64. Союзов А.А. Организация работы речного флота -М.: Речиздат, 1950, -475с.

65. Союзов А.А. Организация работы речного флота -М: Речной транспорт, 1957.

66. Телегин А.И. Повышение сохранности сухогрузов при перевозке речным транспортом, Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. -Горький, ГННВТ, 1988, 320 с.

67. Телегин А.И. и др. Качество и эффективность перевозок сухогрузов. Методы и результаты исследований за 1970-2000 г.г., -Н. Новгород, ВГАВТ, 2002, 299 с.

68. Терешкин Д.С. Увеличение пропускной способности шлюзованнойсистемы путем совершенствования процессов судопропуска, Горький, тр./ГИИВТа, 1986, вып. 222.

69. Фадеев И.П., Втюрин А.В. Автоматизация оперативного регулирования работы флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1973, вып.119 ч.2.

70. Фадеев И.П. Метод ситуационного управления и возможность его использования для решения оперативных задач, Горький, тр./ГИИВТа, 1977, вып. 156.

71. Фролов Р.Д. Пути улучшения судоходного состояния зоны переменного подпора Горьковского водохранилища р. Волги, Горький, тр./ГИИВТа, 1974, вып.131.

72. Шанчурова В.К. Оптимальные скорости движения теплоходов в каналах, "Речной транспорт", 1964, N11.

73. Ширяев Е.В. Анализ оперативного планирования работы флота и портов и принципы его автоматизации, Горький, тр./ГИИВТа, 1966, вып.73.

74. Ширяев Е.В. К вопросу разработки алгоритма расчета декадного плана работы флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1967, вып.84.

75. Ширяев Е.В. Методы долгосрочного прогнозирования движения и обработки флота для автоматизации оперативного планирования, Горький, тр./ГИИВТа, 1967, вып.84.

76. Ширяев Е.В. К проблеме автоматизации оперативного управления работой флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1979, вып. 134 ч.2.

77. Ширяев Е.В. Еремина И.В. Оперативное прогнозирование с помощью ЭВМ прибытия судов в порты, Горький, тр./ГИИВТа, 1979, вып.117 4.1.

78. Ширяев Е.В. Проблемы автоматизации оперативного управления работы флота, М.: тр./ЦНИИЭВТа, 1979, вып.146.

79. Шкирев М.Ф. Исследование вопросов последовательной оптимизации плана освоения перевозок и расстановки флота, Горький, тр./ГИИВТа, 1984, вып 201.

80. Шмелев Н.В. Обоснование целесообразности паузки барж при перевозке нефтепродуктов, Горький, тр./ГИИВТа, 1964, вып.59.

81. Шмелев Н.В. Об эффективности паузки грузовых судов, Горький, тр./ГИИВТа, 1976, вып. 149.

82. Шпаченков Ю.А. Современное состояние и пути совершенствования методов оперативного управления работой флота, -М.: тр./ЦНИИЭВТа, 1970, вып.79.

83. Шпаченков Ю.А. Прогнозирование конфликтных ситуаций при операциях оперативного регулирования работы флота, -М.: тр./ЦНИИЭВТа, 1971, вып.88.

84. Щуко С.Д., Эхова С.М. Оптимизация судопропуска через шлюзы "Волжской лестницы" ВДСК им. Ленина, Горький, тр./ГИИВТа, 1990, вып.249.