автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Организация и оперативное управление перевозочным процессов в смешанных водных сообщениях

МИНИСТЕРСТВО МОРСКОГО ФЛОТА СССР /1

[ИНГРАДСКОЕ ВЫСШЕЕ ИНЖЕНЕРНОЕ МОРСКОЕ УЧИЛИЩЕ

ИМ. АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

На правах рукописи УДК. 656. 613. 2: 656. 62 (043. 3)

КАПИТАНОВ Василий Павлович

ОРГАНИЗАЦИЯ И ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕВОЗОЧНЫМ ПРОЦЕССОМ В СМЕШАННЫХ ВОДНЫХ СООБЩЕНИЯХ

эциальность 05. 2.2.. 19 - Эксплуатация водного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ленинград - 1989

Работа выполнена в Одесском Ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров морского флота

Официальные оппоненты :

доктор технических наук.профессор Арсеньев С.П.

доктор технических наук,профессор Бучин Е.Д.

доктор технических наук,профессор Казанцев A.M.

Ведущая организация - Советское Дунайское Морское

пароходство

Защита диссертации состоится

"____"__________198 г. в,_______________час.

на заседании специализированного совета Д.101.02.02 в Ленинградском высшем инженерном морском училище им.адмиралг С.О.Макарова по адресу 199026,Ленинград,Косая линия,15 а, тел. 217-19-34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке училища

Автореферат разослан "____"_____________ 198 г.

Ученый секретарь к.т.н.,доцент

В.А.Прокофьев

I. ОБДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Программа Коммунистической партии Советского Союза, Основные направления экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года предусматривают дальнейшее развитие единой транспортной системы страны, совершенствование всех ее звеньев, перестройку системы управления и радикальную реформу методов хозяйственного механизма.

Актуальность исследований вытекает из решений июньского 1987 г. пленума ЦК КПСС, постановлений Совета Министров СССР о переводе предприятий, министерств и ведомств на полный хозяйственный расчет и самофинансирование, необходимости создания системы организации и управления перевозочным процессом в смешанных водных сообщениях (СВС) в соответствии с перспективной технической базой морского и речного флота.

Важнейшие водные трассы, соединяющие внутренние водные пути Западной и Восточной Европы, протекают через прибрежные морские участки Балтийского и Черного морей. Протяженность кратчайших участков мевду устьями рек на этих морях составляет около 300 и 130 миль соответственно. На Черном море - это реки Днепр, Дон, Дунай и Юнный Буг, на Балтийском море - Висла, Одра, Рейн, Неман, Западная Двина и Нева. В период до 1995 г. планируется завершение строительства водного ооединения Рейн-Майн-Дунай, которое сделает р.Дунай основной магистралью мезду Восточной и Западной Европой. В условиях расширения внешних экономических связей в ходе развернувшейся в нашей стране перестройке начнется интенсивный обмен судопотоками мезду внутренними водными путями СССР и стран Западной Европы с использованием морских участков, то есть

дальнейшее развитие получат международные смешанные водные сообщения.

Отчетные данные об использовании перевозочных средств в СВС свидетельствуют о недостатках в организации и управлении их работой, которые выражаются в значительных простоях флота в устьевых_ портах из-за неритмичной организации движения судов на морских и речных участках трассы, отсутствие технических . средств для обработки судов смешанного плавания (ССП) в речных портах с учетом требований перевозок грузов морем, отсутствие сетей ПЭВМ и методов оптимального управления работой флота, а также отсутствие единой те_хнической политики в развитии структуры перевозочных средств для СВС. Для устранения недостатков и развития смешанных сообщений в единой транспортной системе нашей страны на внутренних и внешнеторговых перевозках грузов необходимы научные исследования.

Разработка методов организации и управления работой флота и перевозками в смешанных сообщениях представляются более общей относительно морского либо речного вида транспорта. Поэтому теоретические и практические знания в этой области необходимы для получения новых общих закономерностей как для морского,так и речного флота в целях повышения эффективности всей транспортной системы страны.

Цель работы. Цель диссертационного исследования состоит в разработке теоретических основ организации и оперативного управления перевозочным процессом, направленных на совершенствование и повышение эффективности работы флота в мевдународных см> шанных водных сообщениях, как составной части внешнеэкономических связей нашего государства.

Метод исследований. В основу исследований положен метод ларксистско-ленлнской диалектики, предусматривающий рассмотре-ше всех явлений в их взаимной связи и развитии. Системный под-сод в работе отражает современное состояние фундаментальных иук в области эксплуатации транспорта и теории оптимального управления, развитых в трудах отечественных и зарубежных ученых.

Конкретные задачи научного исследования направлены на ис-юльзование современных достижений в управлении социалистической зистемой хозяйствования и требований радикальной экономической реформы для совершенствования системы организации и оперативного управления работой флота и перевозками грузов в СВС в судо-:одном транспортном предприятии-пароходстве.

Для решения этой проблемы использовались методы математи-[еского моделирования, методики проектирования автоматизирование систем управления, имитационные и оптимизационные модели, :еория информатики по алгоритмизации технологических процессов.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые пройдено комплексное исследование СВС, как транспортной системы, :оторая состоит из подсистем, включающих грузопотоки, морские и ючные суда, суда смешанного плавания, перегрузочные комплексы I портах и устьевых транспортных узлах, информационное обеспе-:ение и технические средства обработки данных.

Комплекс экономико-математических моделей и алгоритмов, опти-изирующих работу флота и перевозки грузов на основе принципа :епрерывного планирования, обеспечивает качественно новые формы рганизации и управления перевозочным процессом в международных мешанных водных сообщениях.

Практическая ценность работы выражается в теоретическом обо-новании совершенствования и оптимизации структуры перевозочных

и перегрузочных средств для освоения грузопотоков в СВС, экономии средств и материальных ресурсов, благодаря обоснованным параметрам транспортно-технологических схем (TTC) по числу и последовательности портов захода, интенсивности грузопотока, количеству и типу морских и речных судов и судов смешанного плавания (ССП) и повышению качества транспортного обслуживания.

Оперативное управление TTC в СВС на базе вычислительной техники, экономико-математических моделей и алгоритмов обеспечивает повышение провозной способности и снижения непроизводительных простоев флота, сокращение сроков доставки транспортных грузов, повышение ритмичности и эффективности перевозочного процесса.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и были одобрены на:

научных конференциях профессорско-преподавательского состава ОИШФ в 1969-1986 гг., научных конференциях молодых ученых ОИИМФ 1970 и 1971 гг.;

всесоюзном семинаре "Деловые игры и их программное обеспечение Научного совета ЦЗМИ АН СССР по комплексной проблеме "Оптимальное планирование и управление народным хозяйством", Москва, 1979 г.;

внутривузовской конференции "По проблеме научных основ управления морским транспортом", ОИИМФ, 1980 г.;

всесоюзной научно-технической конференции "Развитие и совершенствование эксплуатационной деятельности на морском и речном флоте", Ленинград, 1980 г.;

всесоюзной научно-технической конференции "Математические методы в АСУ водного транспорта", Ленинград, 1981 г.;

областной конференции "Применения вычислительной техники в народном хозяйстве", Одесса, 1983 г.;

заседания НТО МИФ, отделов "Организации перевозок и управления морским транспортом и непрерывного планирования работы флота и портов" Союзморнишроекта в период с 1975 г. по 1985 г.;

всесоюзной научно-технической конференции "Соверщенствова-1ше управления морским и речным транспортом на базе использования вычислительной техники в АСУ", Одесса, 1986 г.; .

ежегодных производственно-технических совещаниях Координационного Совета Советского Дунайского пароходства по созданию автоматизированной системы оперативного управления работой флота и перевозками транзитных грузов в период с 1971 г. по настоящее время;

на производственно-технических совещаниях AI.HI, В.Ш и ЧМП, разработчиков АСУ "Пароходство" в 1975-85 г.г.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИР экономического и социального развития морского транспорта в 9-12 пятилетках в рамках создания АСУ "Пароходство", как составной части АСУ "Морфлот", выполняемого научными сотрудниками кафедры Управления флотом и портами ОИИМФ. Основные полонения диссертационной работы использованы в хоздоговорных НИР, выполненных по прямым договорам с пароходствами в 1969-72 гг. и 1986-88 гг. и за счет финансирования НТУ в рамках плана НИР ММ(Г> в 1973-85 гг. В 1981-85 гг. осуществлялись хоздоговорные НИР по проблеме 2.4.2 плана НИР ММу "Автоматизированная система ведения непрерывного графика работы (флота в условиях Советского Дунайского пароходства".

На основе диссертационного исследования разработаны комплексы программ и следующие методические документы, которые внедрены в производство:

Инструкция по подготовке исходных данных для расчета оптимальных схем движения морских судов СДП на ЭВМ "Минск-22". Измаил 1971 г.,

Инструкция по работе с программами для расчета оптимальных схем движения судов. Измаил, 1971 г., .

Инструкция по определению экономической эффективности работы флота на грузовых линиях СДП. Измаил. 1971 г.,

Инструкция и программа по составлению расписания работы судов на срочной Советско-Болгарской линии :с использованием ЭЦВМ "Минск-22". Одесса, 1971 г.,

Инструкция по анализу работы грузовых линий СДП и занятого на них транспортного флота. Измаил, 1971 г.,

Инструкция по работе с программами расчета статических нормативов для введения графика работы морского флота на ЭЦВМ "Минск-32". Одесса, 1976.

Руководство по автоматизированной системе оперативного управления перевозками грузов и работой флота в смешанных водных сообщениях. Измаил, 1979 г.,

Методические положения по оптимальной расстановке морского флота пароходства в системе введения на базе ЭВМ ЕС-ЮЗЗ. Измаш 1980 г.,

Методические положения расчета графиков работы морского флота в автоматизированной системе НГРФ СДП. Одесса, 1982 г.,

Методические положения по расчету квартального плана перевозок грузов и работы речного флота СДП в системе введения НГРФ

и базе 3BM EC-I033. Измаил. 1985 г.,

Инструкции по составлению и передаче суточных оперативных пчетов речных судов и портов по формам ДИСП/река (отход,порт). [змаил, 1986 г.,

Инструкции по рейсовому планированию работы судов, ведению ;екадного графика подачи флота под перевозки грузов,. . месячному : квартальному планированию перевозок грузов и работы флота в мешанных водных сообщениях. Одесса-Измаил, 1985 г.

Внедрение результатов исследований осуществлено в нормативах документах ШФ и Советского Дунайского пароходства:

"Разработка дополнений к основным положениям по ЛСВ НГРФ в словиях Советского Дунайского пароходства", Союзморниипроокт и ЛСУ НЛП 16.12.80 г.Г

ТЗ на разработку "Автоматизированной системы ведения непре-ивного графика работы речного флота", утверадено (ШФ 15.12.80) подсистем "Оперативное управление рейсом судна" (ШФ II.02.81), Прогнозирование состояния транспортного процесса СДП" (ШФ 13.01.82), Разработка квартальных планов перевозок грузов и работы речного лота СДП" (ШФ 19.05.83), "Ведение НГРРФ СДП" (ШФ 21.04.84), Разработка декадного графика подачи морских судов под грузы Д'лС отправления речных барж из советских портов" (ШФ 06.03.85 г.), такие ТЗ на разработку НИР по прямым договорам с СДП (1969-73 г., 986-89 г.г.).

Перспективная программа создания "Региональной автоматизи-ованной системы оперативного управления движением судов и гру-ов на Дунае" .(АСУ "Дунай") (г.Русе 25.07.87 представители НРБ, HP, СССР, ЧССР),

Распоряжение и приказы СДП о производственном внедрении

подсистем и задач АСУ (23.07.80 & 7/357, 03.07.79 JS 566, 02.10.85 J3 101/228 , 07.04.86 J5 КП/108, 26.08.85 J5 КП/138, 02.06.85 J5 КЦ/157, 10.03.85 1Î КП/65).

Публикации. Материалы диссертации и анализ результатов внедрешя IEIP в производство освещены в 34 опубликованных работах объемом 40,5 п.л., в том числе пяти депонированных монографиях объемом 22,3 п.л.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения на 325 страницах машинописного текста, 6£ таблиц, 38 рисунков, библиографий из 206 наименований и приложений.

2. СОДЕРШШИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и задачи исследовашш и основные научные положения диссертанта, которые выносятся на защиту.

Гл. I. "Развитие и современное состояние перевозочного пр цесса в смешанных водных сообщениях".

Перевозки грузов в СВС в нашой стране успешно развиваются Так за период 1970-85 гг. их объем увеличился в три раза и дос тиг 27 млн.т. Перевозки экспортно-импортных грузов СССР и СВС осуществляются на 80 направлениях в 20 странах Балтийского, Северного, Черного и Средиземного морей и охватывают широкую номенклатуру навалочных, наливных и генеральных грузов.

Развитая сеть внутрешшх водных путей в Европе и Азии, не лично ССИ дают основание морским и речным пароходством нашой страны развивать две основные TTC доставки грузов в СВС беспе]

валочные в ССП и с перевалкой в устьевых транспортных узлах -в морских и речных судах. Наибольшей эффективностью для генеральных грузов отличаются бесперевалочные TTC, потому что дисти-гаются: сжатые сроки доставки грузов, доставка грузов от "двери до двери", повышенная сохранность грузов, регулярность и универсальность перевозки, высокая провозная способность флота, снижение транспортных издержек на перегрузку груза в устьевых портах.

В диссертации в процессе анализа работы ССП по бесперевалочным и перевалочным в устьевых портах TTC выделены особенности организации перевозочного процесса в СВС, касающиеся конструктивных особенностей судов, транспортных характеристик грузов и форм эксплуатации и обслуживания флота. Так, например, провозная способность ССП зависит от использования их грузоподъемности, конъюнктуры внешнеторгового рынка, необходимости погрузки-либо догрузки в порту, непроизводительных простоев в ожидании тяги либо обработки, недостаточной ремонтной бавы и пр. Эксплуатация ССП эффективна в определенных границах вследствие более низкой по сравнению с морскими судами строительной стоимости, меньшей численности экипажа и исключения затрат на перевалку и хранение грузов в устьевых портах.

Анализ показал, что достаточно большой опыт в организации перевозок транзитных грузов в СВС накоплен в странах-членах СЭВ в дунайском судоходстве, начиная с 1957 г. Организация перевозок грузов придунайских стран в СВС осуществляется в соот-ветствпи с отдельный! соглашениями (прямыми договорами) о сотрудничестве по совместным перевозкам грузов. В соглашениях на перевозку транзитных грузов предусмотрены специальные сквозные тарифы и условия их применения, фрахтовая комиссия за букирова-

ние грузов, состав срочных и регулярных линий, основные факультативные порты захода, порядок подачи заявок на перевозку грузов и др.

В диссертационной работе излагаются данные о развитии СВС в странах-членах СЭВ и в международной практике. Отмечается, что комитет ООН по морским перевозкам ЮНКТАД непрерывно совершенствует правовую документацию по организации международных смешанных перевозок.

Фундаментальные исследования в области эксплуатации транспорта отражены в научных трудах академика В.Н.Образцова, члена-корреспондента В.В.Звонкова, в работах М.И.Васильева, И.Л.Сергеева, докторов наук В.Г.Бакаева,.Л.А.Союзова, А.В.Комарова, Я.Б.Канторовича, А.Е.Суколенова, Л.Д.Ветренко, С.П.Арсеньева, Г.И.Ваганова, Е.Д.Бучина, А.П.Ирхина, А.М.Казанцева.

Исследования по теории управления транспортными процессам! описаны в трудах члена-корреспондента А.П.Петрова, докторов нач О.И.Авена, В.3.Ананьиной, А.А.Бакаева, Э.П.Громового, В.Д.Левого, С.М.Пьяных, Л.М.Рыжова, В.И.Савина и других советских учеш и инженеров.

Развитие теории и практики организации и управления перевс зочным процессом в смешанных сообщениях подразделяются на ряд этапов.

1883-1923 гг. М.И.Васильевым изучены методами НОТ вопросы перевозок нефти в смешанном водном - морском-речном сообщении, проведена типизация и нормирование технологических операций и рассчитаны стандартные графики оборота разнотипных судов.

1925-1955 гг. - разработаны общетранспортные принципы и порядок расчетов при планировании смешанных перевозок в трудах

В.В.Звонкова, которые включили: определение размеров движения распределение грузопотоков по видам транспорта, расчеты по развитию технических средств по отдельным видам транспорта и решение вопросов по организации и согласованию движения отдельных видов транспорта на основе контактных графиков движения и процессов работы перевалочных пунктов.

1940-1970 гг. развита в трудах В.Ы.Образцова, Л.В.Комарова теория единого технологического процесса работы смежных видов транспорта.

1960-1935 гг. развита теория взаимодействия железнодорожного и водного транспорта в трудах А.В.Комарова, Е.Д.Бучина, В.З.Ананьиной.

1953-1988 гг. проведены научные исследования в области организации перевозок в условиях речного плавания с использованием различных TTC в трудах Л.А.Союзова, II.П.Афанасьева, М.Ы.Кос-тенко, В-. В. Фомина.

1965-1988 гг. разработаны теоретические основы автоматизированных систем управления на транспорте и их взаимодействия на грузовых перевозках в трудах Л.П.Петрова, А.А.Бакаева, В.Д.Левого, Л.М.Гаськова.

В целом следует отметить,что в опубликованных трудах исследованы вопросы взаимодействия в основном железнодорожного и водного транспорта на перевозках массовых грузов, согласование движения подвижного состава рекомендовано устанавливать с помощью графиков Ганта без учета ресурсов пунктов перевалки н срочности различных работ. Смешанные водные сообщения исследованы в основном в области обоснования капитальных вложений на перспективу и направлений работы отдельных типов судов. Анализ

опубликованных исследовании по АСУ речным и морским (Тщогом показывает, что для СВС нет готовых решений в этой области.

Гл.2. "Исследование организации перевозочного процесса в смешанных водных сообщениях". Обоснование системы показателей транспортно-производственных предприятий обусловлено сочетанием экономических, технических, организационно-технических факторов. Состав показателей для обоснования организации перевозок в СВС является общим с применяемыми во всех аналогичных задачах на морском либо речном транспорте в отношениях: критерия сравнения и оценки вариантов; схемы расчета элементов рейса ССП на морском и речном участке;

определения потребностей в лихтеровозах, тяге, несамоходных ССП (лихтерах) и самоходных грузовых ССП.

Однако указанные задачи имеют особенности применительно к самоходным ССП эксплуатируемым в международных СВС, которые существенно влияют на ход решения. Зти особенности включают:

требования единства технологических решогшй обработки ССП в морских,, устьевых и речных портах отправления и назначения;

необходимости проведения в устьевых портах расгрузки или догрузки ССП в связи с лимитирующими глубинами на речных участках;

необходимости учета различного состава статей расходов для самоходных и несамоходных ССП;

требований распределения расходов и доходов в СВС в зависимости от формы оказания транспортных услуг (перевозка грузов ннофрахтователей, аренда тяги и тоннажа);

отличия в расчете парка потребных технических средств (парка, лихтеров, лихтеровозов и тяги).

Варианты освоения грузопотоков в СВС зависят от сочетания на морском и речном участках типов судов и состава технологических операций (табл.1).

Для оценки эффективности наиболее перспективной в настоящее время лихтерной TTC проведены исследования взаимосвязи эксплуатационных и экономических показателей работы лихтеров, линейных и фидерных лихтеровозов и толкачей для различных направлений перевозок грузов меаду речными портами Волги, Днепра, Дуная, Меконга и морскими портами СССР, Вьетнама, Кубы, Турции, АРЕ и Японии. В исследованиях рассмотрено достаточное количество вариантов организации работы флота на освоение этих перевозок.

Из анализа бюджета времени рейса лихтера - несамоходного ССП, следует, что доля ходового времени колеблется в пределах 0,4 -0,5 для средиземноморских направлений и 0,62 - 0,78 для океанских. В стояночной составляющей времени рейса лихтера доля производственных операций составляет всего 0,24 - 0,31. Взаимосвязь меаду загрузкой лихтера, провозной способностью, числом лихтеровозов, комплектов лихтеров и интервалом отправления лихтеровозов при заданной суточной интенсивности грузопотока подтверждает целесообразность максимального использования грузоподъемности и грузовместимости ССП с учетом паузки или догрузки в УТУ при переходах между портами на морских и речных участках (рисЛ). Как показали исследования количество комплектов лихтеров, приходящихся на один лихтеровоз, не зависит от соотношения продолжительности времени рейса на морском и речном участках.

Анализ удельного веса расходов лихтерной TTC по видам технических средств показал, что расходы собственно лихтера состав-

Рис. 1.

ÔQpUQHm А2

ватз.

¡Варианты судов на участках пути "

Вид сообщений

морском

речном

Операции в устьевом транспортном узле

I С перевалкой в УТУ

2 Без перевалки в УТУ

Морское само- Кратные по вмес-ходное грузовое тимости речные судно самоходные гру-

зовые суда

Лихтеровоз, лихтеры

Толкачи, лихтеры

Морской толкач Речной толкач и баржа смешан- и баржа смешанного плавания ного плавания

Перегрузка по вариантам: "борт-борт" или "борт-берег-борт" комплектование сборных или маршрутных составов для ограниченна числа портов захода на роке

Частичная паузка (догрузка) лихтеров с использованием речных барж плл самоходных грузовых судов-толкачей :: комплектование сборных или маршрутных составав для ограничения числа портов захода на реке |

Смена тяги

I

4

Грузовое самоходное судно смешанного плавания

ляит 5-10 %, лихтеровоза 30-60 %, толкача 5-М £ и выдвинул задачу комплексного обоснования структуры технических средств по вариантам TTC и СВС.

"... Технический закон самоххэ процесса производства", открытый К.Марясом, применительно к СВС, требует необходимости создания систем судов и перегрузочных комплексов, обеспечивающих необходимую синхронность, равенство или кратность производственного процесса с учетом обоснований пропорциональности всех частных технологических процессов. В этой связи в диссертации отражены исследования но определению параметров TTC по числу основных и факультативных портов захода и оптимизации программы развития технических средств и сооружении в СВС.

Математическая модель распределения капитальных вложений на перспективу на речной морской и ллхтерннй флот и перегрузочные комплексы для перевалки грузов в УГУ, включает следующие обозначения:

^ - приведенные затраты соответственно по морской,

речной и бесперевалочной составляющим перевозок грузов в СВС и универсальным и специализированным комплексам для перегрузки грузов;

^"^гыг грузооборот в СВС;

Пр(о$Г пР0113В0датвльн°с,гь технических средств;

Л Q> - нормативный запас грузов на складах УТУ в

прямом (обратном) направлении;

0Цр(0£1

- грузопоток в прямом (обратном) направлении; ^сес - капитальные вложения в развитие СВС;

- число морских и речных судов, ССП в серии и перегрузочных комплексов;

ГС ц - параметр управления по числу морских, речных судов, ССП типа Ь , перегрузочных комплексов дая ра-

боты по } -й TTC.

nm„ п m р П m А M in L ,

J ' ' ¿7= У,г,..., t,)t

?» Mi, (8)

.....(9)

.....(l0)

^ rrk Г ■ ,, )

<}

В ограничении (2) отражается суммарный грузооборот в СВС, который должен быть освоен всеми перевозочными и перегрузочными техническими средствами.

Условия выполнения объема перевозок массовых и генеральных грузов, следующих вверх и вниз по реке, поступающих с морского на речной участок и наоборот, описываются неравенствами (3-4). Эти условия записываются по вариантам: прямому без перевалки и через береговые склады. Условия наличия переходящих запасов грузов в складах устьевых портов, вследствие неритмичности движения судов на речном и морском участках и количества специализированных плавучих и береговых комплексов, отражается в выражениях (5-6).

Ограниченные ресурсы капитальных вложений распределяются согласно неравенства (7). Ограничения по количеству морских и речных судов, самоходных грузовых судов-толкачей перегрузочных специализированных комплексов в серии отражаются в (8-II), где для действующих судов устанавливается ограничение "=", а для

судов пополнения знак " ^ Также налагается условие неот-

р ^

рицательности компонентов плана ос-0; ^i)

У / о

а ос ¿у* = 1,2 ...

Приведенная экономико-математическая модель обеппечивает оптимизацию транспортно-технологических схем (TTC), расстановку технических средств по TTC в комплексе с распределением капитальных вложений на их.подстройку в системе любых смешанных сообщений. По данной модели проведены экспериментальные расчеты, которые включали три типа морских судов, три типа барж, ССП, лихтеры типа ДО!, лихтеровозы докового типа, перегрузочные комплексы для генеральных и навалочных грузов. Анализ результатов оптимизации показал, что получена оптимальная структура перевозочных средств для заданного в СБС объема перевозок грузо!

Гл. 3."Оптимизация оперативного управления флотом и пере-

возками в смешанных сообщениях.

В основе процесса оперативного управления работой флота и перевозками заложен принцип непрерывности, потому что, - как говорит К.Маркс - "какова бы ни была общественная форма производства он во всяком случае должен быть непрерывным ... , также как общество не может перестать производить".

Принятие производственных решений на флоте отличается высокой динамичностью и многоплановостью. На перевозочный процесс влияют множество внешних и внутренних факторов. К внешним факторам в итоге исследований отнесены потребности в перевозках грузов и коммерческо-правовые условия их транспортировки, конъюнктуры фрахтового и коммерческого рынков, условия и интенсивность судоходства и др. К внутренним - отнесены фактора, обусловливающие производственные ситуации в системе "флот-порты-грузы".

При обосновании лучшего оперативного решения учитываются также факторы как возможное состояние производственного процесса в плановом периоде, полагаемые действия партнеров, конструктивные особенности транспортных средств, транспортные характеристики грузов, формы организации работы и обслуживания флота.

Различные упорядоченность внешних и внутренних факторов и состояние производственного процесса создает конечное число ситуаций и альтернатив по выработке оперативных управленческих решений. Инженер-эксплуатационник стремится решить возникающие ситуации путем отнесения их к ранее встречающимся и апробированным ситуациям, но с учетом целей и ограничений на текущий момент времени. Если ситуация не стандартная или по условиям не отвечает требованиям партнеров или заинтересованных сторон, инженер-эксплуатационник разрабатывает и согласовывает оригинальное решение. В основу автоматизации функций по оперативному управлению перевозочным процессом в СВС нами принятые совокупности оптимизацион-

ных и имитационных моделей для расстановки типов судов, веденш непрерывного графика работы флота и управления рейсом судна.

Критериями оперативных планов в этих моделях приняты в соответствии с действующими положениями: прибыль общая и по валю те по законченным рейсам при ограничениях по бюджету времени в эксплуатации и объему перевозок по отправлению. При моделирова нии графика работы флота, кроме перечисленных выше директивных плановых показателей, также учитываются следующие ограничения: ритмичность перевозочного процесса, приоритетность вывоза отдельных видов груза, равномерность вывоза груза по номенклатуре и подаче тоннажа в порты, сокращение балластных пробегов тоннажа и тяги, соблюдение сроков доставки грузов, согласован! работы тяги и тоннажа, работы флота на морском и речном участках трассы и работы флота смежных судоходных линий и пароходе]

Автоматизация оперативного управления флотом и перевозками в СВС обеспечивается семью подсистемами, которые подразделе ны на информационно-справочные и функциональные. К информацио! но-справочным отнесены подсистемы: дислокация флота, информащ о грузах и ведение нормативов. Подсистемы, квартальное планир< ванне, ведение НГРФ, управление рейсом судна и оперативный ан: лиз обеспечивают разработку, учет, прогноз, анализ и регулиро вание выполнения графиков и оперативных планов. В диссертации подробно освещены состав, содержание и взаимосвязь задач отде ных подсистем.

В процессе проектирования подсистем АСУ возник вопрос о отношении планов и графиков в оперативном управлении. Анализ циальных литературных источников по этому вопросу на различна видах транспорта показал, что понятие план и график не обусj,

лены. В диссертационной работе обосновано,что график - это однозначная модель работы транспортного флота и портов на определенном отрезке времени с точными показателями норм, времени и порядком выполнения технологических операций. План- это заранее намеченная система директивных показателей, которые должны быть достигнуты в установленном отрезке времени. График - более детальный документ, чем план.

В диссертационной работе обоснован, с учетом продолжительности циклов управления и технологического процесса - рейса судна, период наращивания графика в СВС. Общая схема оперативного управления работой флота в СВС предусматривает наращивание НГРФ на период до 30 сут. и дискретную, по мере необходимости, оптимальную расстановку морского, речного и лихтерного флота по различным горизонтам времени в зависимости от внешних факторов (гис.2).

В диссертации исследованы алгоритмы по моделированию технологических процессов работы флота в СВС для различных уровней оперативного планирования. Моделирование перевозочного процесса, основанного на разложении общего графа транспортной сети (рис.3) на подграфы, и формирование возможных технологических схем организации работы технических средств с различным-.уровнем агрегирования перевозочного процесса производится в целях использования экономико-математических моделей и методов оптимизации расстановки флота в СВС.

Входными для моделирования работы флота по квартальному планированию являются: грузопотоки, данные о пропускной способности портов по бюджетному времени и удельному весу судов пароходства, данные о бюджете времени типов судов в эксплуатации, укруп-

ненные нормативы стояночного и ходового времени, доходов и расходов.

Для установления вариантов использования типов судов формируются возможные сочетания направлений перевозок грузов, схемы движения типов судов, границы тяговых участков по типам тяги (лихтеровозов, толкачей). Ограничения в моделирующем алгоритме накладываются на возможность использования отдельных типов судов по направлениям перевозок и осадке судов при работе на морских и речных участках.

Ресурсы флота, портов и грузов являются ограничениями в опти мизацконной матрице. Плановые экспортно-импортные грузопотоки устанавливаются из прямых договоров и заявок. Одна часть объемов транзитных грузов определяется из контрактов, другая прогнозирует ся по статистическим данным и результатам переговоров с брокерски ми фирмами и партнерами-судовладельцами. Ресурсы времени типов су дов в эксплуатации формируются расчетным, путем. Ограничения по бюджету времени специализированных районов советских портов, нахс днщихся в оперативном подчинении пароходства, определяются как доля эксплуатационного времени, приходящаяся на флот рассматривае мого пароходства.

Для расчета технологических коэффициентов оптимизационной матрицы необходимо сформировать тило-размеры толкаемых составов для морского и речного участков трассы. Типо-размер состава в кру говом рейсе моделируется по следующему выражению

(вУ^гегвГь^Птст&и), (12)

где -1-я тип лихтеровоза (толкача или самоходного

судна-толкача);

-1-й тип лихтера (баржи) при движении в прямом и

обратном направлении по морю и реке;

Лтст- максимальное число лихтеров (барж) типа £ в составе при движении по морю (реке).

Определение типо-размера состава для кругового рейса производится формальным последовательным перебором типов судов, которые закреплены для работы на заданном направлении.

Для груза, закрепленного за I- м типом судна, производится определение количества груза на судно по укрупненным нормативам загрузки судов по навигационному периоду. Рассчитывается суммарное количество груза с^ат в составе по формуле

п m Р

<ГГ,<Н,-к , (13)

где ~ величина нормативной загрузки I- го типа

судна по ^ направлению перевозки родом груза

Проверяется соотношение между <^ст и 0.& . При йк

определяется количество незагруженных лихтеров (барж) по формуле:

0А I

(14)

ле,(тг) _

п, =• пл- -Е

М ~ ' "Л L

В общем случае суммарная загрузка состава типа: лихтеровозов (толкач) - лихтера (баржи) определяется, как п m & , ль(тг)

Ы + (15)

' <- i к

Для самоходного грузового судна количество груза на судне

определяется по укрупненным нормативам загрузки судов по навигационному периоду. При этом количество груза на судне определяется как

ь

£ . (К)

То

Tr

- 26 -

Тигр fo

Тпр

Тм

Тм

Тп

Tay

ТиГР<Р

Тк

Кв ПР

Т,

С.УГ

Рис.2. Обозначения:Т0 - начала квартала, Тг - текущий момент квартала, Тигруа - период наращивания отраслевого НГРФ,Т«р - п риод прогнозной расстановки флота в CBG, Тигру - период наращщ ния графика в CBG, Ткепр _ период прогнозной расстановки флоте в СВС, Тм - месячный период, Тйв, - квартальный период.

Рис. 3. Обозначение: П - порты, м - морской, р - речной, у - устьевой.

Если партия груза на заданном направлении перевозки I Р

к ^ ' 0ПРеделяется загрузка судна по следующим в списке грузам, для которых^?- ^

Для состава типа: самоходное грузовое речное или морское судно-толкач-лихтера (барж) количество груза определяется, как

лв(тг) " £ 4 ^аи(тг)

2 2 "л, (17)

3 соответствии с полученной загрузкой для каздого типа судна рассчитывается по агрегированным нормативам время рейса и экономические показатели:

Таким образом, в результате реализации моделирующего алгоритма формируется матрица математической модели для расстановки морского, речного и лихтерного флота по направлениям перевозок с учетом ограничений по грузопотокам в прямом и обратном направлениях, пропускной способности УТУ, переходящим запасам грузов в УТУ и бюджету времени судов в эксплуатации. Для описания математической модели введены следующие обозначения:

- признаки типа судна и направления перевозок;

- признаки лихтеровоза и ТЯГИ;

- признаки каботажных, экспортных и импортных перевозок;

- признаки операций погрузки и выгрузки;

- признаки грузопотоков массового и генерального;

- признак рейса судна;

- признак устьевого порта;

- коэффициент использования эксплуатационного бюджета времени;

- число лихтеров;

- нормативная загрузка судна;

№,ТГ к(),эх, им

п т)5г

НС, г г рс У

«'А

9

"Ь - время рейса или его часть;

Т - бюджет времени в эксплуатации;

сс - количество отходов судов в плановом периоде.

Остальные обозначения приведены выше,

Общая экономико-математическая модель расстановки морского и речного флота пароходства для оперативного планирования описывается следующей системой выражений:

. Пр те

Г^ГУ Г^ГУ Г 1 <1 (У

(1 „ " тг • Р р па*ТР

' > (20)

Г п N V ' .....

4, И В (т Г) ОГ ив(тг) п0!>

£ Л. м м -Г- м

3 Ч/ £ и , ^ и,,г.....

= .....(24)

.....

л»

(23)

,щ/-гг) -г «от;

Л^^Т., ; (25)

й ^ ^ + 2 4 Т.- (26)

/ " < <! * 9 (1^.2.....п).

£ + гг м + гг р тгг

< (I

се у > О, (28)

(¿=. У,2,.7 =

Целевая функция (18) математической модели (18-28) выражает максимальную прибыль от работы морского и речного флота в каботаже и загранплаваний. Ограничение (19) отражает необходимость завоза транзитных грузов в каботаже и загранплавашш в количестве достаточном для загрузки речного советского и иностранного тоннажа, а также для накопления переходящих запасов груза для обеспечения ритмичности перевозочного процесса. Удовлетворение ограничения (20) обеспечивает завоз транзитных грузов для загрузки морских судов с учетом того,что часть речного флота пароходства используется под перевозки импортных грузов МВТ СССР, и с учетом переходящих запасов транзита в портах перевалки.

Ограничения (21-22) требуют обязательного закрепления грузов СССР для перевозки. В случае невозможности выполнения ограничений (21-22) возникает необходимость переключения этого грузопотока на другой вид транспорта;-'

Ограничения (23-25) отражают транспортные ресурсы типов судов по бюджету времени в эксплуатации соответственно по речному грузовому флоту, буксирам-толкачам и морским грузовым судам.

Ограничения (26-27) лимитируют ресурсы по бюджету времени в эксплуатации советских устьевых портов, выделяемые на обработку советского тоннажа соответственно с массовыми и генеральными грузами.

Условие неотрицательности переменных (28) соответствует физической сущности транспортного процесса, отдельные типы судов совершают рейсы ( ^ 0 ) или остаются в резерве [ос^ = 0).

В моделях расстановки флота принимаются некоторые варианты загрузки грузами ^¿^ , вытекающие из навигационных условий . использования морских и речных судов по осадке.

Разработка оперативных планов перевозки грузов и работы флота требует непрерывного согласования отдельных решений на различных иерархических уровнях управления. Учитывая изложенное обстоятельство и блочный характер, общей математической модели расстановки флота, исследована ее декомпозиция на частные модели, при условии определенной взаимосвязи в ограничениях по транзитным грузам и бюджету времени в эксплуатации по УТУ. Частные модели внедрены в производство.

Экспериментальные расчеты проведены по комплексной расстановке морского и речного флота и распределению ресурсов устьевых портов для транзитных грузов в смешанных сообщениях. Анализ данных экспериментальной расстановки показал, что экспортно-импортные грузы на речном и морском участках осваиваются полностью и требуется около 16,2 тыс.т транзитных грузов для загрузки речного тоннажа, следующего вниз по реке, и морского тоннажа в сообщении река-море. Морские суда большей грузоподъемности закреплены на напрвелниях, которые характеризуются большей протяженностью и интенсивностью грузопоток. Часть морского и речного флота следует в балласте, что свидетельствует о наличии резервной провозной способности, которую нельзя использовать из-за исчерпанных ресурсов по пропускной способности портов. Положительные результаты экспериментальных расчетов дали основания для проведения техно-рабочего проектирования с целью внедрения в практику этой мод еж.

Гл.4."Моделирование непрерывного графика работы флота в смешанных сообщениях^' Приводятся результаты исследования и постановка задачи имитационного моделирования непрерывного графика работь флота в смешанных сообщениях, технология его ведения и особенное-

тн алгоритмов, реализующих назначения различных типов судов в рейсы.

В процессе исследований разработан и экспериментально проверен метод оптимизации графика, в котором за основу принят алгоритм, моделирующий процесс работы флота и портов с пошаговой оптимизацией отдельных подпроцессов по ^приоритетам.

Моделирование непрерывного графика на основе диспетчереза-ции в исследованиях определилось по двум схемам. Первая схема предусматривает, 'что инженер-диспетчер определяет каждому судну на период наращивания НГРФ схему движения с указанием загрузни или без нее. ЭВМ оптимизирует загрузку судна, независимо задана она пли нет, и согласовывает сроки обработки судов в портах захода. Согласование может осуществляться по группе судов, флоту пароходства, либо по всем судам, которые будут обрабатываться в порту в заданном периоде, если они известны и заданы в НПГН1. Вторая схема использует автономный режим, при этом диспетчер определяет только директивные рейсы по тем судам, которым работа утверждена на какой-то период времени. Ж1 в автономном режиме определяет каддому судку варианты схем движения и загрузку гру-3af.ni. С учетом организационных приоритетов и эксплуатационных ограничений по каздому отдельному судну, как правило, вариантов не возникает. Если варианты есть, то формируется матрица оптимизационной задачи и дош группы рассматриваемых судов на -к -м шаге моделирования выбирается оптимальная загрузка в комплексе со схемой движения. Далее, как и на первой схеме, следует согласование сроков обработки в соответствии со специализацией судов»

Причем ранее полученные решения могут быть отклонены, исходя из общей цели моделирующего алгоритма: каждое техническое средство

должно эксплуатироваться с максимальной загрузкой при минимальны: затратах времени.

Приоритеты могут накладываться на выполнение отдельных рабо' либо технологических операций. В моделирующем алгоритме использо' ваны приоритеты двух типов, которые вытекают из организационной сущности перевозочного процесса в CBG. Так, например, принятие к перевозке отдельных партий груза, того или иного судна к погрузк к отправлению лихтера за толкачем пли в лихтеровозе осуществляет ся на основе учета нескольких приоритетов.

Приоритет - это количественная оценка для выбора решения о выполнении той или иной работы, операции или последовательности операций из всех возможных. Для получения однозначного выбора пр "однозначных" или "конкурирующих" работах (операциях) вводится дисциплина очереди, например, первым прибыл в порт, первым обраб тывается и пр. В противном случае дополнительно вводятся приорит на случай равенства или отмены основных. Например, в алгоритме оценки вывоза грузов различных наименований в качестве первичног приоритета выбрана очередность "отгрузки" грузов, т.е. первым от жаегся груз, стоящий первым в списке, и после "отгрузки" он пере носится в конец списка. Такой приоритет приводит в отдельных слз ях к тому, что нарушаются требования по равномерности вывоза ка?; го груза в течение планового периода. Поэтому вводится приоритет второго уровня, который обеспечивает равномерность вывоза грузо! с учетом специализации и пропускной способности порта по отделы родам грузов и неравномерности подхода тоннажа.

Получение приоритетов с помощью некоторого вероятностного правила с использованием различных законов распределения для ра: личных производственных ситуаций в портах приводит к многократш му 'составлению графика на один и тот же плановый период. Это и

зано с тем, что введение элементов случайности при установлении приоритетов приводит к новым очередям и, как следствие, к новому варианту графика. Поэтому для каждого вида работ по графику формируются соответствующие правила приоритетов, которые определяют детерминированную дисциплину очереди при выборе решений по формированию графика. Приоритеты объединены в четыре группы, которые названы правила!®.

Правило один - по директивным указаниям. Это обозначает, что. судно или группа судов совершает рейс или последовательность рейсов по заданной схеме или схемам движения с обусловленным грузом или грузами в установленные диспетчером сроки. Диспетчер определяет все либо любое из перечисленных условий. Причем решение диспетчера в отдельных случаях не соответствует эксплуатационным ограничениям, специализации судна и пр. Символически это правило описывается как директивное назначение судов в рейсы.

Идр^б-сбМр/у^Л^цбРУъбарп^. (29)

Правило два- по грузам. Это приоритеты, которые предусматривают закрепление тоннажа: в первую очередь под продовольственные скоропортящиеся грузы "^(Зст) , во вторую очередь -под продовольственные грузы , а в третью - под экспортно-импортные -т? \а7Г(йж им) • 'четвеР1'Уи П°Д ГИФ

Ч.ТР €*-(*„) г

Символически это правило назначения судов в рейсы записыва-

ется так:

I У^вйаь с** ,

г. В 6 Яп» Г7Р,

Правило три - по судам. Суда, из всех тлеющихся в порту, принимаются к обработке в следующей очередности: работающие по расписанию и первое по дате готовности к выполнению грузовых операций. Символически эти условия выражаются как

П. d,- €S£4 списания на линии

2.-Si^SSt для ggrn (31)

- дата готовности судна по графику в порту. Правило четыре - по очередности работ. Здесь упорядочивается состав работ с грузовыми судами и судами для перемещений средств укрупнения груза (контейнеров, лихтеров, барж). Распределение грузового тоннажа по работам w^ в порту п следующее :

в первую очередь тоннаж выделяется для погрузки речных и выгрузки морских и самоходных судов Wn^ ;

во вторую очередь - под погрузку -w* 6W&4 ; в третью очередь тоннаж направляется в балласте в порты с его недостатками - w* Е И/лхЗ" ;

в четвертую - ожидание погрузки . - vV-s Е ^цр .

Очередность определения работ лихтеровозов и тяги в порту следующая:

догрузка транзитных грузов - w^ € War ; номинирование в рейс с лихтерами, контейнерами, баржами -

номинирование в рейс "легкачом" - w^€Wmп ; перестой в ожидании работы - в Wo Указанные правила отражают наиболее существенные условия эксплуатации флота и ограничения по упорядочению основных технологических операций судна в рейс.

Наибольшую сложность в имитационной модели представляет алгоритм согласования работы речного и морского флота в устьевом транспортном узле, гак как на его пропускную способность влияет множество как внешних так и внутренних факторов.

Моделирующий алгоритм ведения графика предусматривает шаго-во-суточный просмотр ситуаций в портах, исходя из дислокации флота, наличия и заявления грузов, загрузки портов и их потребностей в балластном тоннаже. Когда в порту П скапливаются суда в ожидании погрузки и очередь больше суток, осуществляется переадресация балластного тоннажа в порты с его недостатком. Но если

п ^ > то переадресация не производится, так как рас-

ходы по переадресации больше, чем от ожидания причала.

Имитационный метод моделирования непрерывного графика работы флота дал возможность учесть особенности технологического процесса транспортировки грузов в СВС. Эти особенности в значительной мере повлияли на технологию и алгоритм ведения непрерывного графика работы флота, в которых введен ряд задач, включающих: наращивание графика на заданный период, учет выполнения месячных планов перевозок грузов и работы флота, прогноз выполнения месячных планов перевозок и корректировка графика. В процессе ведения НГРФ ряд операций выполняется в диалоговом или автономном режиме работы ЭВМ.

Основной технологической операцией наращивания графика является определение назначений судам в рейсы, которые осуществляются двумя вариантами. Назначение судам в рейсы на ближайшие сутки всегда производится групповым инженером-диспетчером и отражает первый вариант наращивания графика. Определение назначений судшл в последующие рейсы по "директивам" группового инженера-диспетче-

ра не исключается, но является с одной сторонн трудоемким, а с другой - нет достаточно детальной информации по грузам н ситуациям в портах. Поэтому эта работа выполняется ЭВМ в автономном реяшле и представляет второй вариант.

В настоящей главе такие описаны алгоритмы учета и прогнозирования выполнения месячных планов перевозок грузов и работы (флота в GBC, которые дают исходные данные для корректировки ПГР5.

Для определения назначений судов в рейсы в автономном режиме работы QBt.I исследованы алгоритмы, учитывающие особенности работы различных по специализации и назначению типов судов и формы организации их движения.

Для линейного плавания по расписанию разработан и использован алгоритм, моделирующий работу судов на срочной линии.

Алгоритм учитывает следующие условия работы судов: закрепление в портах причалов дая грузовых операций, допущение переадре-сацин для минимизации их простоя либо простоя причала, распределение портов на основные и факультативные.

Для случаев, когда на линии суда работают по сложным схемам движения и установлены договорный сроки доставки грузов по основ ным и факультативным портам, в диссертации отражены исследования по использованию динамической модели для оптимизации схем.

Исходя из заданных условий, каждому судну разрабатывается множество технологических маршрутов движения ff , включающих рейсы У по схеме движения 3 , состоящей из участков мевду портами (П* "О J .В общем виде граф корреспонденции грузопотоков описывается как (З(К^) . Допустимые варианты раб ты каждого судна -£> на графе характеризуются в вид

дерева К* , У i) , где £ 6 SA Тял .

т„а - судно, которое требует согласования работы в период времени 1~пЛ . Возможность реализации рейсов ^ по дереву маршрутов , включающих множество схем движения

^•ь , отображается множеством X* . Оценки ос(л.ъ) на множестве симметричны вершинам множества (.

Шаг ^ в технологическом процессе до дереву маршрутов ГЯ (Х* 3$ ) представляет этап принятия решения о переходе от одного ситуационного состояния к другому. Шаг Т- может обозначать принятие решения о переходе к возможной последовательности рейсов, после завершения текущего, к приему возможной совокупности грузов на следующий порт с учетом имеющихся на судне, - возможной последовательности участкой при построении схемы движения , или к возможной последовательности составов барж, из которых груз перегружается на морское судно и т.д. Таким образом, схема движения представляет совокупность пар портов, между которыми судно должно перевезти заданные грузы. Схема движения может состоять из одной пары (порты отправления и назначения), двух, трех и большего количества пар портов. Схема движения фор-мцруется сочетанием пар портов для каждого периода в отдельности. Индекс в сочетаниях представляет количество пар портов в расчетном периоде, тп - количество пар в схеме движения.

Маршрут движения судна является ниткой графика и состоит из схем движения, то есть

16 а4 при % = I, I £ Уз при г = г + I.

Схема движения С^}) , полученная (формальным сочетанн-егл , упорядочивается и проверяется на соответствие

эксплуатационным условиям работы судов на линиях. Б каждом сочетании выделяются порты погрузки и вш^рузкИ' Порты с одинаковыми наименованиями объединяются. Внутри каздого сочетания производят всевозможные перестановки. К полученной комбинации добавляют порт-позицию судна и, с учетом грузопотока, отбирают схемы с наиболее рациональной ротацией портов по максимальной суше чистых доходов за рейс. Далее проверяется допустимость захода судна во все порты схемы движения, включая коммерческие и технические требования к организации движения: обеспеченно своевременной подачи судна на ремонт и пр. По каодой схеме движения рассчитывается загрузка судна, эксплуатационно-экономп-ческие показатели и даты начала и окончания основных технологических операции.

Выбор любого очередного участка работы судна из всех допустимых схем движения принят равновероятным

Математическая модель для определения оптимальной последо-

(33)

вательньстн участхсов работы в схеме движения

работы в схеме движения суд-

на -5 описывается системой уравнений.

г я

(34)

(35)

/ г = .....к * ;

(36)

(37)

В формулах (34-38) обозначено:

ф ■) ч - критерий эффективности работы судна в репсе при работе по схеме 3'л (зу) ъг-и на шаге *с(х-и) с

участками ;

^(Х^) г- - вероятность нахождения судна на схеме движения ;

- вероятность работы судна на участке Яу на шаге построения схемы движения;

- участок работы судна между портами п(п-и) на ( 1 + I) последующем шаге построения схемы движения.

Функционал (34) определяет математическое ожидание критериев эффективности работы судна по всему множеству участков на дерево схем движения , получаемого в результате разло-

жения множества П$ Д5 ) . Уравнение (35) характеризует вероятность перехода с участка йГ на участок ^ . Выражение (36) свидетельствует о том,что предусматривается выбор любого из участков на шаге гили участков ^ на шаге ( +1).

Условие (37) свидетельствует о том, что судно находится в эксплуатации, готово к перевозке плановых грузов, при сс-С^г}) ^ ° перевозит груз, а при эс 0 осталось без груза.

Для оптимизации регламента движения судов на линии по модели (34-38) применяется дискретный принцип максимума Понтряиша. Решение сводится к циклическим пересчетам всех рейсов по флоту в плановом периоде путем пошагового увеличения значения вероятности зс(х^) ^ и функционала Я5 х. • Взаимное влияние судов на функционал ^ (2,^^ учитывается путем отыскания множителей Лангранжа, которые определяют направление максимального изменения (функции Гамильтона и дают возможность вычпе-

лить максимальное значение X } ^ . Приемлемость указанного метода оптимизации схем движения судов автором апробирована совместно с доц. Г.С.Махуренко и асс.Шибаевым Л.Г.

Для определения назначений в рейс тяги разработаны алгоритмы, предусматривающие формирование схемы движения, ограничений по пропускной способности участков реки и портов, наличию в портах лихтеров (барж) для отправки в принятом направлении движения Разработаны также отдельные алгоритмы по назначению в рейсе тяги без составов в порты, где тлеется несамоходный тоннаж.под толкание.

Экспериментальные расчеты по наращиванию графика работы флота в СБС дали возможность уточнить алгоритмы и приступить к разработке программ на ЭШ.

Гл.5.^Обоснование рейсового задания и управление работой судна. Обосновывается методика разработки рейсового

задания и управления работой судна в СВС, включающая технологию подготовки задания, оптимизацию загрузки в течение рейса, алгори-мы расчета плановых показателей, учета и прогноза их выполнения, оперативного анализа и регулирования работы судна в ройсе.

Важное значение в оперативном управлении работы (Мота в СВС имеют вопросы эксплуатации флота на речном и морском участках, обеспечивающего единый перевозочный процесс доставки транзитных грузов. Перевозочный процесс в СВС включает для одной и той же партии груза рейсы на морском и речном участках пути, которые стыкуются в УТУ. Поэтому при изучении вопросов оперативного улра лення работой (Мота на перевозках грузов в СВС выявилась необход] мость комплексного рассмотрения задач по оперативному управлению рейсом морских и речных судов. В стадии внедрения находится сис-

тема оперативного управления работой судна, в основе которой лежит статическая и динамическая модели рейса. Статическая модель рейса является плановой и отражает эксплуатационные и экономические показатели работы судна и его график движения и обработки в портах в предстоящем периоде времени. Все показатели рейса здесь рассчитываются по нормативам. Плановое задание судну в рейсе меняется по указанию инженера-диспетчера, на ЭВМ соответственно пересчитываются показатели и график движения судна.

Динамическая модель рейса состоит из учетной и прогнозной частей. Первая часть рейса отражает показатели из документов по форме ДИСП. Вторая часть- отражает прогнозные до окончания рейса показатели, интегрированные по обеим частям рейса, которые дают возможность оценить в любой момент времени степень выполнения рейсового задания по объему перевозок, эффективности и срокам освобождения от текущих обязательств.

Подготовка рейсового задания судна с использованием ЭВМ включает решение вопросов по следующим этапам:

проверка готовности груза для отправления на момент формирования рейса, условий и ограничений транспортировки грузов;

проверка готовности судов для транспортировки грузов и буксиров для толкания лихтеров (барж), изучение позиции, технического состояния флота и заявок на буксировку;

определение схем движения судов и толкаемых составав, формирование директивных транспортных характеристик грузов, директивных нормативов по портам, флоту и ограничений на трассе, расчет загрузки, плановых показателей и графики работы судов в рейсе, проверка, корректировка, согласование и утверждение рейсового задания.

В момент разработки рейсового задания может быть оитимизиро-

вана загрузка судна при условиях приема меньшего количества переменных запасов и максимального использования грузоподъемности и грузовместимости, а не весь рейс. Загрузка судна на предстоящи"! рейс рассчитывается на ЭШ в автономном режиме по следующей технологической схеме: определяется чистая грузоподъемность судна, моделируются допустимые варианты загрузки судна, рассчитывается оптимальный вариант загрузки с помощью математической модели. В тех случаях, когда схема движения сложная и имеется некоторое допускаемое множество вариантов загрузки судна разными грузами на отдельные порты захода, возникает оптимизационная задача.

Моделирование допустимых вариантов загрузки судна для формирования матрицы математической модели осуществляется с помощью специальной имитационной модели, которая описана в работе. Лмпта ционная модель имеет следующие основные особенности. Входным импульсом для ее работы является указание ЭВМ о том, что рейсовое задание судну в части даты и портов захода определено. Дополнительной входной информацией являются технико-эксплуатационные ха рактеристики судна, схема движения и допустимые для транспортировки грузы. В результате идентификации судна определяется необходимость расчета предельной нагрузки, которую судно может нести в планируемом рейсе. Для грузовых судов - это количество грузов учетом квот на отдельные пары портов, дая толкачей, лнхтеровозов предельное количество лихтеров и контейнеров, которые они могут принять по условиям рейса. Квоты динамически пересчитывг.ются с у том шшпмплышх партий груза на факультативные порты и величины суммарных партий отправок на основные. Таким образом, разрабптыв ются варианты загрузки судна по схеме движения при различных ко-

лпчествах грузов (лихтеров, бара, контейнеров) на отдельные порты схемы движения, которые характеризуются коэффициентами и ограничениями для математической модели.

Загрузка любого судна (морского, универсального, контейнеровоза, ллхт.еровоза, буксира, толкача, баржи, лихтера, грузового судна-толкача) обуславливает порты и даты отправления и назначение нагрузку на подвшшЬй состав. В зависимости от типа рассматриваемого судна задача загрузки несколько меняется, но в целом она описывается общей математической моделью. Загрузка морского судна компонуется из нескольких видов грузов, прибывших на различных баржах (лихтерах) и частично выгруженные ранее на берег. Учитываются сроки нахождения отдельных партий грузов в порту, сроки их доставки, максимальное использование грузоподъемности и грузовместимости судна и обеспечение максимальной эффективности рейса. При компоновке загрузни баржи (лихтера) отдельны:® партиями транзитных грузов с учетом описанных выше ограничении закрепляются грузы на меньшее число морских портов назначения в пределах одной линии с тем, чтобы ускорить освобождение ее в УТУ.

При компоновке загрузки лихтеровоза, контейнеровоза и буксира-толкача возникают аналогичные требования, только ограничением выступает число лихтеров (контейнеров, барж), которые может транспортировать судно.

Таким образом, задача определения наилучшей загрузки судна при разработке рейсового задания может быть решена с помощью общей экономико-математической модели загрузки любого типа судна несколькими видами грузов с учетом квот на ряд портов и описывается следующим образом:

к т

Л*

~—з>-т а-'х- >

, <1

* т о X к м £т

л;

V

К

л»

т&х,

4

К ' \

^ Хц ; О'-

л- . . .

| Ьу &;»^ > ( </ = .....

л <1

X*,; « { О, < } , К; -и,...,

К т

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

В математической модели (39-46) приняты дополнительные обозначение:

- коэффициент использования грузоподъемности судна;

- коэффициент использования грузовместимости судна;

- коэффициент относительной эффективности по ходо-

вой составляющей рейса;.

- коэффициент относительной эффективности по стояночной составляющей рейса;

я/у - число партий груза (контейнеров, лихтеров), которое принимается на судно;

- максимальное число средств укрепления (бара, лихтеров, контейнеров), которое судно монет транспортировать;

Щ - булева переменная, прп = I груз закреплен к перевозке.

Остальные обозначения в модели соответствуют приведенным ранее.

Целевая функция (39) математической модели многокритериальна. Она отражает качество загрузки перевозочного средства, в которой характеризует коэффициент использования грузоподъем-

ности по отправлению, - коэффициент использования грузо-

вместимости, - ходовая составляющая и %ч - стояночная

составляющая показателя относительной эффективности.

Оптимизация загрузки судна в зависимости от эксплуатационных условий может быть произведена по одному из критериев. В таком. случае решается скалярная задача. Оптимизация загрузки судна по двум и более критериям относится к задаче векторной оптимизации.

Неравенства (40-41) распространяются только на суда, которые перевозят грузы и определяют вместе с целевой функцией максимальное использование грузоподъемности и грузовместимости судна, что, как правило, соответствует максимальной суше фрахта за рейс. Неравенство (42) распространяется только на суда (грузовые суда-толкачи, буксиры-толкачи, контейнеровозы), которые транспортируют укрупненные грузовые места.

Неравенство (43) регламентирует судо-заходы в факультативные порты при ограниченной партионности отправок. Параметром управления является булевая переменная ссц , которая при значении, равном единице, обозначает, что партия или часть груза, контейнер, лихтер или другое средство укрупнения закрепляется за данным судном (44-45). Выражение (46) отражает, что загрузка судна на участ-

ке должна находиться в пределах мезду расчетной грузоподъемностью и квотой грузоподъемности судна. Частная постановка этой математической модели применительно к универсальным грузовым судам, перевозящим генеральные грузы с поштучной укладкой реализована.

Алгоритм расчета плановых показателей и графика работы судна в рейсе осуществляется в автономном режиме работы ЗШ. Алгорпа охватывает необходимое множество вариантов организации работы судна в; рейсе, которые предусматривают директивный н нормаишвнй расчет показателей, учет навигационных условий судоходства и балластных переходов для различных самоходных и несамоходных судов. Расчеты ведутся итеративно. Проект рейсового задания анализируется и в случае необходимости корректируется, согласно специальном? алгоритму пересчета показателей по директивам инженора-днспотчор: Алгоритм учета и прогноза показателей работы судна в текущем рейсе предусматривает ежесуточную корректировку показателей работы незавершенной части рейса судна в автономном режиме работы ЗБ!

Входными данными для работы алгоритма являются плановые пою зателн и оперативная формализованная отчетность по форме ДИСП I. Выходная информация отражает фактические а прогнозные значения показателей текущего рейса, список судов в эксплуатации, откяоне нпя рейсов судов и графики работы. Алгоритм отражает методику пересчета показателей с учетом технологических процессов для ССП различных специализаций.

Алгоритм оперативного анализа и регулирование работы судна в рейсе реализует функции диалоговой корректировки рейсового за-дашш по состоянию оперативной обстановки в портах, на флоте и

с грузами. В соответствии с корректировкой рейсового задания ЭВМ в автономном режиме пересчитывает показатели незавершенной части текущего рейса. В алгоритме предусмотрены следующие виды корректировок рейсового задания с экрана: изменение состава работ лихтеро-воза либо толкача, замена портов захода или порядка их посещения, лихтеровозов или барж и дополнение лихтеров или барж в состав. В процессе расчета показателей ЭВМ согласно алгоритму выделяет участки схем движения для корректировки, исходные данные по предыдущим участкам работы судна и пересчитывает показатели по незавершенной части рейса.

Таким образом, совокупность алгоритмов и экономико-магемати- -ческих моделей осуществляет взаимосвязь диспетчера с реальными • технологическими процессами и обеспечивает оперативное управление ими.

В диссертации отрзлеяы результаты экспериментальной проверки алгоритмов, которые подтвердили их приемлемость с точки зрения достаточной полноты отображения технологических процессов и возможностей их реализации на современных ЗВМ. Частично указанные алгоритмы реализованы в программных средставзх:, по остальным ведется рабочее проектирование.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе содержатся теоретические основы организации и оперативного управления перевозочным процессом в международных смешанных водных сообщениях,методические положения по эксплуатационно-экономическим обоснованиям и автоматизации функций оперативного планирования, регулирования, учета, контроля и анализа использования технических средств в транспортном предприятии-пароходстве. Решение этой проблемы значительно развивает теоретическую

базу науки об организации и управление работой водного - морского и речного транспорта.

■ Основные теоретические и практические результаты выполненных исследований состоят в следующем.

Разработаны научные осноеы организации работы флота на перевозках грузов в СВС, включающие:

классификацию показателей перевозочного процесса в СВС, систему показателей работы лихтерного флота, методику расчета комплексного показателя относительной экономической эффективности вариантов организации работы флата в смешанных сообщениях, методику определения минимальных переходящих запасов грузов в устьевых портах, методику установления количества основных портов захода в технологических схемах освоения грузопотоков в СВС, ЭШ обоснования оптимальной программы развития системы технических средств для смешанных водных сообщений.

Проведенные здесь исследования и разработки являются теоретической базой для обоснования организации работы флота на новых линиях и направлегшях перевозок, а также повышения уровня opraini-зации работы флота на существующих.

В области теоретических основ управления перевозочным процессом в СВС в соответствии с современным достижением в области применения математических методов и ЭВМ, а также развиваемой в отрасли комплексной системы непрерывного планирования, автором сформулированы, обоснованы и псследованн: общая модель принятия решений в оперативном управлении перевозочным процессом в СВС, как сочетание формальных и эмпирических методов на основа взаимодействия инженера-эксплуатационника с ЭШ, понятие графика и плана л?а

боты Флота в СВС и их соотношение как инструментов управления, система ЗММ расстановки типов судов для планирования и прогнозирования показателей работы флота и портов в смешанных сообще-Ш1ЯХ, система экономико-математических алгоритмов для моделирования непрерывного графика работы флота в СВС, ЗШ оперативного управления работой судна в рейсе на перевозках грузов в смешанных сообщениях, имитационные алгоритмы, позволяющие автоматизировать функции оперативного управления работой судна в рейсе.

К области теории управления перевозочным процессом также относятся разработанные автором: комплекс подсистем автоматизированной системы оперативного управления работой флота и перевозками грузов; технология оперативного управления работой судна и флота в целом в системе "инженер-ЭВМ", методика ведения непрерывного графика работы флота в СВС. инструктивно-методические материалы по разработке оперативных планов работы флота и перевозок грузов.

Фактический экономический эффект от внедрения НИР составил -около 650 тыс.руб. Основная часть эффекта складывается за счет роста производительности-транспортного флота вследствие уменьшения непроизводительных простоев судов и улучшения их загрузки, и повышения производительности управленческого персонала по выработке управленческих решений на ЭВМ, которая обеспечивает обработку оперативной диспетчерской информации, оптимизацию планов и графиков.

4. Основное содержание исследований отражено в следующих работах:

I. Капитанов В.П., Махуренко Г.С., Шибаев А.Г. Оптимальное оперативное планирование работы флота. - Одесса,1985. - 78 с. -

Рукопись представлена Одес.ин-том инж.мор.флота. Деп. в В/0"Мор-техинформреклама" ШФ 13 марта 1985 г., 422.

2. Капитанов В.П. Перевозочный процесс в смешанных водных сообщениях. М., В/О "Ыортехинформреклама", 1984. - 45 с.

3. Капитанов В.П. Управление перевозочным процессом в комбинированных сообщениях. - Одесса,1983. - 117 с. - Рукопись предста: лена Одес.ин-том инж.мор.флота. Деп. в В/О "Ыортехинформреклама" ШФ 13 янв. 1984 г., № 305.

4. Капитанов В.П. Оперативное управление флотом и перевозкам в смешанных сообщениях на уровне квартала. - Одесса, 1984. - 175 Рукопись представлена Одес.ин-том инж.мор.флота. Деп. в В/О "Мор-техинфорлреклама" ШФ 6 дек. 1984 г., 400.

5. Капитанов В.П. Принципы организации и классификации комбинированных сообщений. В кн.: Экономика и эксплуатация морского транспорта. М.: В/О "Моргеншформреклама", 1982, с.53-55.

6. Капитанов В.П. Применение теории игр при решении задач оперативного управления работой флота. В кн.: Экономика и эксплуатация морского транспорта. М.: ЦШЛ "МОР'МОТ", 1981, с.40-42.

7. Капитанов В.П. Направления совершенствования оперативного управления работой морского флота. В кн.: - Экономика и эксплуата ция морского транспорта. М.: ЦРИА "МОРМОТ", 1980, с.17-19.

8. Капитанов В.П. Имитационная модель движения судов на лини В кн.: Экономика и эксплуатация морского транспорта. М.: ЦШЛ "МО Ф10Т", 1978, с.40-42.

9. Капитанов В.П. Модели и методы оперативного управления работой флота и перевозками в смешанных сообщениях. - Одесса, 1986. - 163 с. - Накопись представлена Одес.ин-том инж.мор.флота. Деп. в В/О "Ыортехинформреклама" ШФ 17 ноября 1986 г., Л 812.

10. Капитанов В.П. Теоретические основы и закономерности орга низации перевозочного процесса в смешанных водных сообщениях.-Одесса, 1985. - 182 с. - Рукопись представлена Одес.ин-том инж. мор.флота. Деп. в В/О '"Мортехинформреклама" Ш<В 4 января 1985 г., ]& 382.

11. Капитанов В.П. Оперативное управление рейсом судна в комбинированных сообщениях. - Одесса, 1983. - 117 с. - Рукопись пре£ ставлена Одес.ин-том инж.мор.флота. Деп. в В/О "Нортехинформреклг ма" МШ 13 янв. 1984 г., 305.

12. Капитанов В.П., Шибаев А.Г. Моделирование динамики транспортного процесса в оперативном планировании работы флота. В кн.

роблемы экономики, организации и управления на морском трансорте. М.: ЦРИЛ "МОРФЛОТ", 1982, с.20-21.

13. Капитанов В.П., Шибаев Л.Г., Казарян Л.Н. Формирование ножества технологических маршрутов использования судов в плановом ериоде. В кн.: Экономика и эксплуатация морского транспорта. М.: РИА "МОРФЛОТ", 1981, с. 30-32.

14. ¡капитанов В.П. Применение теории игр при решении задач перативного управления работой флота. В кн.; 'Экономика и эксплу-тация морского транспорта. М.: ЦРИА "МОР-МОТ", 1981, с.40-42.

15. Капитанов В.П., Шибаев Л.Г., Казарян Л.Н. Имитационная одель загрузки судна для оперативного планирования на уровне ароходства. В кн.: Экономика и эксплуатация морского транспора. М.: ЦРИА "МОРФЛОТ", 1980, с.42-44.

16. Капитанов В.П., Казарян А.Н., Шибаев А.Г. Особенности птимизации загрузки судна при оперативном управлении работой лота. - В кн.: Экономика и эксплуатация морского транспорта.

.: ЦРИА "МОРФЛОТ", 1979, с.51-54.

17. Капитанов В.П., Шибаев А.Г. Эвристический подход к одти-чзации расписания движения судов. В кн.: - Экономика и эксплуата-ия морского транспорта. Н.: ДН1А "ЫОШЮТ", 1978, с. 42-45.

18. Капитанов В.П., Уваров С.А. К вопросу о создании норма-квной базы для оптимизации непрерывного графика движения судов.

кн.: - Экономика и эксплуатация морского транспорта, М.: Реклам-юро 1Ш, 1977, с. 34-38.

Зак. 947, тир. 100, подп. к печ. 23. 06. 89г. БР 05410. Усл. печ. лист. 3, 1. КМП ОИИМФ Одесса, Мечникова, 34.