автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Проектное обоснование перспективного типа накатно-контейнерного судна для Союза Мьянма

На правах рукописи

УДК 629.12.001.2

ЧЖО ЛИН

ПРОЕКТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНОГО ТИПА НАКАТНО-КОНТЕЙНЕРНОГО СУДНА ДЛЯ СОЮЗА МЬЯНМА

Специальность 05.08.03 - Проектирование и конструкция судов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2009

003467909

Работа выполнена на кафедре проектирования судов ГОУВПО " Санкг Петербургский государственный морской технический университет".

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Гайкович Александр Иосифович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Фирсов Валентин Борисович

кандидат технических наук, Мацкевич Вадим Александрович

Ведущая организация:

- ФГУП ЦКБ "Алмаз", г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится « 26 » мая 2009 г. в 16-00 н заседании диссертационного совета - при Санкг-Петербургско государственном морском техническом университете по адресу: 190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д.З, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт Петербургского государственного морского технического университета.

Автореферат разослан «23» ¿тр^Л 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

А. И. Гайкович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Развитие Союза Мьянма, прёвращение ее в аграрно-индустриальную страну требует наличия развитой инфраструктуры. Основой инфраструктуры является эффективная транспортная система. В Союзе Мьянма используется для транспортировки грузов, в основном наземный транспорт (автомобильный и железнодорожный). Объём еревозок грузов водным транспортом незначителен из-за малоразвитого рузового флота. Во время сезона дождей, (это сезон длится 4-5 месяцев год), наземный транспорт на большой части территории страны ункционировать не может.

Прямые перевозки на судах смешанного плавания дают возможность е только уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты, но и ократить сроки доставки грузов, обеспечить их большую сохранность, что собенно важно при перевозке ценных генеральных грузов.

Использование судов смешанного плавания (река-море) на перевозках о прямому бесперевалочному варианту позволяет избежать простоев на азличных технологических операциях транспортного процесса при ередаче с одного вида транспорта на другой и снизить нагрузку в апряженные периоды года на железнодорожном и морском транспорте, оэтому развитие грузового флота речного и прибрежного района лавания является для Союза Мьянма актуальной задачей.

Объекты исследования. Перспективный тип накатно-контейнерного удна смешанного плавания для Союза Мьянма и методика обоснования го основных кораблестроительных элементов.

Цель и задачи исследования. Создание математической модели для боснования типа накатно-контейнерного судна смешанного плавания, для ек и прибрежного района Союза Мьянма.

Методы исследования и решений. Для решения задач, поставленных работе, потребовались использование методов математической татистики, методов теории проектирования судов и теории корабля, етодов математического моделирования, алгоритмов оптимизации: лучайного поиска и алгоритма Хука Дживса, аппарата и программных родуктов системы Delphi, средств Microsoft Office.

Информационная база исследования. В числе информационных сточников использовались русская, и иностранная литература по роекгированию судов, книги, журнальные статьи, научные доклады, атериалы научных конференций и семинаров, доступная документация о реальным проектам. В области общих методов проектирования судов спользовались труды В.В.Ашика, А.В.Бронникова, С.И.Логачева, .Н.Вашедченко, Л.М. Ногида, Б.А.Царева. В части проектирования судов мешанного и внутреннего плавания автор опирался на работы .В.Вицинского, Н.К.Дормидонтова, В.Н.Анфимова, П.А.Малого, .И.Андриевского, А.Г. Ляховицкого. Исследование системного подхода и етодов оптимизации осуществлялось в соответствии с принципами, зложенными в работах В.М. Пашина, И.Г.Захарова, П.А.Шауба, .И.Гайковича.

з

Теоретическое значение исследования. Создана математическая модель проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания, учитывающая условия строительства и эксплуатации средств водного транспорта в Союзе Мьянма. Принципы разработки этой модели, в частности, методика расчёта массы корпуса, могут быть исследованы в других исследованиях.

Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты обеспечивают повышение эффективности проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма. Применение разработанных методов приводит к повышению обоснованности проектирования за счет оптимизации проектных характеристик накатно-контейнерного судна. Разработанный программно-методический комплекс оптимизации для обоснования основных элементов накатно-контейнерного судна может быть использован при практическом создании флота накатно-контейнерных судов смешанного плавания для Союза Мьянма.

Научная новизна работы.

1. Обоснована конкурентоспособность водного транспорта, в составе инфраструктуры Союза Мьянма.

2. Разработан архитектурно-конструктивный тип накатно-контейнерного судна смешанного плавания, в максимальной степени удовлетворяющий специфическим условиям строительства и эксплуатации.

3. Предложена и реализована методика определения массы корпуса судна, опирающаяся на упрощённую геометрическую модель.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1. Методика проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма, основанная на математической модели судна.

2. Программно-методический комплекс оптимизации для обоснования основных элементов накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма.

3. Анализ адекватности и чувствительности математической модели.

Степень достоверности результатов исследований.

Диссертационное исследование базируется на проверенной информации и использует апробированные методы теории проектирования судов, системного анализа и математического программирования. Все полученные результаты сопоставлены с характеристиками существующих судов. Кроме того, адекватность построенной математической модели проектирования доказана исследованием её устойчивости и чувствительности.

Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликованы 4 работы. Из них 1 работа в личном авторстве, доля автора в двух в 33% и в остальной в 50%. В изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ, опубликована 1 статья, выполненная в личном авторстве.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пятых глав, заключения, содержит 141 страницы основного' текста (включая - 69 таблиц и - 60 рисунок), список литературы из 106 наименований. Приложения имеют 45 страницы.

Содержание работы Во введении указаны цель и задача исследования и решений, информационная база ограничения диссертационного исследования исследования.

исследования, исследования, и апробация

методы главные работы

China

Вавд-lade

Indian Ocean

В первой главе диссертации рассмотрены проблемы развития грузовых перевозок в Союзе Мьянма. Рассмотрены особенности водных путей, грузопотоков по водным путям, конкурентоспособности водного транспорта, ограничения строительной базы и анализ сопоставления условий перевозки грузов Союза Мьянма различными видами транспорта. Из основных экономических районов Союза Мьянма существующий водный транспорт обслуживает всего 6 районов. Главные маршруты внутреннего водного транспорта страны для перспективных грузовых судов показаны на рис.1.

Главный упор в развитии Союза Мьянма сделан на индустриализации сельского хозяйства. Необходима доставка сельскохозяйственной техники во все районы страны из столицы города Yangon, места ее производства.

Вес грузового места при перевозке сельскохозяйственной техники доходит до 2 тонн

-Водный, • • • Наземный транспорт (максимальный) и максимальные

- - Города (Yangon, Mandalay и Южные габариты грузового места - 2 м х 1 города), .-города некоторые мх 15км Величина основных

Рис.1. Главные маршруты транспорта грузовых потоков страны по Союза Мьянма водным путям показана на рис.2.

Главные направления для перевозок грузов водным транспортом риведёны в таблице 1. Первый маршрут - Yangon-Mandalay и второй аршрут - Yangon-Myeik.

Andaman Islands

(|ла<а)

Таблица

Основные направления перевозок водным транспортом

No Назначение пути Районы Расстояние линии (миль)

1 Yangon - Mandalay речной 493

2 Yangon - Myeik прибрежной 476

а Yangon - Mawlamyaing - 163

б Mawlamyaing - Dawai - 170

в Dawai - Myeik - 143

Грузовой поток всего груэооодъёчностн стравы es водвом транспорте

3509000 3400000

IW-97 1997-98 1998-99 1999- 20О0-01 2001-02 2002-03 2004-05 2006-0? 200 Ü

ГОДЫ

Сопоставление грузопотоков водного и наземного транспорта показано на рис.3 Очевидно, что объём перевозки грузов

водным транспортом

значительно

меньше

Рис.2.Общий грузопоток грузов водного транспорта Союза Мьянма

Перевозка грузов аа ааземвом я вод во ч травсаорте кмаы! трдвсворт

воавыв TpaicaopT

чем наземным

транспортом. Обычно перевозки грузов по автодорогам, тариф больше примерно два раза и длительность перевозки меньше два раза чем водного транспорта. Также тариф железных дорог больше на 15 % и длительность перевозки больше на 10% чем водного транспорта.

Однако, в сезон дождей, автодороги и железные дороги на юге страны, часто оказываются затопленными и перевозки грузов наземным транспортом становятся невозможными. Это делает водный транспорт вполне конкурентоспособным.

Судостроительная промышленность Союза Мьянма обеспечивает

потребность отечественного морского, речного и промыслового флота в транспортных средствах. Верфи размещаются в столице страны,Yangon. Верфи Союза Мьянма могут строить морские, речные и суда смешанного

Рис.3. Грузопотоки перевозки грузов на разных транспортах

плавания дедвейтом до 2000-т в соответствии с правилами международных классификационных обществ.

Во второй главе диссертации рассмотрено обоснование архитектурно-конструктивного типа накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма. Рассмотренный традиционный архитектурно-конструктивный тип грузового судна внутреннего и смешанного плавания обладает, в условиях эксплуатации и постройки в Союзе Мьянма рядом недостатков. Малые глубины фарватеров делают невозможное создание судна большого водоизмещения.

Получить для малого судна удобную конфигурацию трюмов не представляется возможным. Большинство пунктов захода на рассмотренных маршрутах (Уапдоп-Мапс1а1ау) не оборудованы перегрузочной техникой, поэтому необходимы собственные грузовые средства. Однако, учитывая малые размеры предполагаемого судна, из-за условий внутренних водных путей, вес судового крана может существенно уменьшить полезную погрузку. Сложные, лекальные обводы рассмотренных судов увеличивают трудоёмкость их постройки при отсутствии в Союзе Мьянма достаточной оснащённости верфей и квалифицированной рабочей силы.

Проблемы, связанные с неудобной конфигурацией грузовых помещений на малых грузовых судах, можно решить перейдя к архитектурно-конструктивному типу судна - площадки. Задача, связанная с проблемой необорудованности порта - пункта решается, если груз переводится в кузове автомобиля, а судно снабжено грузовой аппарелью. Такое решение повышает скорость погрузо-разгрузочных работ, и в условиях Союза Мьянма, где автотранспорт является основным, реализовать наиболее прогрессивную схему доставки груза" от двери до двери ".

Трудности, связанные с постройкой корпуса, преодолеваются путём перехода к упрощенным обводам. Таким образом, перспективным типом накатно-контейнерного судна для Союза Мьянма будет грузовой теплоход -площадка с аппарелью и упрощенными обводами. Главные размерения судов смешанного плавания определяются исходя из ограничительных условий плавания на речном участке пути (из величины заданной предельной осадки). Предельные размерения судов смешанного плавания (длина и ширина судна) определяются габаритами шлюзов и условия судоходных путей Союза Мьянма. С учётом ограничений главных размерений и грузоподъёмности судов смешанного плавания, для Союза Мьянма дальнейшее увеличение грузоподъёмности и повышение экономичности судов, возможно только при создании составных судов, состоящих из двух или более разъединяющихся секций, каждую из которых можно поочередно проводить через каналы. Однако составные суда сложны в производстве, и не всегда могут проходить по извилистым речным фарватерам Союза Мьянма.

В качестве судна прототипа по нагрузке, конструкции и общему расположению выбран десантный корабль ВМС Союза Мьянма, имеющий следующие характеристики, которые приведёны в таблице 2.

Таблица. 2

N0 Наименование характеристики замечание

1 Водоизмещение, тонн 633 полное

2 Габаритная длина, м 56 -

3 Перпендикулярная длина, м 51 -

4 Ширина, м 12.3 -

5 Осадка, м 1.65 -

6 Высота борта, м 3.3 -

7 Коэффициент общей полноты 0.59 -

8 Численность экипажа, чел 24 -

9 Автономность, сут 3 -

10 Дальность плавания, миль 500 -

11 Скорость, уз 12 -

12 Мощность ЭУ, л.с 1800 Двухвальная

Десантные баржи широко применялись на Тихом океане во время II - ой мировой войны и доказали надёжность эксплуатации в условиях тропиков и возможность массового строительства на слабооборудованных верфях. Выбранный архитектурно-конструктивный тип судна смешанного плавания показан на рис.4.

ш

4111,11 чи ¿хер

и

Боковом »ид

-Ш-. □

сэ--

3

-еН

"о

ЙЙСХ.

т ГЗ " —-

ш }

в I о

с ---

Рис.4. Общее расположение проектируемого судна

В третьей главе диссертации рассмотрена методика построения математической модели накатно-контейнерного судна смешанного плавания с учётом результатов системного исследования, выполненного в предыдущих главах. Математическая модель проектируемого судна фактически состоит из двух частей. Первая часть модели предназначена для поиска допустимого решения на основе решения уравнения нагрузки в функции водоизмещения. Затем, по соотношениям прототипа устанавливаются значения главных размерений в нулевом приближении.

Вторая часть математической модели перспективного типа накатно-контейнерного судна смешанного плавания имеет детализацию на уровне технического предложения - эскизного проекта.

Потребная мощность энергетической установки определяется методом учёта отдельных видов сопротивления воды движению судна. Коэффициент сопротивления трения определяется по формуле Шенхерра.

Коэффициент остаточного сопротивления определяется с помощью аппроксимированного коэффициента остаточного сопротивления прототипа.

Ю3=65.24(Рг)2-24.664(Рг) + 4.7515 (1)

Определение коэффициента остаточного сопротивления проектируемого судна выполняется по графикам поправочных коэффициентов И.В.Гирса.

Для распространения полученных результатов на суда с большой отношением ширины к осадке (В/Т £ 3.75) при построении графиков дополнительно использованы материалы испытаний, проведённых С.П.Мурагиным на серий моделей с отношением ВЯ, изменяющимся в широких пределах (от 2.25 до 18). Для расчёта поправочных коэффициентов по варианту проектируемого судна нулевого приближения автором получены формулы:

Коэффициент влияния X/ = f(llFr)\ где /-относительная длина судна;

X, = -1.1364(Рг)2 + 5.5023(Рг) + 0.3377 (2)

Коэффициент влияния ХВ/т = 1 (В/Т, Рг); где ВЯ - отношение ширины к осадке судна;

Хвя= 0.6875(Рг)2 - 0.273(Рг) + 1.1669 (3)

Коэффициент влияния Х¥ = /"(ср.Рг); где ср - б/р, б - коэффициент общей полноты, р - коэффициент полноты мидель-шпангоута;

Х^ «1; (ф судна прототипа - 0.65) (4)

Учитываются надбавки на выступающие части и шероховатости. Площадь смоченной поверхности рассматривается по формуле С.П .Мурагина. Дисковое отношение и коэффициент полезного действия винта вычисляются по аппроксимированным диаграммам 4-х лопастных винтов серии ЦНИИ им. академика А.Н.Крылова. При расчёте пропульсивного коэффициента, диаметра гребного винта и коэффициента попутного потока Ф при известных значениях \/(м3), б и Р (м) используется формула Э.Э. Папмеля.

Результаты расчёта кривой мощности прототипа по методике, применяемой в модели, показаны на рис.5. Ошибка позволяет в безопасную сторону, что гарантировано получить требуемые ходовые характеристики при реализации проекта.

По результатам расчёта требуемой мощности, двигатель выбирается по реальному каталогу.

Особое внимание в диссертационной работ уделялось расчёту весо вой нагрузки. Наиболь шим по весу является раздел "Металлический Корпус".

Оптимизация основных элементов проектируемого судна смешанного плавания предполагает определение нагрузки судна при существенной вариации главных размерений. При таких условиях простой пересчёт по прототипу может приводить к большим ошибкам.

В диссертационном исследовании был выбран путь расчёта массы металлического корпуса, набранного по Правилам Российского морского регистра судоходства, на основании геометрических размеров конструктивных элементов корпуса. Совокупность формул, определяющих геометрические особенности корпуса и выбранного архитектурно-конструктивного типа, образуют " модуль " формулы для расчёта массы. В диссертационной работе конструктивные элементы корпуса судна разделяют на 6 условных подгрупп;

1.Обшивка корпуса,

2.Продольные элементы конструкции корпуса,

3. Переборки,

4.Рамные связи конструкции корпуса,

5.Вертикальные связи (пиллерсы) и

б.Остальные элементы конструкции корпуса судна.

В обшивку корпуса включают обшивку бортов, днища, палубы и настила танков. Продольные элементы корпуса состоят из продольных балок основного набора корпуса и танков. Переборки - это обшивка переборок и стойки переборок. Рамные связи состоят из таких элементов конструкции как рамные шпангоуты, бимсы и флоры. В последней шестой подгруппе выключены надстройка, носовая аппарель судна, фальшборт и фундаменты главных двигателей и механизмов.

Для всех конструктивных элементов корпуса судна, рассчитывают требуемые толщины и момент сопротивления в соответствии с Правилами РМРС. Для определения необходимых геометрических размеров конструктивных элементов в данной диссертационной работе определяются основные нагрузки, действующие на корпусные конструкции.

Рассматриваются следующие классы таких воздействий: 1. Обусловленные взаимодействием судна с водной средой;

1600.0 1600.0 1400.0 1200.0 ■

расчётный >

У/

св ^ 8000 К у* уОактичесш

^ у

400.0 < 200.0 <

—•

0.12 0.13 Й.МО.Г5 0.Ю 0.17 0.»в 019 020 С21 022 023 02* 025 028 027 ОН 029 0.30 0.31 С.32 0.33 0Л Гг

Рис.б.Кривые требуемой мощности ЭУ

2. Обусловленные воздействием груза;

3. Обусловленные воздействием балластных цистерн

Конструктивная схема проектируемого судна, принята в соответствии с

использованием конструктивной схемой судна - прототипа. Общая структура формул для определения массы отдельных элементов;

Р, = р и) , т (5)

где р - плотность стали (т/м3), //- площадь поперечного сечения элемента (см2), 1., - протяжённость элемента (м), определяемая по принятой конструктивной схеме судна и зависимая от варьируемых главных размерений.

Для получения связи между нагрузками, действующими на корпус судна и площадями поперечного сечения основных балок набора, были проведены численные эксперименты, позволившие получить ряд эмпирических формул. Графики соотношений требуемого момента сопротивления \Л/тр и для балок основного набора днища, борта, палубы и танков для отдельных районов судна (0.1 1_нос, 0.2-0.3Цос,0.41-нвд,0.2-О.ЗЦормаИ О.Икорма), показаны на рис.6. В дальнейшем эти графики используются для определения значений с соответствующими \Л/тр для каждой части корпуса.

Были получены графики соотношений \Л/тр и Рбалки для днищевых стрингеров при разделении части судна (0.1-0.3 1Н<Х), (0.4 Цид) и (0.1-0.3 1-корма)- Также построены для всех конструктивных элементов математические модели. Подобные зависимости между площадями и моментами сопротивления были получены для палубных стрингеров, вертикального киля, стоек переборок, рамных элементов конструкции и пиллерсов.

Рис.6. Графики соотношения WTp (см3) и fc(cwi2) продольных основных балок

Части элементов конструкции корпуса, которые не зависят от варьируемых главных размерений, определялись по прототипу: Надстройка

Рнад = (9над) * ( /над * Ьнад * |"1над ) (6)

где - (днад) - измеритель массы надстройки по прототипу;(/над ,Ьнад , h^) -длина, ширина, высота надстройки, м. Носовая аппарель

Pan =(дап)*(/ап*Ьап) (7)

где (gan) - измеритель массы носовой аппарели по прототипу , (/ап ,Ьап) -длина .ширина носовой аппарели, м; /ап = 0.13 Lpp, Ьап = 0.57 В; Фальшборт

Рфал = (9фал) * D (8)

где (Эфэл) - измеритель массы фальшборта по прототипу;0-водоизмещение, т Фундаменты ЭУ и механизмов

РФУн= (дФун) * D (9)

где-(дфун)- измеритель массы фундаментов по прототипу; D -водоизмещение судна.

После всех расчётов весов конструктивных элементов корпуса судна по правилам РМРС, была построена математическая модель для определения массы металлического корпуса судна.

Математические модели отдельных подгрупп конструктивных элементов корпуса судна; Обшивка корпуса судна;

Рно: = a LppB (0.099+0.001 Lpp) + LppH (0.08323+0.0006Lpp) +

+ (ЗВН * (0.0106+0.00008Lpp) (10)

где а - коэффициента полноты ватерлинии, коэффициента полноты мидель-шпангоута, Lpp - расчётная длина судна, м, В - ширина судна, м, Н -высота борта судна, м Продольные элементы конструкции;

Рпро: = 0.539 Lpp (11)

Переборки;

Рпере: = Н [ (0.555) + (В В (0.266) ] (12)

Рамные элементы конструкции;

Ррам: = 1.144В+0.783Н (13)

Пиллерсы;

Ртлп: = 0.095 Н (14)

На втором этапе полученные математические модели для определения веса были откорректированы по прототипу с помощью поправных коэффициентов, которые рассчитают отношениями

*-(Р фактический прототипа /Р расчётный прототипа) i i( ¡ — 1i-m5 ). 1. Кн0. — 1.063 , 2. Кпро. —

= 1.086 , 3. Knepe: = 1.082 ,4. кр£ш:= 1.081, и 5.кПилЛ:= 0.957.

Предложенная методика расчёта массы корпусных конструкций с использованием геометрических размеров элементов корпуса и построением упрощённой конструктивной схемы может считаться достаточно универсальной. Она может быть использована для оптимизационных расчётов, когда имеется информация только по одному судну-прототипу.

Вместимость рассчитывается в зависимости от главных размерений проектируемого судна (L, В, Н, Т). Длина судна между перпендикулярами определяется формулой,

Lpp = LaxrepnuK + LHaflCTpoüKa+ l-Зазоры + (Грузовик N грузовик) (15)

где L ахтерпик и L надстройка определяются по схеме общего расположения проектируемого судна. Цазоры включают зазоры между грузовиками и

зазоры между грузовиками и конструкциями корпуса судна по длине судна, N ^"грузовик - число грузовиков, размещаемых по длине судна.

Минимальная ширина с^дна определяется следующим соотношениям:

В-Взазоры+ (^грузовик N грузовик) ("16)

где Взаэоры включают зазоры между грузовиками и зазоры между грузовиками и конструкциями корпуса судна по ширине судна, Мвгруз0ВИК -число грузовиков, размещаемых по ширине судна. Минимальная высота борта судна предполаг-ается постоянной исходя из прорисовки и обеспечения необходимых условий обитаемости Н = 2.75 м и минимальной осадки, не превышающей Т = 1.5 м в соответствии с ограничениями района плавания.

Центр тяжести проектируемого судна определяется пересчётом с принятой схемы общего расположения. Абсцисса центра тяжести зависящих масс от водоизмещения определёна по формуле вида;

Х|=д*1-рр (17)

где - д| - измеритель абсциссы центра тяжести массы соответствующего раздела нагрузки, 1.рр - длина перпендикулярная судна. Аппликата центра тяжести зависящих масс от водоизмещения определёна по формуле вида:

ггдГН (18)

где - д, - измеритель аппликаты центра тяжести массы соответствующего раздела нагрузки, Н - высота борта судна.

Абсцисса и аппликата центра тяжести не зависящих масс Рн 3 от О также определяются по схеме общего расположения.

Требование к остойчивости проектируемого судна смешанного плавания учитывается путём нормирования относительной поперечной метацентрической высоты. Уравнение начальной метацентрической высоты определяется;

Ь|=р + гс- г9; (19)

где р - поперечный метацентрический радиус, который определяется по формуле А.П.Фан-дер-Флита, гс - аппликата центра величины от киля, определяемая по формуле Л Эйлера; гд - аппликата центра тяжести в полном грузу от киля, которая определяется в модуле нагрузки.

Требование к непотопляемости, для принятого архитектурно-конструктивного типа судно-площадки, целесообразно учитывается через нормирование запаса плавучести.

Минимальная высота надводного борта, определяется как;

Ррег= 17.558 1_рр — 488.45, мм (20)

где Ррег - минимальный базисный надводный борт по правилам Российского Морского Регистра судоходства для судов типа В ограниченных плавания I, II, II СП и III СП, 1рр - расчётная длина судна, м.

Угол дифферента (град) определяется по формуле:

Ф= М^Ьи (21)

1=13

где - Мг - момент составляющих масс судна, м - ^ /> *х - полное

/=01

водоизмещение судна, хд| - центр тяжести абсциссы, соответствующий к

разделам нагрузки судна, который рассчитывается от кормового перпендикуляра судна, Нм - продольная метацентрическая высота, Нм=кр.*(а2/5)*(1.2/12Т), кК - 1; Предполагается максимальный допустимый угол дифферента ф 2 1.5 град на корму.

Экономические расчёты в математической модели проектирования судна смешанного плавания для Союза Мьянма включают в себя расчёты строительной стоимости и эксплуатационных расходов.

Поскольку получение достоверных данных по стоимостям затруднено, а целью экономических расчётов является получение сопоставительных оценок, то в диссертационном исследовании использован следующий приём. Удельная стоимость разделов конструктивной разбивки задаётся. Цена одного из самых дорогих элементов судна - главного двигателя, определяется по зарубежным данным.

Строительная стоимость состоит из следующих разделов стоимости: металлический корпус, судовые устройства, судовые системы, энергетическая установка, электроэнергетическая система, внутрисудовые связь и управление и вооружение, запасные части, снабжение и общие производственные работы.

Стоимость энергетической установки (ЗУ) определяется через стоимость главных двигателей, редуктора, генератора, дистанционного управления, контроля и остальных. Поэтому предполагается Сэу= 1.818*СГД.

Строительная стоимость судна по формуле;

где Сс- строительная стоимость судна (тыс.руб), Сэу-стоимость ЭУ; Сгд -стоимость главного двигателя, с, - удельная стоимость (тыс.руб/т) материалов, полуфабрикатов, покупных изделий и оборудования ¡-го разделов составляющих масс судна, Р| - масса составляющих разделов судна (т).

Эксплуатационные расходы состоят из себестоимости содержания судна в эксплуатации на ходу (Эсх) и себестоимости содержания судна в эксплуатации на стоянках (Эст)- Расчёты годовых эксплуатационных расходов проводятся по формулам;

где Эс - стоимость судна в эксплуатации (руб/судо-сутки); Э1 - заработная плата экипажам судна, отчисления на социальное страхование стоимость рациона бесплатного питания (руб/судо-сутки); Э2 - амортизационные отчисления, расходы на судоремонт, расходы на материалы и замену быстро изнашивающегося инвентаря и часть прочих прямых расходов(руб/судо-сутки); Э3 - расходы на топливо и смазку. Расходы на топливо и смазку включают таким образом: Эзх - расходы в ходу , Э3ст -расходы на стоянках.

ЭУ

(22)

Эс = Эсх+Эст Эсх=Э1+Э2+Эзх

Эст= Э1+Э2+Э3СТ

(23)

(24)

(25)

Годовой доход рассчитывается как:

Д=0%*к (26)

где к - тариф на перевозку 1 тонны груза на 1 милю (руб/т.миль), <Э -годовая провозоспособность(т); 1_гр - протяжённость линии судна в год (миль).

Показатель приведённых затрат (руб/т.миль) определяется следующим:

3С=ЭС + Е(Свд+Оов) (27)

где Е - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; Эс- эксплуатационные расходы (руб/т.миль); С^д - удельные капиталовложения, отнесённые на перевозки (руб/т.миль); 0об - удельные оборотные средства, заключённые в грузовой массе (руб/т.миль).

В четвертой главе рассмотрен алгоритм оптимизации и программное обеспечение предэскизного автоматизированного проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма. Применение математического моделирования с использованием соответствующих формул сводит задачу проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания к экстремальной задаче математического программирования. Задача синтеза проектирования накатно-контейнерного.судна смешанного плавания:

С (с,.......ср); X (х,.......х„): (Х|) Пип * XI£ (Х|)тах, \ = 1......,п;

^(Х,С)>У,, ¡ = 1.......т; ех1г 2(Х,С).

С (с^.....,ср) - вектор технического задания или вектор параметров

задания; X .........,хп) - вектор оптимизируемых переменных системы или

вектор искомых характеристик судна; хт|п - минимальные и хтах -максимальные допускаемые величины оптимизируемых переменных; С] -функциональное ограничение; ^ - заданное требование проектируемого судна к данному ] - качеству; Ъ - критерий эффективности (функция цели).

Описанный общий подход реализован в построении математической модели накатно-контейнерного судна смешанного плавания. В качестве критерия эффективности определяется минимум годовых приведённых затрат проектируемого судна.

Компонентами вектора С приняты: с-1 =Т-требуемая допустимая осадка, (м); с2 =ф*-требуемый максимальный допустимый угол дифферент(град); с3 =И*-требуемая минимальная относительная поперечная метацентрическая высота (м); с4 = V максимальная скорость судна (уз), с5 = А - автономность по провизии(сут), с6 = И - дальность плавания(миль), с7 = Ыэк - число экипажа(чел), с8 = Рг-грузоподъёмность(тон), с9 =д| - измерители масс нагрузки, Сю = Мг -количество грузовика (единица), Сц = 1Г - длина грузовика(м), с12 = Вг -ширина грузовика(м).

Компонентами вектора X приняты: х, = I - расчетная длина судна, (м); х2 = В - ширина судна, (м); х3 = Т -осадка судна, (м); х« = Н - высота борта судна.

Диапазон оптимизируемых переменных:

Um S L < Lmax i Вт,п ^ В < Втах I Tmin < Т й Tmax; Hmjn ¿HS Нтах. Д - ± 15% допустимого варианта проектируемого судна. К функциональным ограничениям относятся:

1. Требование достаточности полезной выражает отношение:

D-IPi* РГр (28)

2. Требование достаточной вместимости, основанное на достаточности площади главной палубы судна, LPP*B - (Анад +Аахр) > АфУЗ (29)

3. Требование помещений экипажа, выражаемое в минимально допустимой высоте борта: Н > Hmin, (30)

4. Требование минимальной осадки судна по условиям эксплуатации:

Т£Тмах, (31)

5. Требование остойчивости, являющееся неравенством в нормировании нижнего предела относительной поперечной метацентрической высоты судна: IY £ h'min (32)

6. Требование необходимого запаса плавучести, описываемое через нормирование высоты надводного борта по правилам РМРС:

Н-Т > Fper (33)

7. Требование удифферентовки через угол дифферента:

ф ^ ф max, (34)

Критерий эффективности (функция цели):

3 = Э + Е(СсуД+0об) min (35)

Принятый алгоритм оптимизации является комбинацией двух алгоритмов оптимизации: случайного поиска и Хука - Дживса. Комбинация этих двух алгоритмов оптимизации позволяет значительно повысить эффективность поиска оптимума. Модули математической модели и блок схема оптимизации показаны на рис.7.

Программно - методический комплекс проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания выполнены с использованием системы Delphi. В данном программном комплексе оптимизации включают из пяти модулей;

1. Модуль глобальных объявлений

2. Модуль технических исходных данных проекта

3. Модуль математической модели и оптимизации

4. Модуль визуализации результатов оптимизации

5. Модуль управления программно - комплекса.

Модуль исходных данных показан на рис.8 модуль визуализации результатов оптимизации показан на рис 9.

В пятой главе анализируется адекватность математической модели. Мерой адекватности в основном является точность, характеризующая сходство между информацией, получаемой от математической модели и от реальной системы.

В теории проектировании расчётные погрешности связаны с назначением проектных запасов. Точность решения задачи не может превышать предельно допустимую погрешность по требованиям

адекватности. Определение достаточной адекватности модели - это

исследование устойчивости решения оптимизационной задачи при изменении правых частей ограничений и чувствительности решения при изменении параметров исходных данных.

Рис.7.Модули математической модели и блок схема алгоритма оптимизации

Входные Данные Про«юа

Технические Заданные Проекта Характеристики базового варианта су

Дальность плавания, миль ¡500 Обазо..т ¡3T S.9 N.kBT ¡662

Скорость сццна, уз H Lpp.M ¡<019 П рэпу. Km: ¡046

Автономность, сутки |з 8.м J9.S33 Коэ.Вало ¡Q97

Количество з кипажа. чел 1« Т, м |I233 Коо.редку ¡037

Количество грузовиков 1« H.м |Z75 njipml ¡1600

Средняя масса грузовиков, т DdU |0.5Э7 Ban p—

Количество грузовиков m аплл сдана Alpha JO8EO ReO p—

Количество грузовиков по ширина судна Set. |0.Э22 kpio [0.09

Длина грузовисов, м [12.5 Dd/Bet |C.64B e' |aû65

Шьфина грузовиков. м 1« Lnaft-м |«.Б? m'

B.wftM ¡,0 ' kte [il

Задаваемые условия требований Н.май. M ло.коз:{гс] ¡102

[1.5 Vnat.M3 ¡181.42 no кс9.[мр) h

Максимальная допусп*1вя осадка, м

Миниг-донм допустимая относительная Метай: высота

Максимальный допустиьый угол дифферента. град

Input Data

]0 009

Измерители по разделам нагрузки

F5"

g над JO. 074

g anrp ¡0.238 g.N ¡0 027

g»6p ¡aci длз ¡0.15

0«ун ¡0.015 С. зал ¡001

Sï |aoo7 g бал ¡0003

дсис jaos д.зеод ¡0.008

денб ¡aai2 д.жиа ¡0.037

jales

Р-

{2

[ЙЮ ¡140

[2700 ~ 112000

Экономические данные

Ьксп/у.сат (и [маневры], сут 1стн [вране стоянок], сут Мп.Ме [ее/кг норм), грузовик/час Дальность плавания, миль Стоимость Г. Д[$/кВт] Мэп.руб/месц Стоимость топлива, руб/г Стоимость смазочная масла, руб^г [2СС00 амортизация. X (В6~"

расход масла, г/л. с час р

Срок окупаемость. год [д

Гдаовой тариф, руб/т >*ить [^д

Стоимость нагрзаш $м1 тонн

Валютные каре (р<ДО] |34

Метая лический корпус 1$ ] ¡2000

С1|йсеыв устройства! $] [5750

Сдоеые ост»»! | % ] [8750

Электроэнергетическая система( $ ] ¡20000 Запасов чвстм [$ ] ¡2210

Снабжения | $ 1 [3034

Работы! Л ¡300

Рис.8. Модуль технических исходных данных проекта

Результаты

Глав»«« размерена Судо Д»*е.и ¡37.847

Ширин«. M [8.320

Осаока.м [1497

Высота борта, м [2.750

Характеристжи Суома

Frv (0 320

Дл»*1« отио:.м ¡5737

ОбъЬм. мЭ ¡267.059

ив ¡4.543

В Я ¡5.558

H Л ¡1.837

Вшоизмешение Сувна

D полное. tow ¡294.235

D порожнем. тог*« ¡156170

Дмаейт. тонн ¡138 065

Pjum .тоин ¡234 235

Количества груз: И

U.T саанаотКЛ. м ¡17.869

U т суона от ОП, м ¡3304

Нагрузка

Масса наружной обшивка, т Масс* прщоль»** балок, т Масса перекрытий перебсрок.1 Масса ра1*ъе< баксов, г Масс« Пиллерсов;, т Масса Надстроек д Масса аппаре/х.т Масса ФуввменгЗУ.т Масса Фа>ъшворта. т Масса М-Кор: с Надстройкой,! Масс« суаоеьи устройств.! M acci суаоеых систем, т МассаЭУ. т Маесазлектро-ЭС .т Масса затаены* частей ,т Масса балласта. т Масса запаса шюиэмеще»*. Масс постояюъм жиаких гру: j M веса спобжепия. имущества, i Масса провизию ки-.лите-еодьи Масса тсплеа.т Масс« перевозимого груза, т F1

[51.42 ¡22.15 "

¡U62 [Сй

[Шз~

[12150 [2Ö6

[Э5Г-¡1203

[Ш—

[ай— [ё!ю

¡538 [124.00

рГ"

Ходкость Й.кг

Пропульс: КооФФ Ne. к&т [ требуемая ) Db.M 2 blade

Диск-OTHOumie .1 Диск.сгьоше»*«б .2

¡3647.450 ¡0524

[Ö46

[¡ГэГ"

Вместимость Плоишь Г.П. м2 Площадь грут .«2/груз: [32,50 Площадь Сумм груз: >«2)20020 " Абсцисса U Т груз:» [20.48 Аггялата ЦТ груэг л F2

Ммемальная Осаака Мик Осадке.)

¡24552

[578~ ¡4532~

F3

р.5

[¡кЕГ

(095Г

¡4.774

Остойчивость АтматаЦВ .1 Поле«* М-раоиус, м П опере-с M-высота. м ¡2.371 Мик Отн:М-еысота jû.OOS Фак-ОкМ-высота (0 265 Пермоа.сек F5

|аэ45

¡0276

Высота Борга

Ми-с высоте борта. м ¡2.75

Haaaccttort Берт

Н-Т par, м jO-18

Н-Т факт, м ¡Ts-

F6 ЩГ

УааиФераитоекв

Пред М-ршмк .м [9678

Ma* угелдиф«: .трав ¡15

F7

ГГ319

Стом остр запас; част .$[6503.00 -

Стоимость стра.тъс.руб ¡2.34E04

Эко-Эксляу: Лам««

Скорость суще, уз [й00

ВремяЭкеллуа.еуг ¡5.27 Бремя к

[э!ве

ВремяегиотТру.сут [Q25

Число рейса Лгш| ¡63.00

Проеоооспотеб..тЛч» 17312.00 Затраты Э келлуатацио»*» Сток а «йу.рубЛ.мияь [1.90

Строительная Стоимость Стоимость M*opnyca, S ¡241Е05 Сто**остьЗУ.$ ¡1.14EQ5

Сток на стн.руб/г>»»г» jO.CÖ

Удеякапита: перевозки ¡3.&4 руб/r. ми/ь

Экономический показатель

Зко Показ рубАммгь ¡234

Стоимость с*: ycrpa.t ¡V184ÉÛ4

Стоимость суд: осте". S ¡3.0S7E04

Заграгы.тыс.ря^год]1.824Е04

floxoa. тыс.руб/гоо |2187Е04

Стоимость элекгрскЭС:.$|1.227ED5

Стоииосгъ екаб. тч„ $ [1.071Е04

Стоимость работы. $ [1.406ÉÛ5

Затраты Строительные Стоимость строитель:, i Г

Прибыльные, руб/гш ¡363200 Прибыль, тыс. ¡106.80

Срок окупаемости

ср0С<жу1-гав (ёло

Рис.9. Модуль визуализации результатов оптимизации

Это исследование зависимости критерия эффективности от компонентов вектора оптимизируемых переменных X. На основании решения оптимизационной задачи Хор( в рамках требуемого технического задания определяются отклонения ДА; между фактическими и предельными оценками .¡-ого свойств системы. По полученным значениям и заданному А1 с учётом заданных проектных запасов по ограничениям и критерию ДчА^ и Д^ определяются предельно допустимые ошибки ДХ для вектора параметров системы.

Для определённости будем считать, что все функции ограничении оптимизационной задачи непрерывные и дифференцируемые. Выполним линейную аппроксимацию функций ограничений в соответствии с рис.10. Рассматривается упрощённая система ограничений для построенной модели. Она стоит из условий обеспечения полезной нагрузки, вместимости и обеспечения остойчивости. Данная система неравенств

записывается в следующем виде;

(1-А1)-1_ВТбукв- Аг^ВТбук,,) - А3 > Рг (36)

А^В - (А51В+ Ае) > А71В (37)

АзТ/В + АЭВ/Т - А10/В > IV (38)

где А-1 А10 - числовые коэффициенты, I - длина судна, В - ширина судна,Т - осадка, б - коэффициент общей полноты, у - плотность воды, Кц - коэффициент учёта выступающих частей, Ь' - заданный нижний предел относительной метацентрической высоты.

Точке оптимума при решении полномасштабной задачи оптимизации соответствует судно с главными размерениями (компонентами вектора оптимизируемых переменных).

I = 37.85 м, В = 8.32 м, Т = 1.497 м и Н = 2.75 м. Условие по полезной грузоподъёмности выполняется в виде строго равенства. Тогда, система линейных уравнений, полученная аппроксимацией системы (36)...(38) в точке оптимального решения, и предназначенная для оценки возможных предельных отклонений от

3.08 Д1. + 16.74 ДВ+ 103.79 ДТ = 0 (39)

7.787 Д1_ + 42.314 ДВ = 45.32 (40)

-0.4 ДТ +0.108 ДВ = 0.276 (41)

Рис.10. Схема линейной аппроксимации ограничения оптимизационной задачи

оптимума будет иметь вид;

Решение системы даст следующий результат по допустимым отклонениям, не приводящим к нарушению функциональных ограничений математической модели.

Д1_ = - 4.58 м, ДВ = 1.916 м и ДТ = -0.173 м.

Запас водоизмещения, принятой в математической модели судна смешанного плавания для Союза Мьянма составляет 1% от полного водоизмещения. Требуемая погрешность в определении водоизмещения этой стадии проектирования примерно - 4.5% .

Предположим, что все оптимизируемые переменные могут иметь равную погрешность. Это означает, что 1_, В, Т имеют погрешность 1.5%, поскольку относительная погрешность произведения равна сумме относительных погрешностей сомножителей. Тогда допускаемые величины отклонений от вычисленных оптимальных значений, по требованиям адекватности будут равны:

1^1-1 = 0.57 м, |Д,В| = 0.125 м и | Д,Т| = 0.022 м.

Устойчивость даёт возможность учесть допустимые отклонения от оптимальных значений на последующей стадии проектирования. С помощью линейных оценок функции Э] в точке оптимума, определяются предельные приращения оптимизируемых переменных, не проводящих к нарушению ограничения модели при данных технического задания. Таким образом, возможные погрешности при определении главных размерений не превосходят погрешностей, приводящих к нарушению функциональных ограничений, и результаты могут быть использованы на последующих стадиях проектирования. В этом смысле построенная математическая модель проектирования судна смешанного плавания для Союза Мьянма является адекватной. Вывод об адекватности сделан в предложении о нулевой погрешности, связанной с варьированием оптимизируемых переменных.

При изменении исходных данных получаются разные оптимальные варианты проектируемого судна. Анализ полученных вариантов дает возможность выбора варианта, который решает задачу проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма.

В диссертационной работе исследуется поведение математической модели проектируемого судна при варьировании данными технического задания. Изменение критерия эффективности при различных технических заданиях, скоростях, дальностях плавания судна, ценах металлического корпуса судна, запаса топлива и различной вместимости судна показано на рис 11. Окончательный перспективный вариант накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма приведён в таблице 3.

Скорость судна и Критерии

7

/

/

20500 /

20000 /

19500 4

13000 /

18500 /

X

17500

17000

16500 <

в 9 10 11 12 13 14 15

Цена мет».корпуса к Критерий

Дельность плав анид и Критерий

Л

? У

у

й у

[ у

15000 3

50 500 700 800 1100 Дальаость |лаиш(м|.п)

Количество грузовиков и Критерий

23000 *

[

/

/

| 21000 /

/

/

/

У

/

♦—1

012345676$ Количество грузовиков

Рис.11. Поведение критерия эффективности математической модели на различных

технических заданиях

Таблице 3

Основные характеристики накатно-контейнерного судна для исследования _адекватности_

N0 Наименование Характеристики судна

1 Водоизмещение судна, т 294.24

2 Длина судна , м 37.85

3 Ширина судна, м 8.32

4 Осадка судна, м 1.497

5 Высота борта судна , м 2.75

6 Коэффициент общей полноты 0.59

7 Максимальная скорость, уз 12

8 Мощность ЭУ, кВт 450

Заключение

В диссертационной работе решена задача, имеющая практическое значение для Союза Мьянма - обоснование накатно-контейнерного судна смешанного плавания, на основе решения оптимизационной задачи. Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Выполнен анализ развития сухогрузных судов, на основе которого произведен выбор архитектурно-конструктивного типа судна, который соответствует всем техническим, эксплуатационным и экономическим требованиям Союза Мьянма для проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания по внутренним водным путям.

2. Доказана конкурентоспособность водного транспорта в условиях инфраструктуры Союза Мьянма.

3. Разработана математическая модель проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания, учитывающая специфику Союза Мьянма.

4. Предложена схема расчёта массы корпуса судна на основе использования Правил РМРС.

5. Создан программно-методический комплекс для обоснования основных элементов накатно-контейнерного судна смешанного плавания.

6. Выполнен анализ адекватности построенной математической модели, доказывающий практическую ценность полученных результатов.

7. Выполнен постоптимизационный анализ математической модели при различных доминирующих исходных данных, доказывающий возможность использования разработанной математической модели в исследовательском проектировании.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

а) в изданиях, рекомендуемых Перечнем ВАК:

1. Проблемы развития грузовых перевозок водным транспортом в Союзе Мьянма (статья), (автор - 100%) II Чжо Лин, журнал «Морской вестник». -СПб.: Июнь 2008. - No.2 (26). с. 23-25.

б) в других изданиях:

2. Математические модели для формирования судостроительной программы Союза Мьянма (статья), (автор 33%)//А.И. Гайкович, Чжо Лин и Чжо Сан, журнал «Морские Интеллектуальные технологии». - СПб.: Декабрь 2008. - No.1 (1). с.11-13.

3. Выбор конкурентоспособного типа грузового судна для Союза Мьянма (тезисы доклада), (автор 50%)// А.И. Гайкович и Чжо Лин, Научно-техническое общество судостроителей им.акад. А.Н.Крылова «доклады секции 1 на Круглом Столе». - СПб.:2008. с. 75 - 78.

4. Математические методы в проектировании водной инфраструктуры Союза Мьянма (тезисы доклада), (автор 33%)// А.И. Гайкович, Чжо Лин и Чжо Сан, «Моринтех» 2008, стр 43, Том 1. - СПб.:2008. с.43-45.

ИЦ СПбГМТУ, Лоцманская, 10 Подписано в печать 17.04.2009. Зак. 3786. Тир. 100. 1,1 печ. л.

Введение.

Глава 1. Проблема развития грузовых перевозок в Союзе Мьянма.

1.1 .Особенности водных путей Союза Мьянма.

1.2.0собенности грузопотоков по водным путям Союза Мьянма.

1.3.Обоснование конкурентоспособности водного транспорта в Союзе

Мьянма.i.

1 АОсобенности ограничения строительной базы Союза Мьянма.

1.5.Анализ сопоставления условий перевозки грузов.

Глава 2. Обоснование типа накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма.

2.1.Существующие типы грузовых судов внутреннего и прибрежного плавания.

2.2.Обоснование типа проектируемого накатно-контейнерного судна смешанного плавания.

Глава 3. Математическая модель проектируемого судна.

3.1.Расчёты допустимого варианта проектируемого судна.

3.2.Математическая модель для оптимизации главных размерений судна.

3.2.1. Расчёты ходкости проектируемого судна.

3.2.2. Выбор диаметра гребного винта.

3.3.Расчёты нагрузки корпуса проектируемого судна по геометрическим размерам конструктивных элементов.

3.3.1 .Расчёты нагрузки в математической модели оптимизации характеристик проектируемого судна смешанного плавания.

3.3.2 .Расчёты весов конструктивных элементов корпуса судна.

3.4.Расчёт вместимости проектируемого судна.

3.5,Ограничение по остойчивости в математической модели проектируемого судна.

3.6.Требование к минимальному надводному борту.

3.7.Удифферентовка.

3.8.Экономические расчеты.

3.9.Блок-схема математической модели проектируемого судна смешанного плавания.

Глава 4.Постановка оптимизационной задачи проектирования судна.

4.1.0боснование методики оптимизации.

4.2.Формирование задачи проектирования как экстремальной при оптимизации.

4.2.1 .Выбор вектора исходных данных.

4.2.2 .Выбор вектора оптимизируемых параметров.

4.2.3 .Система ограничений математической модели проектирования накатно-контейнерного судна.

4.2.4 .Выбор и обоснование критерия эффективности.

4.3.Выбор алгоритма оптимизации при оптимизационной задаче.

Глава 5. Исследование математической модели проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма.

5.1. Программный комплекс для реализации математической модели проектирования накатно-контейнерного судна.

5.2.Постоптимизационный анализ.

5.2.1.Определение коэффициента эластичности.

Союз Мьянма — развивающаяся страна Юго - Восточной Азии, расположенная в западной части полуострова Индокитай. Целью правительства страны является превращение Союза Мьянма в аграрно-индустриальное государство. Союза Мьянма ведёт экспортную и импортную торговлю, в том числе и по морским путям, с разными странами.

Развитие страны, превращение ее в аграрно-индустриальную, требует наличия развитой инфраструктуры. Основой инфраструктуры является эффективная транспортная система. В Союзе Мьянма, в основном, используется для транспортировки грузов наземный транспорт (автомобильный и железнодорожный). Объём перевозок грузов водным транспортом незначителен из-за малоразвитого грузового флота. Во время сезона дождей, (этот сезон длится 4 — 5 месяцев в год), наземный транспорт на большой части территории страны функционировать не может. Поэтому развитие грузового флота речного и прибрежного района плавания является для Союза Мьянма актуальной задачей. В Союзе Мьянма большая протяженность внутренних водных путей: она составляет 12800 км. Наличие речных портов в больших городах, создает предпосылки для развития водного транспорта как основы транспортной сети страны.

Для нашей страны характерна большая протяженность морского побережья, на котором расположены порты и главная река Ayeyarwady связывающая столицу с северной частью страны. В настоящее время перевозки осуществляются морскими судами, а по реке Ayeyarwady -речными. Возникает необходимость в перевалке грузов при переходе из реки в море, что приводит к большой затрате времени и средств. В этих условиях весьма перспективной представляется такая рационализация транспортных связей, которая позволила бы устранить или резко сократить перевалку перевозимых грузов речным флотом.

Главными направлениями перевозок грузов водным транспортом является центральный район (линия, Yangon — Mandalay) и нижний район линия, Yangon - южные города). Последний маршрут проходит по Адаманскому морю. Максимальная протяжённость этих линий примерно 493 миль. Следовательно, для обеспечения судоходства, целесообразно использование грузовых судов смешанного плавания.

Главное ограничение при проектировании таких судов - это недостаточная глубина главной реки Ayeyarwady, особенно в период засухи (примерно с 15 ноября до 15 мая). В течение сезона засухи допустимая осадка по маршруту Yangon - Mandalay не превышает 1.5 м. Прямые перевозки на судах смешанного плавания дают возможность не только уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты, но и разгрузить многие перегруженные устьевые порты, сократить сроки доставки грузов и обеспечить их большую сохранность, что особенно важно при перевозке ценных генеральных грузов. При этом сокращаются сроки доставки, лучше сохраняется груз. Кроме того, использование судов смешанного плавания (река-море) на перевозках по прямому бесперевалочному варианту позволяет избежать простоев на различных технологических операциях транспортного процесса при передаче с одного вида транспорта на другой и снизить нагрузку в напряженные периоды года на железнодорожном и морском транспорте.

В данной диссертационной работе обосновывается тип накатно-контейнерного судна. В качестве прототипа выбрана десантная баржа II - ой мировой войны как простая в технологическом исполнении и доказавшая свою надёжность с точки зрения эксплуатации в тропических условиях на мелководье.

Диссертационная работа содержит решение двух задач. Первая задача -это построение математической модели накатно-контейнерного судна смешанного плавания на базе системного анализа. Вторая задача — это исследование построенной модели и выработка рекомендаций для создания крупной серии накатно-контейнерных судов на верфях Союза Мьянма. Методологически диссертационная работа опирается на результаты, полученные: в части системного анализа - в трудах [5],[12],[13],[14],[15], в части теории проектирования судов - в трудах [1],[7],[9],[11],[23] и в части теории оптимизации судов - в трудах [12],[13],[16],[22],[29].

Десантная баржа, как архитектурно-конструктивный тип судна представляет собой небольшое плоскодонное судно с откидывающееся аппарелью. Техника десанта выгружается собственным ходом. Данная технология разгрузки сокращает время десантирования и не требует использования причалов, оснащенных кранами. Целью диссертационного исследования является анализ и научное обоснование технических решений, обобщение и совершенствование методов проектного обоснования оптимальных элементов (главных размерений) судна указанного типа.

Для решения первой задачи, построения математической модели судна, необходимо установить зависимости эксплуатационных и мореходных качеств судна от его элементов; главных размерений, их соотношений, показателей формы обводов. Для того чтобы наиболее правильно выбрать тип и элементы судна, необходимо установить его общую архитектуру, рассмотреть условия его эксплуатации, проработать схему общего расположения, правильно разместить различного рода устройства, выбрать энергетическую установку. Важное значение в решении указанной задачи имеют экономические расчёты, на основе которых выбирают тот или иной вариант решения.

Проектирование современного судна в соответствии с принципами системного анализа становится невозможным в отрыве от свойств систем более высокого уровня (т.е. с учётом состояния транспортной системы в целом). Поставленная проблема в диссертационной работе решается с использованием методов общепроектного анализа, а также современных методов математического моделирования и оптимизации.

С позиций теории проектирования судна метод моделирования обладает рядом достоинств: применение метода моделирования на этапах замысла и начальных стадиях проектирования судна позволяет заранее определить успешность функционирования судна и исключить ненужные затраты людских и материальных ресурсов на постройку судов с нерациональными характеристиками. Моделирование является чрезвычайно гибким методом, который позволяет воспроизводить любые как реальные, так и гипотетические ситуации. С помощью метода моделирования необходимая информация о судне может быть получена быстро и в большом объёме искусственным путём без дорогостоящих, а иногда и вообще невозможных испытаний.

Математическая модель дает вариант проектного решения, алгоритм оптимизации организует построение такого вариантного ряда, который приводит к оптимальному решению. Таким образом, в диссертационной работе сделана попытка решить актуальную для Союза Мьянма оптимизационную задачу по обоснованию важнейшего элемента её водной инфраструктуры.

В диссертационной работе решена задача, имеюш,ая практическое значение для Союза Мьянма - обоснование накатно-контейнерного судна смешанного плавания, на основе решения оптимизационной задачи.Основные результаты диссертационной работы состоят в следуюш;ем:

1. Выполнен анализ развития сухогрузных судов, на основе которого произведен выбор архитектурно-конструктивного типа судна, который соответствует всем техническим, эксплуатационным и экономическим требованиям Союза Мьянма для проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания по внутренним водным путям.2. Доказана конкурентоспособность водного транспорта в условиях инфраструктуры Союза Мьянма.3. Разработана математическая модель проектирования накатно контейнерного судна смешанного плавания, учитываюпхая специфику Союза Мьянма.4. Предложена схема расчёта массы корпуса судна на основе использования Правил РМРС.

5. Создан программно-методический комплекс для обоснования основных элементов (главных размерений) накатно-контейнерного судна смешанного плавания.6. Выполнен анализ адекватности построенной математической модели, доказываюш;ий практическую ценность полученных результатов.7. Выполнен постоптимизационный анализ математической модели при различных доминирующих исходных данных, доказывающий возможность использования разработанной математической модели в исследовательском проектировании.

1. Гайкович,А.И., Калмук,А.С., Козлов,А.С., Пегашев,Г.Ю., Смирнов,С.А., Фирсов,В.Б. Предэскизное автоматизированное проектирование надводных судов // Судостроение.-2002.- No.5 - с.16-19.

2. Гайкович А. И., Рюмин И. Кусовое и дипломное проектирование с использованием УИ САПР "ФЛОТ". СПбГМТУ, СПб., 2005, 78 с.

3. Гайкович А.И., Чжо Лин. Выбор конкурентоспособного типа грузового судна для Союза Мьянмы, Доклады на " Круглом Столе ", 2008, 4с.

4. Гайкович Б.А., Егорова Е.В., Беркис Д.С. Обоснование компоновочных типов спасательных судов, Сборник докладов междзшародного семинара " Суда Будущего ", 2007, 4с.

5. Захаров И.Г., Теория компромиссных решений при проектировании корабля. Л., Судостроение, 1987. 135 с.

6. Захаров А.И. Проектно-организационные аспекты управления проектированием в судостроительной отрасли, Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, 4 с.

7. Измайлов И.А., Михелёв К.С, Шифман А.Л. Развитие способов проектного исследования на основе моделей системой оптимизации. Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, 4с.

8. Иин Тхун, Обоснование характеристик малого пассажирского судна для Союза Мьянмы, Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007,4 с.

9. Иин Тхун , Методика построения математической модели скоростного пассажирского судна. Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, 4с.

10. Ие Тет Тхун, Проблемы проектирования скоростных судов, Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, Зс.

11. Кутенёв А.А. Сопоставление проектных заданий и оптимизационных исследований по зфовню напряжённости и новизны. Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, 5 с.

12. Кутенёв А.А. Методы определения основных элементов судна при отсутствии надёжного прототипа, 5с.

13. Любимов Е.В. Проектно-экономические аспекты комплексной безопасности судов, Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, Зс.

14. Н.И.Третников, Н.П.Люб5апин,В.А.Бируля,А.Ф.Иконников,1990 , Экономическое обоснование проектных решений:Пособие для конструктора-судостроителя. Справочник.

15. Логачев И., Чугунов В. В. Мировое судостроение: современное состояние и перспективы развития. СПб., Судостроение, 2001. 312 с.

16. Ляховицкий А.Г., Йе Тет Тхун, Пьо Зо Хейн, Особенности проектного обоснования скоростных судов для прибрежных морских районов и внутренних водных путей. Доклады на " Круглом Столе ", 2008, 4с.

17. М. И. Андриевский. Открытые суда внутреннего плавания , Л., Судостроение, 1968. 174 с.

18. М. К. Глозман .Технологичность конструкций корпуса морских судов, Л., Судостроение, 1987. 296 с.

19. Мьинт Кхайн, Тряский В.Н. Методические основы параметрического проектирования судовых конструкций. Доклады на " Круглом Столе ", 2008, 4с.

20. Ногид, Л.М. Проектирование формы судна и построение теоретического чертежа. Л., Судпромгиз, 1962.

21. Нечаев Ю.И., Царев Б.А. , Челпанов И.В., Профессия - Судостроитель , Ленинград судостроение 1987, 141 с

22. Пашин В. М. Оптимизация судов. Л., Судостроение, 1983. 295 с.

23. Пашин В. М., Гайкович А. И. Определение основных элементов судна в начальной стадии проектирования. Л., Изд. ЛКИ, 1984. 73 с.

24. Проняшкин А.А., Сучков А.И., Шифман А.Л. Возможности алгоритмизации архитектзфно-компоновочного проектирования, Сборник докладов международного семинара " Суда Будзш.;его ", 2007, 4 с.

25. Пьо Зо Хейн, Технико-экономические качества скоростных пассажирских катамаранов, Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, 4с.

26. Российский Морской Регистр Судоходства, 2003 г.

27. Рюмин Н. Учёт требований ресурсо- и энергосбережения при проектировании транспортных судов. Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, 5 с.

28. Рюмин Н., Деревянкин Ф.В. Роль масс, составляющих проектную нагрузку, в определении цен и других факторов конкурентоспособности, Доклады на " Круглом Столе ", 2008, Зс.

29. Сучков А.И., Францев М.Э., Юдкина Ю.В., Шифман А.Л. Особенности проектной оценки конкурентоспособности для пассажирских судов, Доклады на " Круглом Столе ", 2008, Зс.

30. Тряскин В. Н. Проектирование конструктивного мидель-шпангоута морских транспортных судов. Д., Изд. ЛКИ, 1986. 102 с.

31. Царев Б.А. - Введение в кораблестроительные специальности, учебное пособие , Ленинград 1982, 101с

32. Царев Б.А. Особенности принятия решений в рамках конкурсного . проектирования. Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, 7с.

33. Царев Б.А. Необходимость доминантного учёта физических и социологических факторов при прогнозировании, Сборник докладов международного семинара " Суда Будзоцего ", 2007, 4 с.

34. Чжо Ньен Сан, Математическая модель функционирования морского комплекса контейнерной системы Союза Мьянмы, Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, 2с.

35. Шагиданов В.И. Проектное обоснование характеристик судов для охраны экономических зон и исследования океана, Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007,4 с.

36. Юдкина Ю.В. Учёт требований обитаемости при проектном обосновании быстроходных катеров. Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, 6с.

37. Юдкина Ю.В. Проектные условия безвибрационности для быстроходных катеров, Сборник докладов международного семинара " Суда Будущего ", 2007, 4 с.

38. Сухогрузные суда смешанного (река-море) плавания, Ю.Б.Воронцов (ОАО 1СБ -Вымпел), Судостроение 4/2005, 4стр.

39. Многоцелевое сухогрузное судно смешанного <река-море> плавания дедвейтом 3300/5470 т с винторулевыми колонками, Г.В.Егоров, докт.техн.наук, В.И.Тонюк(Морское Инженерное Бюро),Судостроение 6/2005, 6 стр.

40. Повышение эффективности проектирования судов на стадиях исследования с использованием САПР, Т.Г.Артюшина, канд.техн. наук, А.И. Гайкович, док.техн.наук (СПбГМТУ), Судостроение 5/2007, 4 стр.

41. Обоснование характеристик скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма, Йин Тхун, Сборник докладов международного семинара «Корабли будущего». - СПб.:2008. с.43-46.

42. Introduction to Naval Architecture, E.C.Tupper, Third edition, 1996г,стр 372.

43. Bamaby K.C. Basic Naval Architecture, London, 1967.

44. Ship Design andConstruction, The Society of Naval Architects and Marine Engineers, New York, NY. 10048, 1980r, стр 419.

45. Pratical Ship Design, David G.M. Watson, 1998r, стр 556.

46. Ship Design for Efficiency and Economy, H. Schneekluth and V. Bertram, second edition 1998r, стр 226.

47. Ship Construction, D. J. Eyres M.Sc, F.R.I.N.A. Formerly Lecturer in Naval Architecture Department of Maritime Studies Plymouth Polytechnic, 2001г,стр366.

48. Principles of Naval Architecture, The Society of Naval Architects and Marine Engineers, Volume 1- second revision, 1988r, стр 316.

49. Design Procedure and Mathematical Models in the Concept Design of Tankers and Bulk Cairiers, Predrag CUDINA, Domovinskog rata 30, 21210 Solin, 2008-стр17.

50. A Practical Approach for Ship Construction Cost Estimating, Jonathan M. Ross, Proteus Engineering, Anteon Corporation, U.S.A, 13 стр.

51. Multiple-Objective Optimization in Naval Ship Design, Dr. Alan Brown and Juan Salcedo, Naval Engineers Journal, Vol. 115, No. 4, 2003, pp. 49-61.

52. Ship Design Optimization Using ASSET, Swaroop. N.Neti, Virginia Polytechnic Institute and State University, 2005 стр 97.

53. An Investigation into Resistance Characteristics of Rectangular Barges, S Das, О P Sha, S С Misra, Department of Ocean Engineering and Naval Architecture, Indian Institute of Technology, bCharagpur 721302,2004,5 стр.

54. The Royal Institution of Naval Architects, Warship Technology March 2007

55. The Royal Institution of Naval Architects, Warship Technology October 2008

56. The Royal Institution of Naval Architects, Warship Technology July/August 2008

57. Incremental Cost Estimates for Marine Diesel Engine Technology Improvements, Engine Programs and Compliance Division Office of Mobile Sources,U.S.Environmental Protection Agency, 1998r, 48c.

58. Singiresu S. RAO, ENGINEERING OPTIMIZATION, United States of America, 1996r.

59. Trends in the Design Manufacture of Transportation Barges for Inland Water Ways, Cmde Retd N Kumar and S R Suresh, IE(I) Journal - MR, Vol

60. General approach in the preliminary design of advanced marine vehicles. Associate Professor Mustafa INSEL, Faculty of Naval Architecture and Ocean Engineering Istanbul Technical University Maslak, 80626 Istanbul, TURKEY.

61. European Maritime Clusters, Open Innovation and European Research Policy, Profdr.ir. Niko Wijnolst, Chairman Dutch Maritime Network, ECMAR Conference Amsterdam, 31 May 2007.

62. R.Munro-Smith, Ships and Naval Architecture 1981 r, 326 с

63. Bare Beach Logistics Over-The-Shore, An Outdated Concept ? Graduate Research paper, Christopher J. Pehrson, Major, USAF, AF Institute Of Technology, June 2000, стр 73.