Математическое и алгоритмическое обеспечение оптимального управления каботажными перевозками в транспортно-технологических комплексах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Гайнуллин, Алексей Сергеевич

• Гайнуллин, Алексей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гайнуллин, Алексей Сергеевич

Введение

1. Постановка задачи исследования оптимального управления каботажными перевозками в транспортно-технологических комплексах

1.1 Автоматизированные транспортно-технологические комплексы

1.2 Формализация процессов обработки каботажных грузов на основе марковских систем массового обслуживания

2. Математическое и алгоритмическое обеспечение оптимального управления каботажными перевозками на основе вероятностных вычислительных моделей транспортно-технологических процессов

2.1. Модели транспортно-технологических процессов в автоматизированных комплексах, включающих только два терминала

2.2. Модели транспортно-технологических процессов в автоматизированных комплексах, включающих несколько терминалов

2.3. Вероятностные модели транспортно-технологических процессов с учетом

абсолютного приоритета

2.4 Алгоритмическое обеспечение оптимального управления каботажными перевозками

3. Математическое обеспечение оптимального управления каботажными перевозками на основе полиномиальных моделей

3.1. Идентификация транспортно-технологических процессов на основе планов вычислительного эксперимента

3.2. Условия оптимальной идентификации показателей качества транспортно-технологических процессов

3.3 Синтез квазиоптимальных планов четвертого порядка с целочисленными параметрами

3.4 Полиномиальные модели показателей качества транспортно-технологических процессов

4. Оптимальное управление каботажными перевозками в транспортно-

технологических автоматизированных комплексах

4.1 Оптимальное управление каботажными перевозками в транспортно-

технологических комплексах включающих два терминала

4.2 Алгоритмическое обеспечение оптимального управления каботажными перевозками в транспортно-технологических комплексах включающих два терминала

4.3 Оптимальное управление каботажными перевозками в автоматизированном транспортно-технологическом комплексе ОАО «ГМК «Норильский никель»

Заключение

Список используемых источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое и алгоритмическое обеспечение оптимального управления каботажными перевозками в транспортно-технологических комплексах»

Введение

Морской транспорт является одним из старейших видов транспорта который, использует для массовой перевозки грузов и пассажиров дешевый естественные водные пути. Морскому транспорту принадлежит особая роль в транспортной системе страны. Это объясняется прежде всего благоприятным физико-географическим условием России. Однако распад СССР серьезно подорвал роль морского транспорта России как в каботажных, так и в экспортных перевозках. Действительно до распада СССР более 2/3 грузов обрабатывалось в более удобных и лучше оборудованных портах союзных республик (в основном на Украине, и Прибалтике). Именно в эти порты направлялась большая часть союзных капиталовложений на новое строительство и реконструкцию береговых сооружений. Помимо утраты Россией в результате распада СССР наиболее удобных и современных морских портов, она лишилась и большей части торгового флота. Использование же Россией морских портов бывших союзных республик сопряжено с дополнительными финансовыми затратами и таможенными неудобствами.

Однако в последующие годы Россия значительно укрепила свои позиции на Балтийском и Черном морях, на Севере и на Дальнем Востоке. Общая протяженность морских судоходных линий, эксплуатируемых Россией, оценивается в настоящее время более чем в 1 млн. км. Наиболее крупные порты на Черном море -Новороссийск и Туапсе (экспорт нефти, импорт зерна), на Азовском море - Таганрог, на Балтийском Санкт-Петербург (самые разнообразные грузы), Калининград и Выборг, на Белом - Архангельск (экспорт леса и лесоматериалов), на Баренцевом - Мурманск (экспорт апатитов, цветных металлов и других грузов), на Дальнем Востоке - Владивосток, Находка, Ванино, Корсаков (разнообразные грузы, в том числе экспорт леса, лесоматериалов и угля в Японию).

Суммарный объем перевозок производимый морским транспортом в 2010 году составил 35,8 млн. тонн. Согласно «Стратегии развития транспорта до 2030г» [94] суммарный объем морских перевозок возрастет к 2015 году до 85 млн. тонн, а к 2030 году - до 252 млн.тонн, т.е. возрастет в семь раз Современный этап

Рд. 4с* 151

развития перевозок характеризуется всемирным распространением прогрессивного метода укрепления и унификации грузовых мест, получившего название «контейнерной революции». Любой груз помещенный в стандартный контейнер, перевозиться любым маршрутом и в любой комбинации водных и сухопутных видов транспорта. При этом сокращаются и интенсифицируются погрузочно-разгрузочные операции, сроки продвижения грузов, экономятся рабочая сила и подвижной состав. Уровень контейнеризации грузопотоков в мире составляет в среднем 50-60%. Процесс контейнеризации грузопотоков в России значительно отстает от мирового уровня, однако так же характеризуется устойчивой положительной динамикой.

Возрастает объем каботажных перевозок, т.е. водных перевозок, которые выполняются между морскими портами одной и той же страны. Различают малые каботажные перевозки, которые выполняются между портами одного моря, и большие каботажные перевозки между портами разных морей. Однако в СССР и теперь в России традиционно малым каботажем считались перевозки, осуществляемые между портами морей:

• Черное и Азовское моря

• Белое море и моря Северного Ледовитого океана

• Японское, Охотское и Берингово моря.

Как правило, каботаж осуществляется каботажным флотом - судами, предназначенными для совершения плавания в ограниченном районе, обычно на небольшом удалении от берега.

В настоящее время сохраняется низкий уровень развития железных и автомобильных дорог в регионах Крайнего Севера, Якутии, Магаданской области и Чукотском автономном округе. Поэтому в России наибольшее распространение получили морские каботажные перевозки вдоль берегов Северного ледовитого и Тихого океана. Соответственно морской каботажный транспорт осуществляет в этих районах основные объемы перевозок грузов, обеспечивая значительно более низкую себестоимость перевозок, чем воздушным транспортом.

С начала осуществления программы экономических реформ негосударст-

Р§. 5 с* 151

венный сектор занял доминирующее положение на морском транспорте. Предприятиями негосударственных форм собственности в настоящее время выполняется 88,4% морских перевозок.

Судоходные и стивидорские компании постоянно адаптируются к новым хозяйственным условиям. Однако многие вопросы работы и развития морского транспорта в условиях формирования рыночных отношений пока не получили удовлетворительного решения.

Каждая компания со своей стороны подходит к оптимизации своей работы и старается, уменьшит затраты на поддержание на должном уровне инфраструктуры портов и модернизацию морского флота.

Особенно ярко эта тенденция прослеживается в районах Крайнего Севера, где у основного перевозчика грузов у ОАО «Мурманское морское пароходство» постепенно происходило старение транспортного и ледокольного флота.

В этих условиях крупные владельцы каботажных грузов, в первую очередь предприятия, занятые добычей и переработкой полезных ископаемых, стали создавать автоматизированные транспортно-технологические комплексы (АТТК) включающие собственный флот и собственные автономные терминалы. Примером такого комплекса может служить комплекс создаваемый ОАО «Горнометаллургическая компания Норильский Никель».

В 2004 году была разработана и утверждена Советом Директоров Компании «Концепция оптимизации логистики ОАО ГМК «Норильский Никель», в которой для создания транспортно-технического комплекса предусматривалась реализация следующих программ:

• строительство собственных морских транспортных судов ледового класса.

• строительство перегрузочного терминала в порту Мурманск.

• модернизациею перегрузочного терминала в порту Дудинка.

• контейнеризация грузов Компании.

Одной из важнейших задач, возникающих в автоматизированных транс-портно-технологических комплексах, является задача оптимального управления каботажными перевозками, т.е. выбор оптимального числа транспортных судов и

Р§. Ьо1151

число причалов в терминалах. Для решения этой задачи необходимо осуществлять разработку моделей, адекватно описывающих транспортно-технологические процессы в автоматизированных комплексах.

В настоящее время традиционно используются детерминированные модели транспортно-технологических процессов переработки грузов. Однако при использовании детерминированных моделей принимаются допущения, существенно идеализирующие эти процессы. Вероятностная модель процесса обработки каботажных контейнерных судов на перегрузочном терминале в виде модели замкнутой марковской системы массового обслуживания была впервые предложена A.M. Тюкавиным [96].

Однако применение марковских моделей массового обслуживания (СМО) для исследования транспортно-технологических процессов не всегда является целесообразным, так как эти модели недостаточно адекватно описывают процессы переработки грузов в реальных условиях функционирования.

Так при использовании марковских моделей СМО предполагается, что длительность перехода судна из порта в порт и длительность обработки подчиняется показательному закону распределения. Принятие этих допущений может привести к весьма существенным ошибкам при расчете показателей качества процессов переработки контейнерных грузов в стационарном режиме.

Кроме того использование моделей марковских СМО не позволяет рассматривать автоматизированные транспортно-технологические комплексы, включающие более двух терминалов и содержащие суда с различной контейнеровместимо-стью. Это существенно ограничивает возможности применения моделей марковских СМО при оптимальном управлении каботажными перевозками. Поэтому в настоящей работе предлагается новый подход к моделированию транспортно-технологических процессов в автоматизированных комплексах, основанный на применении частной и общей теоремах о повторении опытов.

Целью исследования является теоретическое обоснование и разработка математического и алгоритмического обеспечения оптимального управления каботажными перевозками, адекватно описывающих транспортно-технологические

процессы в автоматизированных комплексах содержащих два или несколько автономных терминалов.

В соответствии с указанной целью в работе сформулированы, обоснованы и решены следующие задачи:

• Анализ особенностей транспортно-технологических процессов и существующих методов их формализации

• Разработка вычислительных вероятностных моделей стационарных транс-портно-технологических процессов в автоматизированных комплексах, содержащих два или несколько терминалов и судов с одинаковой и различной контейне-ровместимостью

• Определение полиномиальных моделей четвертого порядка показателей качества стационарных транспортно-технологических процессов с целочисленными факторами

• Оптимальное управление каботажными перевозками в автоматизированных транспортно-технологических комплексах, включающих два и три терминала.

Методы исследования. Методической основой и общей формальной базой диссертационного исследования служат теория вероятностей, теория массового обслуживания и теория планирования эксперимента.

Объектом исследования в диссертации являются транспортно-технологические комплексы, содержащие два или несколько автономных терминалов и суда с одинаковой и разной контейнеровместимостью.

Предметом исследования диссертации являются теоретические разработки и практическая реализация вероятностных, вычислительных и полиномиальных моделей стационарных транспортно-технологических процессов, а также алгоритмы оптимального управления каботажными перевозками, основанные на указанных моделях.

Научная новизна полученных в диссертации результатов состоит в следующем:

• Теоретически обоснована формализация транспортно-технологических

стационарных процессов в автоматизированных комплексах, содержащих различ-

ное число причалов, в виде немарковских моделей замкнутых многоканальных систем массового обслуживания.

• Разработаны вычислительные модели транспортно-технологических стационарных процессов в комплексах, содержащих два терминала, без учета и с учетом абсолютного приоритета.

• Разработаны вычислительные модели транспортно-технологических стационарных процессов в автоматизированных комплексах содержащие несколько терминалов и суда с одинаковой и различной контейнеровместимостью.

• Определены условия оптимальности и произведен синтез квазиоптимальных планов вычислительного эксперимента четвертого порядка с целочисленными факторами, минимизирующих интегральную оценку ошибки аппроксимации. На основе указанных планов определены оптимальные полиномиальные модели показателей качества стационарных транспортно-технологических процессов.

Практическая ценность. В результате проведенных исследований доказана целесообразность и эффективность использования теоретических разработок и предлагаемых вероятностных моделей для решения конкретных задач, возникающих при оптимальном управлении каботажными перевозками. Указанные вероятностные модели и алгоритмы позволяют повысить эффективность управления каботажными перевозками в автоматизированных транспортно-технологических комплексах.

Реализация работы. Полученные результаты доведены до алгоритмов и программного обеспечения, которое использовано при проектировании и строительстве Мурманского перегрузочного терминала ОАО «ГМК «Норильский никель» и выработке оптимальных решений при разработке технического задания.

Предложенные рекомендации апробированы и внедрены в учебном процессе (Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций) и на производстве (Транспортно-логистический отраслевой комплекс ОАО «ГМК «Норильский никель»).

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на VII юбилейной международной конференции

?%. 9 с* 151

«Инновации в науке и образовании 2009», II межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» 2011 г., 6-ой международной научно-технической конференции «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе САПР, АСНИ, СУБД и систем искусственного интеллекта» (ИНФОС 2011) .

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе две статьи опубликовано в изданиях, имеющихся в перечне научных журналах ВАК Министерства образования РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников. Общий объем работы составляет 151 страниц, в том числе 17 рисунков, 24 таблицы и список использованных источников из 100 наименований.

1. Постановка задачи исследования оптимального управления каботажными перевозками в транспортно-технологических комплексах

1.1 Автоматизированные транспортно-технологические комплексы

При создании автоматизированных транспортно-технологических комплексов, обеспечивающих каботажные перевозки, необходимо решить четре взаимосвязанные задачи:

- контейнеризация каботажных грузов

- создание собственного контейнерного флота

- создание новых специальных терминалов и реконструкция старых терминалов

- автоматизирование транспортных и технологических процессов, связанных с доставкой и переработкой каботажных контейнерных грузов.

В международных и внутренних сообщениях наиболее экономичным и современным видом транспортировки являются морские контейнерные перевозки.

Перевозки грузов в специализированных контейнерах, в первую очередь, обеспечивают сохранность грузов. Как сложное оборудование, так и хрупкие предметы, помещенные в замкнутое пространство контейнера, сохраняют свою целостность. Это одна из основных причин, по которой крупные компании предпочитают перевозить грузы с применением контейнеров.

Еще одним преимуществом контейнерных перевозок является обеспечение необходимого температурного режима для продуктов питания, медикаментов и прочих специальных грузов. Эти виды контейнерных перевозок дают возможность потребителям получать качественные продукты, сохранившие свои свойства при правильном режиме транспортировки и хранения. Это приобретает особое значение в сложившейся ситуации, когда сохранность продуктов питания является важным фактором решения проблемы обеспечения нации продовольствием.

Неоспоримым преимуществом контейнерных перевозок является транспортировка негабаритных грузов. Поместив в контейнер груз особой формы, размера,

11 с* 151

определенной конфигурации, можно не только обеспечить его безопасность, но и удобство транспортировки.

Контейнерные перевозки регламентируются определенными нормативными требованиями и принципами, которые устанавливают государственные органы. Стандарты, применяемые к типоразмеру, габаритам и максимальному весу контейнеров, позволяют решать вопрос совместимости разных видов транспортировки. Так, например, многие объекты (трансформаторные будки, дизельные электростанции, бытовые помещения рабочих на строительных объектах) специально производятся по заданным размерам, соответствующим контейнерам. Это решает вопрос смешанных контейнерных перевозок, а также удобства погрузо-разгрузочных работ. Контейнеры производятся из различных материалов. Как правило, типичный контейнер для перевозки непродовольственных грузов изготавливаются из стали. Рефрижераторные контейнеры, предназначенные для сохранения температурного режима продовольствия и медикаментов, имеют гораздо более сложное строение, включая использование различных материалов и средств автоматики. Кроме того, существуют контейнеры, предназначение которых не заканчивается только транспортировкой грузов. Специализированные контейнера не только позволяют сложному техническому оборудованию быть в сохранности доставленными к месту назначения, но и обеспечивают дальнейшее бесперебойное функционирование этого оборудования. Это происходит за счет исполнения контейнеров из специальных сэндвич-панелей, применяемых в различных климатических условиях вплоть до Крайнего Севера.

Существует более ста видов и типов контейнеров различного назначения и конструкции. В настоящей работе ограничимся расшифровкой наиболее часто встречающихся обозначений типов контейнеров.

В соответствии с общей классификацией контейнеров описанной в стандарте «ISO (Международной организацией по стандартизации) 830-1981», контейнеры попадают в три группы: крупнотоннажные - контейнеры с максимальной массой брутто 10 тонн и более, среднетоннажные - максимальная масса брутто которых от 3-х до 10-ти тонн и малотоннажные контейнеры с максимальной массой

Pg. 12 of 151

брутто менее 3-х тонн. Наибольший интерес представляет первая группа крупнотоннажных контейнеров, которая относится к морским сухогрузным контейнерам всех типов с массой брутто 10 тонн и более.

Список расшифровок, представленный ниже, включает в себя наиболее часто встречающиеся обозначения типов контейнеров. Основные типы морских сухогрузных контейнеров обычно обозначают аббревиатурами:

. ST (Standart), GP (General Purpose) и DV (Dry Van) - это стандартные морские сухогрузные контейнеры универсального типа;

• НС (High Cube) - высокий контейнер;

• PW (Pallet Wide) - контейнер шире стандартного;

• ОТ (Open Тор) - контейнер с открытым верхом из брезентового тента;

• НТ (Hard Тор) - контейнер с открывающейся металлической крышей;

• UP (Upgraded) - усиленный контейнер повышенной прочности;

• FR (Flat Rack) и PL (Platform) - контейнер-платформа.

В списке сокращений названа исключительно малая часть обозначений и типов контейнеров - это наиболее часто используемые контейнеры. Кроме того, существуют рефрижераторные контейнеры, которые предназначены для хранения товаров, требующих определенного температурного режима хранения. К таким товарам относятся: мясо и мясопродукты, рыба и рыбопродукты, молочные продукты, сыры, мороженное, фрукты, овощи, цветы, химические и лекарственные препараты и многое другое.

Рассмотрим принцип действия рефрижераторных контейнеров. Поток воздуха с определенной температурой подается из рефрижераторного агрегата внутрь рефрижераторного контейнера на уровне пола, затем проходит вдоль Т-образных профилей пола, в конце контейнера поднимается вдоль дверей к потолку и уже вдоль потолка возвращается в рефрижераторный агрегат.

Во время циркуляции воздух, в зависимости от установленных параметров, нагревает или охлаждает внутренний объем контейнера, обеспечивая таким образом температуру и влажность, необходимые для поддержания установленного

режима хранения товара. Так же существуют мульти температурные агрегаты, которые позволяют в разных отсеках поддерживать разную температуру.

Рефрижераторный контейнер имеет два основных конструкционных блока: корпус и рефрижераторный агрегат. Корпус контейнера состоит из несущего каркаса и пенополиуретановых сэндвич-панелей с внешним покрытием из дюралюминиевого листа и внутренним покрытием из профилированной листовой пищевой нержавеющей стали (толщина - 0,6 мм.). Пол контейнера изготовлен из Т-образного алюминиевого профиля с прочностью, рассчитанной на применение при обработке контейнера обычным складским погрузчиком.

Двери изготавливаются из тех же, что и корпус пенополиуретановых сэн-двич-паненелей и оборудованы специальными запорами, позволяющими герметично закрывать грузовой отсек контейнера.

Рефрижераторный агрегат, размещенный в торце корпуса, поддерживает в автоматическом режиме внутри контейнера заданную температуру в диапазоне от -25°С до +25°С и питается от 3-фазной электрической сети с напряжением 360/460В и частотой 50 Гц.

Электронный блок управления позволяет устанавливать и поддерживать в автоматическом режиме температуру и влажность воздуха, задавать периодичность цикла оттаивания, контролировать работу основных агрегатов и фиксировать их неисправность или сбои в работе.

Следует отметить, что контейнеры классифицируются по трем основным признакам: назначению, конструкции, величине массы брутто и нетто. По назначению контейнеры подразделяются на:

• универсальные (общего назначения), предназначенные для перевозки тар-но-штучных грузов. Универсальные контейнеры используются при транспортировке грузов железнодорожным, автомобильным и морским транспортом. Также универсальные контейнеры можно использовать в качестве склада для хранения товаров не требующих определенных температурных режимов. Еще одно применение универсальных контейнеров - это изготовление на базе контейнеров «бытовок» и дизельных станций;

• специализированные, предназначенные для перевозки сыпучих (навалочных), жидких, рефрижераторных и других грузов.

Навалочный контейнер - контейнер прямоугольной конструкции, с двумя насыпными люками сверху и с дверным проемом как минимум на одной торцевой стенке и выгрузкой под действием силы тяжести. Допускается использование такого контейнера в качестве универсального.

По конструкции контейнеры делятся на крытые и открытые, металлические. По величине массы брутто и нетто контейнеры подразделяются в соответствии с рекомендованными ISO фиксированными величинами. Наиболее распространенными являются контейнера, длина которых составляет 40" футов и 20" футов.

Контейнеры общего назначения (универсальные) являются полностью закрытыми, пылеводонепроницаемыми. Они имеют жесткую крышу, жесткие торцевые и боковые стенки, а также дверь, расположенную в одной из торцевых стенок. Контейнеры оборудованы угловыми запорами-фитингами для погрузо-разгрузочных работ или установки в них специальных приспособлений для крепления на палубе судна. Прочность контейнера обеспечивает штабелирование в шесть ярусов.

В таблицах 1.1 и 1.2 представлены технические характеристики морских сухогрузных контейнеров 40" футов и 20" футов разных типов.

Таблица 1.1

Размеры, мм. Внут-

Тип Внешние габаритные Внутренние ренний

Длина I Ширина Высота Длина I Ширина i Высота объём, м3

40 DV 12192 ; 2 438 2591 12 039 2 350 2 372 67,0

40 НС 12 192 , .................2438................. 2 896 12 039 2 350 2 75,6

40 PW 12 192 , 2 500 2 51Л 12 039 2 432 2 3~2 77.0

i 40 ОТ 12 029 2 342 2 326 11 544 2 350 2 3S1 (о .5

; 40 нт 12 020 2 342 2 313 11 724 2 336 2 292 (Г.:

20 DV 6 058 2 438 2 591 5 905 2 350 2 381 33,0

20 ОТ .................5 888.................. 2 345 2315 5 415 2 205 2 2 SO ..............................32............................

Таблица 1.2

Масса, кг. Штабели рование Кол-во

Тип Допустимая Собственная | Полезная Кол-во Кг. проёмов

брутто (тара) ярусов для вил

40 стандартный 30 480 3 750 26 530 7 86 400 2

40 высокий 35 000 4 200 26 630 7 86 400 2

40 широкий 30 480 3 850 30 800 5 86 400 2

40 ОТ 30 480 3 810 26 670 нет нет 2

40 НТ 30 480 4 700 25 780 нет нет 2

20 футов 24 000 2 250 21 750 9 86 400 2 или 4

20 ОТ 30 480 2 250 28 230 нет нет 2

Следующей задачей при создании автоматизированного транспортно-технологического комплекса является строительство собственного контейнерного флота, полноценно обеспечивающий объем каботажных грузов.

Рассмотрим специфику специального строительства собственного флота на примере ОАО «ГМК «Норильский никель», в которой для этой цели был создан Мурманский транспортный филиал. В начале 2006 года Мурманский транспортный филиал был сертифицирован Российским морским регистром судоходства на соответствие требованиям МКУБ.

Перевозки на направлении Мурманск - Дудинка - Мурманск являются на сегодняшний день наиболее крупными по объему и стабильными перевозками грузов в малом каботаже. Это вызвано, в первую очередь, работой ОАО «ГМК «Норильский никель», являющегося крупнейшим мировым производителем и поставщиком никеля, кобальта, меди, палладия, металлов платиновой группы, золота и серебра.

Базовым предприятием ОАО «ГМК «Норильский никель» является Заполярный филиал, расположенный на полуострове Таймыр в городе Норильск. Для завоза грузов в Норильский промышленный район и вывоза оттуда готовой продукции, поставляемой ОАО «ГМК «Норильский никель» как на внутренний, так и на мировой рынки сбыта, морская транспортная составляющая имеет одно из ключевых значений.

Второй крупной производственной площадкой ОАО «ГМК «Норильский никель» является ее дочернее ОАО «Кольская горно-металлургическая компания», расположенное в Мурманской области. Ритмичная работа этой площадки обеспечивается за счет регулярных поставок файнштейна (обогащенного медно-никелевого концентрата) из Норильска. Таким образом, обеспечение надежных

морских перевозок грузов на направлении Мурманск-Дудинка - Мурманск является для ОАО «ГМК «Норильский никель» стратегически важней задачей.

Длительное время с момента основания Норильского промышленного района грузы материально-технологического снабжения для заводов заводились морскими судами через порты Архангельск и Мурманск и речными судами через Красноярск. Таким же путем производился вывоз готовой продукции. Основным морским перевозчикам выступали Мурманское и Северное морское пароходство, а перевозки по реке Енисей осуществляло Енисейское речное пароходство. С конца 90-х годов прошлого столетия в связи с проблемными постоянного роста тарифов на грузоперевозки и услуги ледокольного флота, а также с постепенным старением транспортного и ледокольного флота, находящегося в собственности и доверительного управления основного перевозчика грузов - ОАО «Мурманское морское пароходство», компания вынуждена была значительно повысить внимание задачам обеспечения транспортной безопасности. Они вошли в число стратегически значимых.

В результате в 2004 году была разработана и утверждена Советом директоров Компании «Концепция оптимизации логистики», в которой были намечены конкретные пути оптимизации транспортных схем доставки грузов в Норильский промышленный район морем, вывоза от туда готовой продукции, интенсификации процесса контейнеризации грузов в целях снижения рейсооборота судов за счет сокращения стояночного времени в портах. Важнейшим звеном в решении этих вопросов было строительство собственных контейнерных судов, способных обеспечить регулярную круглосуточную доставку грузов морем с минимальным ледокольным обеспечением. В соответствии с «Концепцией оптимизации логистики» компанией был подписан контракт с «AKER FINNY ARDS» на строительство арктического контейнеровоза, оборудованного пропульсивным комплексом типа «АЗИПОД» и способного в автономном плавании круглогодично осуществлять перевозки грузов в западном районе Арктики. Главной особенностью проекта судна был так называемый принцип «двойного действия», т.е. движение судна во льдах должно было осуществляться с одинаковой эффективностью как носом

Pg. 17 of 151

на переднем ходу, так и кормой на заднем. 28 февраля 2006 года строительство первого арктического контейнеровоза было закончено и ему было присвоено имя «Норильский никель».

Основные характеристики контейнеровоза «Норильский никель» приведены в таблице 1.3

Таблица 1.3

Гол и мест мое ¡ройки -006 Лксг I-'irmvartk I Iclsinki

. к'ДОИЫЙ К'.КК'С

• максимальная

• между перпендикулярами Ширима, м. Мысом оорм. м. Осадка. м.

• арктическая

• максимальная Модоичмещенпе

• арктическое

• максимальное Дол ней г. г.

• арктический

• максимальный Число фЮМОН 1МШДСК0И Ком iciMicpoiuicci ммое I ь. ТГ.Г I им -jnopi отческой установки

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Гайнуллин, Алексей Сергеевич

Основные результаты главы IV.

1. Определена и решена задача оптимального управления каботажными перевозками в автоматизированных комплексах содержащих два терминала исходя из критериев минимизации затрат и ограничения среднего времени ожидания судов в очереди.

2. Разработано алгоритмическое обеспечение оптимального управления каботажными перевозками в транспортно-технологических комплексах включающих два терминала.

3. Сформулирована и решена задача оптимального управления каботажными перевозками в автоматизированном транспортно-технологическом комплексе ОАО «ГМК «Норильский никель».

Заключение

Решение задачи математического и алгоритмического обеспечения оптимального управления каботажными перевозками, обусловило необходимость научного обоснованная и разработки вероятностных вычислительных и полиномиальных моделей транспортно-технологических процессов в автоматизированных комплексах.

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Формализованы транспортно-технологических процессов в автоматизированных комплексах с учетом ограниченного числа судов и времени перехода судов между терминалами в виде моделей замкнутых многоканальных немарковских систем массового обслуживания.

2. Разработаны вероятностные вычислительные модели транспортно-технологических процессов для автоматизированных комплексов, содержащих два терминала без учета и с учетом абсолютного приоритета.

3. Разработаны вероятностные вычислительные модели транспортно-технологических процессов, в автоматизированных комплексах содержащих несколько терминалов и судов с различной контейнеровместимостью.

4. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение оптимального управления каботажными перевозками

5. Получены условия оптимальности и произведен синтез квазиоптимальных непрерывных симметричных планов вычислительного эксперимента четвертого порядка с целочисленными факторами, на основе которых определены полиномиальные модели показателей качества транспортно-технологических процессов.

6. Сформулирована и решена задача оптимального управления каботажными перевозками в автоматизированных комплексах содержащих два терминала.

7. Сформулирована и решена задача оптимального управления контейнерными каботажными перевозками между портами Мурманск, Архангельск и Дудинка для различных вариантов грузопотоков. Полученные результаты были использованы при проектировании и строительстве Мурманского перегрузочного

144 с^ 151 терминала ОАО «ГМК «Норильский никель», а также выборе оптимальных решений при разработке технического задания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гайнуллин, Алексей Сергеевич, 2011 год

Список используемых источников

1 .Адлер Ю.П., Марков Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука. 1976-279 с.

2.Азгальдов Г.Г., Райхман Э.П. О квалиметрии. М.: Изд-во стандартов, 1972. -172 с.

3.Андреев А.Е., Болотов A.A., Фролов А.Б. Задачи дискретной оптимизации и сложность алгоритмов. М.: МЭИ, 2000. 71 с.

4.Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. М.: Радио и связь. 1983. - 247 с.

5.Аттеков A.B., Галкин C.B., Зарубин B.C. Методы оптимизации. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. - 440 с.

6.Ахиезер Н.И. Лекции по теории аппроксимации. М.: Наука, 1971. - 306 с.

7.Багаева Н.Г.Математические модели и алгоритмы оптимизации процессов управления транспортно-логистическим центром.

8.Базаров С.М., Воронин A.B., Кузнецов В.А., Патякин В.И., Шегельман И.Р. Исследование операций в планировании и управлении предприятием ЛПК. СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2001. 48 с.

9.Беллман Р. Динамическое программирование. М.: Мир, 1960. 424 с.

Ю.Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М.: Мир, 1965.368 с.

11 .Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М.: Экономика, 1980. -263 с.

12.Блинов Э.К. Контейнеры международного образца, М.: Транспорт, 1990. -182 с.

13.Божук С.Г. Маркетинговые исследования: Основные концепции и методы. СПБ.: Вектор, 2005 - 288 с.

14.Большой порт Санкт-Петербург. РИА «Балт-Медиа», 2005.

15.Бондаренко B.C. Вопросы моделирования задач оперативного планирования загрузки порта: Труды ОИИМФ, 1989, №8 - с.104-107.

16.Барщевский Е.Г., Зубарев Ю.Я. Основы вычислительного эксперимента: учебное пособие: Спб: СПГУВК, 2009. - 153 с.

17.Бурлаков М.В. Определение минимальных потерь на ожидание в однока-нальной системе массового обслуживания. М.: Автоматика и телемеханика, 1984, №1 -с.81-85.

18.Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь. 1984.-248 с.

19.Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Наука, 1980. 208 с.

20.Вентцель Е.С. Овчаров Л.А., Теория вероятностей и ее инженерные приложения, М.: Академия, 2005. - 528 с.

21 .Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Академия, 2005. - 576 с.

22.Вирьянский З.Я., Пиневский И.М. Стратегия проектирования. Л.: Судостроение, 1978.

23.Вихров И.М., Нырков А.П. Модели технологических процессов на транспорте, СПБ.: Судостроение, 2003 - 422 с.

24.Владимирова Н.Ю., Сигал И.Х. Параметризация при решении некоторых классов задач дискретной оптимизации большой размерности. М.: ВЦ РАН, 2001. 78 с.

25 .Воевудский E.H. Система моделей описания процессов управления на транспорте. М.: Морфлот, 1989. -89 с.

26.Воевудский E.H., Постан М.Я. Методы и модели теории массового обслуживания в оперативном управлении флотом и портами. М.: В/О Мортехин-формреклама, 1984. - 27 с.

27.Воевудский E.H., Постан М.Я. Многоканальная система массового обслуживания в случайной среде. Киев.: Институт кибернетики, 1985. - 12с.

28.Воевудский E.H., Постан М.Я. Стохастические модели в проектировании и управлении деятельностью портов. М.: Транспорт, 1987. - 317 с.

29.Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. М.: Финансы и статистика. 1981. -263 с.

30.Вознесенский В.А., Ковальчук A.B. Принятие решений по статистическим моделям. М.: Статистика, 1978. - 192 с.

31 .Гайнуллин A.C. Зубарев Ю.Я. Вероятностная формализация процессов обработки каботажных судов на контейнерных терминалах. Журнал университета водных коммуникаций - СПб, :СП6ГУВК, 2011г. 194ст (Выпуск -1 (9)) стр.70-74

32.Гайнуллин A.C., Хвастунов A.C. Моделирование немарковских систем массового обслуживания, Вологда: Вологодский государственный технический

университет, 2011. стр.48-51

33.Гайнуллин A.C., ЧегуроваЕ.А. Вероятностные модели процессов переработки каботажных грузов: информационные системы и технологии: Сборник научно технических статей: выпуск 1 (2). СПб.:РГПУ им. Герцена, 2010. с. 100-105

34.Гайнуллин A.C. Зубарев Ю.Я. Модели процессов обработки каботажных судов, прибывающих из различных портов: Информационные технологии и системы: управление, экономика, транспорт, право: СПб. на-уч.тр/Вып.1(8)/Под. Ред. д.т.н., проф. Истомина Е.П., д.т.н., проф. Марлей

В.Е., д.т.н., проф. Скобелевой И.П., д.ю.н., проф. Соболь И.А. - СПб.: ООО «Андреевский издательский дом» - 2010 г., стр.91-96

35.Гайнуллин A.C. Зубарев Ю.Я. Определение вероятностных характеристик процессов переработки каботажных грузов: Информационные технологии и системы: управление, экономика, транспорт, право: СПб. науч.тр/Вып.1(7)/Под. Ред. д.т.н., проф. Истомина Е.П., д.т.н., проф. Марлей В.Е., д.т.н., проф. Скобелевой И.П., д.ю.н., проф. Соболь И.А. - СПб.: ООО «Андреевский издательский дом» - 2009 г., 196 с. стр.33-36

36.Гайнуллин A.C. Зубарев Ю.Я. Формализация процессов переработки кабо-

тажных грузов на основе биномиального закона распределения числа судов в терминале: Информационные технологии и системы: управление, экономика, транспорт, право: СПб. науч.тр/Вып.1(7)/Под. Ред. д.т.н., проф. Истомина Е.П., д.т.н., проф. Марлей В.Е., д.т.н., проф. Скобелевой И.П., д.ю.н., проф. Соболь И.А. - СПб.: ООО «Андреевский издательский дом» - 2009 г., 196 с. стр.30-33

37.Гайнуллин A.C., Зубарев Ю.Я., Хвастунов A.C. Оптимальная идентификация процессов переработки грузов на основе полиномиальных моделей

38.Гасс С. Линейное программирование: методы и приложения. М.: Физматгиз, 1961. 303 с.

39.Глудкин О.П. и др. Всеобщее управление качеством. М.: Радио и связь, 1999. -660 с.

40.Гнеденко Б.В., Зубков М.Н. Об определении оптимального числа причалов. М.: Морской сборник №1, 1964. - с.35-39

41 .Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. М.: Наука, 1987.-336 с.

42.Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия, 1974. - 264 с.

43.Гроп Д. Методы идентификации систем. М.: Мир, 1979. - 302 с.

44. Дерябин Р.В. Система маневрирования ресурсами порта. М.: Мортехин-формреклама, 1986. - 33 с.

45.Ермаков С.М. Об оптимальных несмещенных планах регрессивных экспериментов. Труды мат. Ин-та АН СССР, 1970. - с. 252-257.

46.Жадан В.Г. Численные методы линейного и нелинейного программирования. Вспомогательные функции в условной оптимизации. М.: ВЦ РАН, 2002. 156 с.

47. Зедгенидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976. - 390 с.

48.Зубарев Ю.Я. Автоматизация процессов управления в судостроении. Л.: Судостроение, 1978. -261 с.

49.Зубарев Ю.Я. Планирование эксперимента в научных исследованиях: учебное пособие. СПГУВК, 2004. - 153 с.

50.Зубарев Ю.Я., Собашников А.Д., Юхнович В.А. Расчет судовых автоматизированных систем методами активного эксперимента. Л.: Судостроение, 1976. -95 с.

51 .Ирхин А.П. Организация работы флота и портов. М.: Транспорт, 1966 - 174 с.

52.Исследование операций. / Под ред. Д. Моудера. В 2 т. М.: Мир. 1981.

53.Климов Г.П. Стохастичиские системы обслуживания. М.: Наука, 1966. - 378 с.

54.Корбут A.A., Финкельштейн Ю.Ю. Дискретное программирование. М.: Наука, 1969. 364 с.

55.Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики. Учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1987. -496 с.

56.Корытный Е.Б. Стасышин В.М. Диалоговые процедуры построения эффективных планов эксперимента. Применение ЭВМ в оптимальном планировании и проектировании. Новосибирск.: НЭТИ, 1981. - с.88-96.

57.Кофман А., Крюон Р. Массовое обслуживание. Теория и приложения. М.: Мир, 1965.

58.Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента. Минск.: Изд-во БГУ, 1982.-302 с.

59.Круг Г.К., Сосулин Ю.А., Фатуев В.А. Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции. М.: Наука, 1977. - 207 с.

60 Куренков П.В. Методика выбора рационального варианта перевалки. Логистика и проблема интенсификации технологии грузовой и коммерческой работы станций. Межвуз. Сб.науч.тр., вып. 860. М.: МИИТ, 1992 - с. 102-111.

61 .Лимонов Э.Л. Организация работы линии и анализ эффективности линейного судоходства. М.: Мортехинформреклама, 1983. -261 с.

62. Логистика и управление в грузовых транспортно-логистических системах. Уч. пособие/Ред. Миротин Л. Б. - М. : Юристь, 2002 г. - 414 с.

63 .Логистика Сибири. Ред. В. П. Зачесов, В. С. Никифоров - Новоси-бирск:НГАВТ, 2003

64.Лукинский B.C. Модели и методы теории логистики. Учеб.пособие. СПБ.: Питер, 2003.- 176 с.

65.Маслова Т.Д., Божук С.Г., Ковалик Л.Н., Розова Н.К. Теория маркетинга под ред. М.Бейкера. СПБ.: Питер, 2002.-464 с.

66.Математическая теория планирования эксперимента. М.: Наука, 1983. - 385 с.

67.Математические модели, методы и программные комплексы оптимального раскроя и комплектовки с учетом дополнительных ограничений/Кузнецов

В.А., диссертационная работа на соискание ученой степени доктора технических наук, Петрозаводск-2004

68 Миркин Б.Г. Проблема группового выбора. М.: Наука, 1974. - 256 с.

69.Мозгалевский A.B., Гаскаров Д.В. Диагностика судовой автоматики методами планирования эксперимента. Л.: Судостроение, 1977. - 94 с.

70.Моисеев Н.П. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981. -457 с.

71.Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 207 с.

72.Налимов В.В., Голикова И.А. Логические основания планирования эксперимента. М.: Металлургия, 1976. - 128 с.

73.Налимов В.В., Чернова И.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1985. - 340 с.

74.Неруш Ю.М. Логистика. Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. -389 с.

75.Новые методы хозяйствования, под ред. П.Г.Бунича. М.: Экономика, 1989. -205 с.

76.Овчаров A.A. Прикладные задачи теории массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1968. - 407 с.

77.Основы транспортной логистики: учебное пособие/ Шабарова Э. В. - СПб: Изд-во СПбГМА ,2002 - 120 с.

78.Планирование вычислительного эксперимента в электроэнергетике. Гаскаров В.Д., Зубарев В.Ю.. под ред. Зубарева Ю.Я. Энергоиздат СПБ, 2000 - 327 с.

79.Плужников К.И. Транспортное экспедирование. М.: Рос-Консультат, 1999. -576 с.

80.Правила технической эксплуатации подъемно-транспортного оборудования морских торговых портов. РД 31.44.01-97, М.: 1997. - 369 с.

81 .Принятие решений о качестве, управляемом заказчиком. А.Г. Варжапетян, Е.Г. Семенова, В.М. Балашов, A.A. Варжапетян. М.: Вузовская книга, 2003. -328 с.

82.Проскуряков A.B. Промышленная логистика. СПБ.: Политехника, 1994. -163 с.

83.Раховецкий А.Н. Теоретические основы оперативной фрахтовой деятельности на морском транспорте. М.: ЦНИИ Экономики водного транспорта, 1991. -43 с.

84.Редько В.Г. Эволюционная кибернетика. - М.: Наука, 2001. - 159 с.

85.Резер С.М. Комплексное управление перевозочным процессов в транспортных узлах. М.: Транспорт, 1982. - 159 с.

86.Русинов И.А., Зубарев Ю.Я. Переработка контейнерных грузов. СПб.: Политехника, 2009. - 317с.

87.Статистические модели и многокритериальные задачи принятия решений. Сборник статей. М.: Статистика, 1979. - 184 с.

88.Таблицы планов эксперимента. М.: Металлургия, 1982. - 751 с.

89.Терехов O.A., Тюрин Б.Ю. Совершенствование организации управления морскими портами. М.: Транспорт, 1981. - 152 с.

90.Транспортная логистика и логистика транспорта: Межвузовский научный сборник/Саратовский гос. тех. университет им. Н. Г. Чернышевского/Ред. Санков В. Г. - Саратов ,1996. - 108 с. - Рус.

91 .Транспортная логистика. Новейшие технологии построения эффективной системы доставки. / Беспалов Р. С. - М.: Вершина, 2007 - 383 с.

92.Транспортная логистика. Учебное пособие, под ред. Л.Б. Миротина. М.: МГАДИ(ТУ), 1996.-211с.

93.Транспортная логистика: учебник/Миротин Л. Б., Ташбаев Ы. Э., Гудков В.А. - М.:Экзамен ,2002 - 511 с.

94.Транспортная стратегия РФ на период до 2030 год. Распоряжение от 22 ноября 2008 г. N 1734-р

95 .Трофилькин А., компания «Инкотек» Е. Сагизлы, фирма «НИДЭКС»

96.Тюкавин А.М. Зубарев Ю.Я. Оптимизация процессов переработки каботажных грузов. СПБ.: Политехника 2009. - 186 с.

97.Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1971. - 312с.

98.Эглит Я.Я. Моделирование эксплуатационной деятельности морского пароходства. Рига.: Зинатне, 1987. -218 с.

99.Эглит Я.Я., Эглите К.Я., Артемьев A.B. Транспортные системы доставки

Pg. 150 of 151

грузов. СПБ.: Феникс, 2005. - 300 с. ЮО.ЭглитЯ.Я., Эглите К.Я., Прокофьев В.А. Управление транспортными системами. СПБ.: Феникс, 2004. - 424 с.

^УТВЕРЖДАЮ

Директор Мурманского

" ¡ч'транспортнош филиала ОЛО «ГМК ^Норильск»й никель» - каы '' ^еХшГческих наук '-___ A.M. Тюкавии

«_» август 2011 г.

АКТ

о внедрении (использовании) результатов диссертационной работы Гайнудлина Алексея Сергеевича,

Комиссия в составе:

Председатель: Страшный А.В. - заместитель директора филиала -

руководитель Портового подразделения члены комиссии: Коноплев В.В. - заместитель директора филиала -

руководитель Судоходного подразделения Полищук А.П. - главный инженер Портового подразделения

составили настоящий акт в том, что результаты диссертационной работы «Математическое и алгоритмическое обеспечение оптимального управления каботажными перевозками в автоматизированных транепортно-техиологичееких комплексах» были использованы при строительстве Мурманского перегрузочного терминала ОАО «ГМК «Норильский никель» и выработке оптимальных решений при разработке технического задания на проектирование основных инфраструктурных объектов терминала.

Сформирована и решена задача оптимального управления контейнерными каботажными перевозками между портами Мурманск, Архангельск и Дудинка,

«УТВЕРЖДАЮ»

: >••' чрок I ИГ ' о ' ЧСмн'"-1 .11 „

ь ! лрефсе.ор ,'{, : ! ' \

А К Т

об использовании материалов кшдвдашшй диссертационной работы Гайнуллина Алексея Сергеевича на тему «Математическое и алгоритмическое обеспечение управления' каботажными перевозками в трансаортно-техыологических комплексах», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13,06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами».

Материалы кандидатской работы, а именно: синтез квазиоптимальиых планов вычислительного эксперимента, используются в учебном процессе по дисциплине «Основы вычислительного эксперимента», а .также при выполнении курсовых и дипломных работ на кафедре «Вычислительных систем и .информатики».

Завкафедрой ВСИ

д.т.я,, профессор

Марлей В.Е,