Метод и математические модели оценивания готовности однокамерных судоходных шлюзов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.19, кандидат технических наук Адерихина, Елена Ивановна

• Адерихина, Елена Ивановна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Адерихина, Елена Ивановна

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ И СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ОЦЕНИВАНИЯ ИХ ГОТОВНОСТИ

1.1. Анализ эксплуатационных особенностей судоходных шлюзов внутренних водных путей РФ.

1.2. Анализ особенностей функционирования однокамерных судоходных шлюзов.

1.3. Структурная формализация процесса функционирования системы обеспечения готовности судоходных шлюзов.

1.4. Постановка задачи и основные направления исследования.

Выводы.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНИВАНИЯ ГОТОВНОСТИ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ К ПРИМЕНЕНИЮ

2.1. Обоснование показателей и метода оценивания готовности судоходных шлюзов к пропуску судов.

2.2. Метод оценивания показателей готовности судоходных шлюзов к лродуску-судов. .,

2.3. Алгоритм оценивания и исследования готовности судоходных шлюзов к пропуску судов.

Выводы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОЦЕНИВАНИЯ ГОТОВНОСТИ ОДНОКАМЕРНЫХ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ К ПРИМЕНЕНИЮ И ИХ АНАЛИЗ.

3.1. Концептуальные модели функционирования однокамерных судоходных шлюзов.

3.2. Базовые математические модели оценивания готовности однокамерных судоходных шлюзов и их анализ.

3.2.1. Полумарковские математические модели оценивания готовности однокамерных судоходных шлюзов.

3.2.2. Марковские математические модели оценивания готовности однокамерных судоходных шлюзов.

3.3. Обобщенные математические модели оценивания готовности однокамерных судоходных шлюзов и их анализ.

3.3.1. Полумарковские математические модели оценивания готовности однокамерных судоходных шлюзов.

3.3.2. Марковские математические модели оценивания готовности однокамерных судоходных шлюзов.

3.3.3. Параметры системы обеспечения готовности обобщенной модели функционирования однокамерного судоходного шлюза.

3.4. Комплексные математические модели оценивания готовности системы "судно - шлюз - диспетчер" и их анализ

3.4.1.Полумарковские математические модели оценивания готовности системы "судно - шлюз - диспетчер"

3.4.2. Марковские математические модели оценивания готовности системы "судно- шлюз- диспетчер".

3.4.3. Параметры системы обеспечения готовности комплексной модели функционирования системы "судно- шлюз- диспетчер".

Выводы.

4. СТРУКТУРА МЕТОДИКИ ОЦЕНИВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ГОТОВНОСТИ ОДНОКАМЕРНЫХ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

4.1. Структура методики оценивания и исследования готовности однокамерных судоходных шлюзов.

4.2. Алгоритм, компьютерная программа, количественные результаты и рекомендации по их использованию при оценивании и исследовании готовности однокамерных судоходных шлюзов.

4.2.1. Алгоритм и компьютерная программа оценивания и исследования готовности однокамерных судоходных шлюзов.

4.2.2. Анализ количественных результатов и рекомендации по их использованию

4.3. Имитационная модель, программа и результаты оценки показателей готовности однокамерных судоходных шлюзов.

4.4. Моделирующие устройства для оценивания и исследования готовности однокамерных судоходных шлюзов

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод и математические модели оценивания готовности однокамерных судоходных шлюзов»

Внутренние водные пути (ВВП) России в век скоростных сообщений не потеряли своего транспортного значения. Они являются важнейшей составной частью транспортно-дорожного комплекса страны, а нередко и основной путь сообщения.

Анализ опыта эксплуатации ВВП глубоководной системы РФ показывает, что их судопропускная способность приближается к исчерпанию при существующей технологии их эксплуатации, о чем свидетельствуют большие сложности в судопропуске на Волго- Балтийском водном пути (ВБВП), Волго- Донском судоходном канале, на Волжском каскаде ГЭС[23,24,36,43]. Поэтому Правительство РФ уделяет большое внимание дальнейшему надежному функционированию ВВП. С целью сохранения и совершенствования существующей воднотранспортной сети в 1995 г. принята Федеральная целевая программа "Внутренние водные пути России на 1996-2000 гг.", которой Указом Президента Российской Федерации N881 от 14 августа 1997 г. придан статус президентской [31],что еще раз подчеркивает важность ВВП и государственный приоритет их развития.

Отечественный и зарубежный опыт работы транспорта в единой государственной транспортной системе показывает, что водный транспорт при правильной организации его функционирования является самым эффективным по сравнению с другими транспортами [48,51,58]. Однако неритмичная работа водного транспорта (ВТ) приводит к значительным экономическим потерям [24,65,71].

Кроме того, использование новых типов крупнотоннажных судов, включая иностранные суда, развитие берегового хозяйства и рост перевозок, включая международные, выдвигают на одно из первых мест проблему повышения готовности судоходных сооружений (СС) к пропуску судов и увеличения пропускной способности ВВП. Имея ввиду, что на шлюзованном пути, как правило, лимитирующими элементами являются судоходные шлюзы (СШ), то эта проблема трансформируется в первостепенную задачу повышения готовности СШ к пропуску судов и увеличению их пропускной способности, в первую очередь, тех из них, которые наиболее загружены и являются однокамерными, т. е. в задачу повышения эффективности функционирования судоходных шлюзов. Неслучайно поэтому в настоящее время выдвинуто требование о необходимости разработки тех-нико- экономического обоснования строительства вторых ниток шлюзов на Волго- Балтийском водном пути и третьих ниток на р. Волге [51,58].

Любые просчеты и недостатки в процессе создания и испытаний СС вызывают в процессе эксплуатации увеличение экономических ресурсов на поддержание на заданном уровне показателей эксплуатационных свойств (ЭС). Чтобы исключить(или уменьшить) это, необходимо прежде всего располагать современными методами оценивания показателей ЭС СШ и обоснования путей их обеспечения.

Широко используемый метод статистического анализа СШ не в нол-иой мере может быть использован для прогнозирования поведения СШ в будущем и даже в настоящем, так как статистический материал имеется всегда лишь о прошлом [61]; кроме того, как правило, невозможно исследовать поведение СШ в различных экстремальных условиях, а также для проектируемых систем, а ведь именно на стадии проектирования требуется, так определить правила функционирования всех средств СШ и ВВП и так выбрать сами СШ ( их параметры и стратегии использования), чтобы они давали максимум показателей эффективности [65].

Высокие показатели эффективности работы водного транспорта (ВТ) могут быть достигнуты за счет повышения готовности СС к пропуску судов путем непрерывного совершенствования технологического процесса системы "судно- СШ- диспетчер" с учетом изменяющихся эксплуатационно-технических, климатических и других условий применения СС и ВТ.

Увеличение грузооборота на ВВП приводит к увеличению интенсивности движения судов и составов, что обуславливает необходимость оптимизации судоходных трасс, режимов движения судов и формирования их очередей в подходных каналах СС, параметров процессов подготовки систем шлюзов и непосредственного шлюзования и стратегий пропуска судов через СШ, методов управления транспортным процессом с учетом расположения портов приписки судов, загрузки и разгрузки, а также СШ [34,51,68].

Большое значение в процессе эксплуатации ВВП и их определяющих звеньев- СШ имеет организация и функционирование аварийно-спасательной службы (восстановление отказавших систем шлюза и судна), обеспечивающей быстрое оказание помощи аварийным судам и ликвидацию аварий на СС. Так как дальнейшее повышение эффективности эксплуатации ВВП и ВТ прежде всего связано с повышением готовности СШ к шлюзованию и их эффективности функционирования СШ, то решение задачи оценивания комплексного влияния различных факторов на готовность к шлюзованию последних является весьма актуальной.

В настоящее время проблеме повышения эффективности СШ и, в частности, их пропускной способности уделяется большое внима-ние[25,34,36,48,49,68,71]. При этом решение проблемы повышения пропускной способности СШ предлагается либо за счет продления навигационного периода, либо за счет ускорения процесса пропуска судов через СШ, однако не исследуется готовность СШ как один из возможных путей повышения их эффективности функционирования. Анализ полученных результатов в указанных работах по рассмотренным направлениям исследования показывает, что они не позволяют с единых методических основ исследовать комплексное влияние как технических и эксплуатационных параметров систем шлюза, судна и характеристик обслуживающего персонала, включая их надежность, так и параметров эксплуатационных процес-сов, отражающих неритмичность потоков судов, формирование очередей судов в подходных каналах, подготовку систем шлюза и шлюзуемых судов к пропуску, непосредственные операции шлюзования при различных стратегиях пропуска судов, негативные воздействия и другие факторы на готовность СШ (например, техническое обслуживание, нахождение СШ в режиме ожидания и т. д.).

Говоря другими словами эффективность судопропуска СШ зависит от многих факторов, основными из которых являются [1,4,7,9,13,26,42,54,55,65,66]: случайные параметры движения судов, неравномерность их подхода к СШ, технология формирования очереди судов и составов с учетом соответствия их габаритов габаритам СШ; поддержание гарантированных глубин на судовых ходах и СШ, технология (стратегия) подготовки и судопропуска через СШ, водопотребление водных ресурсов водохозяйственного комплекса на нужды ВТ; профессиональная подготовка диспетчерского состава СШ и судоводителей, режимы, динамика и условия функционирования СШ; надежность систем СШ и шлюзуемых судов, методы и стратегии восстановления и поддержания их работоспособности , внешние возмущающие факторы (обледенение, ветровые нагрузки, туманы и т. д.); готовность системы " судно -судоходный шлюз- диспетчер" к реализации соответствующей стратегии шлюзования, которая также зависит от вышеперечисленных факторов, и является необходимым и достаточным условием пропуска судна через СШ.

Исследования показали, что эффективное решение многих проблем, связанных с СШ, в значительной степени определяются полнотой и качеством решения задачи оценивания эксплуатационных свойств (ЭС)[25,37,44,57], важнейшим из которых является готовность СШ к пропуску судов в различных условиях[ 1,4,9,18].

Однако, проведенные в ряде работ исследования, в основном, касались вопросов разработки и уточнения частных задач, возлагаемых на СШ, способов шлюзования, повышения эксплуатационно- технических характеристик (ЭТХ) , анализа по статистическим данным судо- и грузопропускной способности и т. д.

Вопросы же комплексного исследования готовности СШ к пропуску судов не нашли должного отражения, что не позволяет оценивать влияние вышесказанных факторов на готовность СШ к пропуску судов, т.е. оценивать интегративное свойство, заключающееся в способности СШ к переводу из любого состояния в состояние выполнения заданных функций в произвольный момент времени, и обоснованно задавать вектор параметров системы обеспечения их готовности. Наличие же комплексного количественного оценивания готовности СШ позволит более объективно исследовать влияние различных факторов на готовность и эффективность СШ и находить рациональные пути их обеспечения.

Анализ известных автору результатов исследований показал, что вопросы комплексного изучения ЭС, включая и готовности, как иптегративного свойства СШ, и прежде всего , связанные с разработкой методического и математического аппаратов оценивания показателей готовности СШ в различных условиях, предназначенного как для получения оценок потенциальной готовности на этапе создания, так и для создания методов, моделей, применяемых при автоматизации процессов исследования (оценивания, прогнозирования и обоснования путей обеспечения) готовности СШ при их создании и эксплуатации в составе ВВП, не нашли должного отражения в этих работах.

В связи с результатами выполненного анализа отечественных и зарубежных работ, рассматривающих вопросы создания, эксплуатации и функционирования СШ, научной задачей, решаемой в диссертации, является разработка метода и математических моделей оценивания готовности как интегративного эксплуатационного свойства однокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов в различных условиях,.существенно определяющего их эффективность функционирования.

Обобщая вышеизложенное, актуальность выполненных исследований в диссертации обусловлена: возросшей ролью судоходных сооружений ВВП и необходимостью повышения их эффективности функционирования; исключением возможности появления значительных разрывов между требуемыми и реальными возможностями .СШ; сложностью процесса функционирования ВВП и судоходных сооружений, характеризующегося необходимостью применения глубокого системного анализа всего многообразия связей между его элементами; большими временными и экономическими затратами на создание СС; отсутствием обобщений и научных исследований по разработке теоретических основ оценивания готовности судоходных шлюзов; необходимостью внедрения в практику создания и эксплуатации СШ методов и математических моделей, предназначенных для оценивания, прогнозирования готовности СШ и обоснования рационального синтеза системы обеспечения их готовности.

Таким образом, необходимость решения научной задачи вызвана как теоретической, так и практической потребностью, при этом разрешимость задачи определяется; опытом эксплуатации и развития судоходных сооружений, обусловившему возможность проведения теоретических обобщений и новых практических выводов по оцениванию и обеспечению готовности, пропускной способности и других ЭС СШ; возможностью всесторонней проверки указанных обобщений и выводов с помощью современных математических методов, включая и моделирование подобных сложных процессов, возникающих при оценивании, прогнозировании и обеспечении готовности СШ.

Объектом исследования выступают однокамерные судоходные шлюзы ВВП. Предметом исследования является готовность как интегративное эксплуатационное свойство однокамерного судоходного шлюза.

Цель исследования заключается в разработке методики оценивания готовности однокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов в интересах повышения эффективности функционирования ВВП РФ.

Задачи исследования. Решение научной задачи и достижение цели исследования реализуются путем решения ряда частных задач:

1. Разработка методических основ оценивания готовности СШ.

2. Разработка метода оценивания готовности судоходных сооружений и концептуальных моделей функционирования (КМФ) однокамерных судоходных шлюзов;

3. Разработка системы комплексных и частных математических моделей оценивания (ММО) готовности однокамерных судоходных шлюзов;

4.Разработка устройств для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов, используемых для исследования готовности-однокамерных СШ;

5.Разработка рекомендаций по применению созданного методического аппарата, математических моделей, программного обеспечения и моделирующих устройств при оценивании (исследовании) готовности однокамерных СШ.

Методы^ исследования. Решение поставленной в диссертации научной задачи проведено с использованием системного подхода и анализа, метода пространства состояний, теории вероятностей и математической статистики, теории математического программирования и моделирования.

В ходе выполненных исследований получены следующие новые теоретические и практические результаты, выносимые на защиту:

1.Методические основы решения научной задачи.

2.Метод оценивания и показатели готовности однокамерных СШ.

3.Комплекс математических моделей оценивания готовности однокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов.

4.Устройства для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов, используемых при оценивании и исследования готовности однокамерных СШ;

5.Рекомендации по применению созданных методических основ, математических моделей, программного обеспечения и моделирующих устройств при исследовании (оценивании, прогнозировании) готовности однокамерных СШ.

Совокупность этих результатов и представляет содержание методики оценивания и исследования готовности однокамерных СШ к пропуску судов и может быть рекомендована в качестве основы для исследования и других ЭС, например, безотказности, восстанавливаемости, работоспособности, технологичности, подготавливаемое™, пропускной способности и Т.д.

Научная новизна и теоретическая значимость результатов, полученных в диссертации, заключается в следующем: а) в обосновании и разработки методических основ оценивания готовности судопропускных сооружений, включающих систему показателей готовности, методы и алгоритмы их оценивания, и позволяющих разрабатывать концептуальные и математические модели оценивания (исследования) влияния как эксплуатационно- технических параметров системы "судно-судоходный шлюз- диспетчер", так и условий, динамики и стратегий шлюзования на готовность СШ; б) в разработке системы комплексных и частных КМФ и математических моделей оценивания готовности однокамерных СШ, базирующихся на методе пространства состояний с использованием марковских и полумарковских процессов; в) в построении методики оценивания (исследования) готовности однокамерных СШ, позволяющая проводить разработкумахематических моделей, количественную оценку, прогноз готовности и обоснование путей ее обеспечения с учетом основных ЭТХ системы "судно- шлюз- диспетчер", особенностей и условий применения, режимов и динамики их функционирования.

Практическая значимость результатов состоит : а) в разработке комплекса ММО готовности однокамерных СШ, алгоритмов, программ и вероятностных моделирующих устройств, составляющих основу программно- математического обеспечения оценивания и исследования готовности однокамерных СШ; б) в проведении с использованием разработанных ММО готовности однокамерных СШ количественных исследований по оценке влияния основных ЭТХ, условий, особенностей, режимов и динамики их функционирования на готовность и разработки рекомендации по их использованию; в) в разработке инженерной методики оценивания и исследования готовности однокамерных СШ в различных условиях, а также устройств для моделирования процессов функционирования СШ, защищенных патентами РФ на изобретения и используемых при оценивании готовности СШ.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечиваются: правильным применением системного подхода и анализа и проведением широких обобщений; адекватным учетом особенностей создания, применения и функционирования однокамерных при разработке методического и математического аппаратов оценивания и исследования их готовности; строгостью математических выкладок и практической проверкой выдвигаемых основных положений в ходе машинного эксперимента.

Реализация результатов исследований. Результаты реализованы в учебнике и учебно- методических материалах, используемых в учебном процесс кафедры "Судовождение и судоходные сооружения" МГАВТ; в патентах на изобретения "Устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов"; в сборниках научных трудов МГАВТ, посвященных повышению готовности и эффективности судопропуска, а также в информационных сборниках ЦБНТИ Минтранса РФ "Наука и техника на речном транспорте".

Апробация работы. Результаты диссертационной работы неоднократно докладывались и получили одобрение на научно- практических конференциях профессорско- преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Московской государственной академии водного транспорта (1997- 2000 гг.), а также на научных семинарах кафедры "Судовождение и судоходные сооружения" МГАВТ (1996-20000 гг.).Работа в целом апробирована на расширенном заседании вышеупомянутой кафедры с привлечением специалистов других кафедр академии и внешних организаций (05.2000 г.)

Публикации. Материалы исследований опубликованы, в.одног&учеб.-нике, 5 тезисах научных докладов, 19 научных статьях и 2 патентах РФ на изобретения. Всего 30, из них 25 печатных трудов по теме диссертации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложенй, изложена на 145 страницах машинописного текста и включает 23 рисунка, 9 таблиц, списка литературы из 71 наименования, из них 5 зарубежных.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация водного транспорта, судовождение», Адерихина, Елена Ивановна

Выводы

1. Разработана структура методики оценивания (исследования) готовности однокамерных СШ, базирующаяся на полумарковских и марковских процессах и включающая индивидуальную и универсальную части. Индивидуальная часть отражает специфику конкретного СШ и принятых моделей их функционирования в различных условиях. Универсальная часть отражает закономерности полумарковского (марковского) процесса функционирования СШ. Рассмотренные структура и содержание методики показывают каким образом создаются модели функционирования, полумарковские и марковские ММО готовности СШ, а также как эти модели использовать при оценивании и исследовании готовности СШ.

2. Для проведения количественного оценивания готовности по полученным в работе ММО разработаны алгоритм и компьютерная программа, реализуемая в диалоговом режиме и и позволяющая проводить оценивание и исследование готовности СШ.

3.По количественным результатам, полученным с помощью ММО готовности на ЭВМ, построены некоторые графические зависимости, позволяющие- наглядно проследить характер влияния параметров на готовность СШ к применению, а также выделить наиболее управляемые параметры, существенно влияющие на готовность СШ, и определять рациональные диапазоны их изменений.

4.Применительно к базовой модели функционирования СШ разработана имитационная модель и программа на языке ОРЗЗ, позволяющая проводить количественные исследования показателей готовности СШ к пропуску судов.

5. Полученные в процессе моделирования с использованием разработанных имитационной модели и программы результаты для различных законов распределений случайных параметров, характеризующих процесс функционирования СШ (Гамма, Вейбулла, Эрланга и показательное) свидетельствуют, что влияние видов и законов распределений случайных параметров СШ существенно на готовность СШ (рис.4.10),а показательный закон распределения дает нижнюю оценку готовности СШ, поэтому это необходимо учитывать при использовании аналитических и имитационных моделей для оценивания готовности СШ.

6.Разработан комплекс технических решений, защищенных патентами на изобретения, вероятностных моделирующих устройств для оценивания и исследования готовности и других эксплуатационных свойств существующих и перспективных СШ, позволяющих учитывать особенности их структурного построения, режимы, условия и динамику функционирования и автоматизировать процессы оперативного исследования готовности СШ как при создании, так и эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совершенствование судопропускньгк сооружений, их эксплуатационно-технологических процессов при подготовке к пропуску судов и шлюзовании, возрастание роли фактора времени простоя СШ на эффективность функционирования внутренних водных путей, а также возросшие требования к безопасности судовождения предъявляют новые требования к повышению готовности судоходных шлюзов, являющихся одним из основных звеньев водной транспортной системы страны.

Большая ответственность задач, решаемых судопропускными сооружениями, значительные экономические затраты^ связанные с, их. созданием и эксплуатацией, подверженность негативным воздействиям предъявляют особенно жесткие требования к эксплуатационным свойствам, в первую очередь к готовности и эффективности судоходных шлюзов (СШ). Повышение требований к готовности, как важнейшей составляющей и существенно определяющей эффективность функционирования СШ, жесткие сроки их создания и специфические способы их эксплуатации вызывают настоятельную необходимость совершенствования системы эксплуатации и ее составной части- системы обеспечения готовности (СОГ) СШ. Любые просчеты и недостатки в процессе создания и отработки СОГ СШ вызывают в дальнейшем значительные потери готовности СШ к шлюзованию, увеличению материальных и людских ресурсов на поддержание СШ в готовности к применению и приводят к значительному снижению пропускной способности. Чтобы исключить или уменьшить это, необходимо располагать хорошим инструментом оценивания и обоснования путей обеспечения готовности СШ.

На основании обобщения опыта создания и эксплуатации СШ, а также проведенных автором теоретических исследований в диссертации сформулирована и решена научная задача— разработка метода и математических моделей оценивания готовности однокамерных судоходных шлюзов к применению.

К основным теоретическим результатам работы относятся:

1.Впервые в теории и практики судопропускных сооружений ВВП рассматривается задача оценивания готовности, как интегративного свойства судоходных шлюзов. В результате решения этой задачи разработана теоретическая и практическая части методики оценивания (исследования) готовности однокамерных судоходных шлюзов, включающей метод пространства состояний и полученный на его базе полумарковский и марковский алгоритмы и комплекс математических моделей оценивания готовности, а также программное обеспечение и вероятностные моделирующие устройства, защищенные патентами РФ на изобретения.

2.Обоснование и выбор метода пространства состояний, базирующегося ira теории управляемых марковских и полумарковских процессов для решения задачи оценивания готовности судоходного шлюза как интегративного свойства, характеризующего его способность выполнять заданные функции в произвольный момент времени.

3. Методические основы оценивания и обоснования путей обеспечения готовности СШ к применению, включающие: структурную формализацию процесса функционирования системы обеспечения готовности СШ; систему показателей оценивания готовности СШ, существенно дополняющих ранее известные, и позволяющих в отличие от них проводить всестороннее и комплексное оценивание влияния как отдельных параметров системы обеспечения готовности СШ, условий применения и динамики функционирования, так их совокупности на готовность системы СШД к применению; алгоритм и метод оценивания готовности системы СШД, базирующийся на описании процессов функционирования СОГ СШ в виде управляемых марковских и полумарковских процессов; структуру общей методики оценивания и исследования готовности СШ к пропуску судов.

4.Комплекс полумарковских и марковских математических моделей оценивания готовности однокамерных СШ (систем "судно- судоходный шлюз- диспетчер") к применению и соответствующих им концептуальных моделей функционирования, позволяющих проводить количественную оценку готовности и других эксплуатационных свойств, оценивать влияние основных эксплуатационно- технологических характеристик СОГ СШ, особенностей и условий применения, режимов и динамики функционирования на готовность СШ, а также прогнозировать и обосновывать требования к параметрам как СОГ СШ, так и шлюзуемых судов, обеспечивающим заданные значения показателей готовности СШ.

Практическими результатами исследования являются:

1.Методика анализа и синтеза системы обеспечения готовности СШ, включающей решение задачи оценивания и прогнозирования готовности СШ на каждом иерархическом уровне (анализ) и обоснования рациональных значений параметров СОГ СШ из числа, удовлетворяющих требованиям заданной готовности СШ (синтез).

2.Комплекс разработанных математических и имитационных моделей оценивания готовности, алгоритмов, и реализующих их машинных программ, составляющих математическое и программное обеспечение подсистемы оценивания, прогнозирования и обоснования путей обеспечения готовности однокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов, которые могут найти применение при исследовании готовности и эффективности функционирования СШ.

3.Технические решения, защищенные патентами РФ на изобретения, вероятностных моделирующих устройств для исследования готовности и других эксплуатационных свойств существующих и перспективных судоходных шлюзов, позволяющих учитывать особенности их структурного построения, режимов, условий и динамики функционирования и автоматизировать процессы исследования готовности и других эксплуатационных свойств как на этапе создания, так и эксплуатации судоходных шлюзов.

4.Ряд практических рекомендаций по оцениванию, прогнозированию и управлению готовностью однокамерных СШ на основании результатов, полученных на ЭВМ с использованием разработанных математических и имитационных моделей. Основными из которых являются: а) при исследовании готовности СШ к пропуску судов необходимо учитывать не только их параметры, но и надежность систем СШ и шлюзуемых судов, условия и стратегии шлюзования, режимы и динамику функционирования, проводимые эксплуатационные мероприятия и параметры потоков поступающих на шлюзование судов, а также характеристики обслуживающего персонала, т. е. исследовать готовность эргатической системы "судно- шлюз - диспетчер"; б) при разработке концептуальных моделей функционирования системы обеспечения^ готовности и математических моделей оценивания готовности перспективньЬс СШ необходимо правильно выбрать признаки классификации (выделения) состояний (режимов) СОГ СШ и предполагаемые переходы между ними, возможные стратегии шлюзования, обосновать состав параметров и виды законов распределений времен пребывания в состояниях СОГ СШ, которые необходимо учесть при оценивании и обеспечении готовности, определить элементы базовой модели и на ее основе формировать систему математических моделей оценивания готовности СШ для наиболее вероятных концептуальных моделей функционирования; в) при исследовании влияния на готовность СШ различных параметров СОГ, способов и условий, режимов и динамики функционирования системы СШД в первом приближении в целях упрощения можно пользоваться марковскими математическими моделями для стационарного режима, так как они позволяют проследить общий характер изменения показателей готовности, при этом получаемые значения являются заниженными на 10-15% [27,63]. При детальном анализе целесообразно применять полу марковские математические модели оценивания готовности, позволяющие более адекватно описать реальные процессы и получить более достоверные оценки готовности; г) для определения максимально возможного изменения (приращения) показателя готовности системы СШД за счет того или другого параметра СОГ, условия и способа, режима и динамики функционирования целесообразно совместное использование результатов, получаемых соответственно по комплексной и частным моделям готовности, а по величине этих изменений и реальным возможностям определять целесообразность того или иного пути изменения управляемого параметра в целях достижения требуемой готовности СШ в различных условиях; д) для достижения возможных путей обеспечения требуемой готовности СШ к применению с использованием разработанных математических моделей оценивания готовности необходимо провести всестороннюю количественную оценку как комплексного, так и индивидуального влияния параметров исследуемого процесса функционирования системы СШД и условий применения на ее готовность и на этой основе определить за счет изменения каких параметров, на каких направлениях, и на какую величину можно обеспечить требуемый уровень готовности в тех или иных условиях, что в свою очередь позволяет отыскивать рациональные пути обеспечения требуемой готовности СШ с учетом конкретных стратегий шлюзования, негативных воздействий и возможностей систем СШ и судов, а также обслуживающего персонала. Проведенный анализ некоторых количественных результатов показал, что наибольшее влияние на готовность СШ к пропуску судов оказывают параметры потоков поступающих судов (загрузка СШ), подготовки систем шлюза, судна и обслуживающего персонала к шлюзованию, параметры непосредственного шлюзования, отказов и восстановлений работоспособности, проведения профилактических мероприятий и т. д.; е) в процессе создания перспективных однокамерных СШ и обосновании количественных требований к параметрам системы обеспечения готовности СШ целесообразно исходить из результатов, получаемых на основании разработанных математических и имитационных моделей оценивания готовности СШ, учитывающих их специфику и особенности, рассмотренные выше.

5. Результаты экспериментального исследования возможностей разработанных методических основ (математического аппарата) решения задачи оценивания готовности СШ к применению при различных исходных данных подтвердили их работоспособность и возможность реального применения разработанных математических и имитационных моделей, алгоритмов и компьютерных программ в специальном математическом обеспечении для оценивания и исследования готовности и других эксплуатационных свойств СШ.

Полученные научные и практические результаты обеспечивают дальнейшее развитие теории судопропускных сооружений, включая и теорию их эксплуатации, и имеют существенное значение для создания новых и развития существующих судоходных шлюзов, для теории и практики оценивания показателей не только готовности, но и других эксплуатационных свойств и обосновании путей их поддержания, отработки системы обеспечения готовности как составной части системы эксплуатации на стадии создания, эксплуатации и совершенствования СШ, повышения уровня обоснованности принимаемых решений в ходе задания, оценки и проверки выполнения требований системы обеспечения готовности и пропускной способности судопропускных сооружений и , как следствие, обеспечивая условный экономический эффект в виде сокращения потерь показателей эксплуатационных свойств, в том числе и готовности СШ, которые могли бы иметь место при назначении нерациональных (неоптимальных) параметров СОГ СШ, а также при выборе нерациональных путей обеспечения требуемых показателей эксплуатационных свойств. Результаты диссертации могут найти применение в Департаменте внутренних водных путей РФ, ЦНИИЭВТ и других организациях при эксплуатации и совершенствовании существующих СШ, а также при обосновании технико- эксплуатационных и экономических требований к перспективным судопропускным сооружениям и их системам обеспечения показателей эксплуатационных свойств.

Итак, разработана единая методическая основа оценивания и исследования готовности однокамерных судоходных шлюзов, объединяющая фазы создания, планирования, оперативного управления и координации деятельности по обеспечению готовности системы СШД на основе приведенных в работе методов оценивания, математических и имитационных моделей и новых технических решений в виде вероятностных моделирующих устройств функционирования судоходных шлюзов, защищенных патентами РФ на изобретения.

Дальнейшее развитие полученных в работе результатов целесообразно вести по следующим направлениям: постановка задач и получение с помощью разработанных методических основ математических моделей и алгоритмов для широкого крута задач анализа и синтеза систем обеспечения не только показателей готовности, но и других эксплуатационных свойств разнотипных СШ и их группировок, включая и ВВП в целом, на стадиях их эксплуатации, совершенствования и создания; постановка задач и получение с помощью разработанных методических основ экономико- математических моделей оценивания показателей эксплуатационных свойств различных структур систем обеспечения готовности как однотипных , так и разнотипных СШ; обоснование путей развития экспериментально- испытательной базы для отработки структур, содержания и алгоритмов функционирования систем обеспечения показателей эксплуатационных свойств перспективных СШ и т. д.

Таким образом, в диссертации поставлена и решена новая научная задача, в ходе решения которой: проведен анализ и обобщение работ в области оценивания готовности судопоходных шлюзов и сформулированы основные направления данного исследования; получили дальнейшее развитие методические основы оценивания и исследования эксплуатационных свойств сложных систем и , в частности, готовности однокамерных судоходных шлюзов к пропуску судов, включающие обоснование показателей, разработку метода и алгоритмов их оценивания и исследования готовности СШ к применению; разработан комплекс полу марковских и марковских математических и имитационных моделей оценивания готовности, а также устройств для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов, защищенных патентами РФ на изобретения, и на их основе создана методика комплексного оценивания и исследования готовности однокамерных судоходных шлюзов, доведенная до инженерного практического использования, которая может быть применена для исследования других эксплуатационных свойств.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Адерихина, Елена Ивановна, 2000 год

1. Адерихина Е.И. Метод и математические модели оценивания готовности и эффективности функционирования однокамерного судоходного шлюза. М., Информационный сборник (ИС) ЦБНТИ Минтранса РФ "Наука и техника на речном транспорте" (HTPT),N3, 1997, с.4- 13.

2. Адерихина Е.И. Комплексная марковская математическая модель оценивания готовности и эффективности функционирования судоходного шлюза при различных стратегиях шлюзования. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ "НТРТ", N4,1997,c.23-33.

3. Адерихина Е.И. Метод и полумарковские математические модели оценивания показателей эксплуатационных свойств судоходных шлюзов. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ "НТРТ", N5, 1999, с. 22-34.

4. Адерихина Е.И. Структурная формализация процесса функционирования системы обеспечения готовности судоходных шлюзов. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ "НТРТ", N6, 1999,с. 12-17.

5. Адерихина Е.И. Метод выбора оптимального процесса функционирования судоходного шлюза и его оборудования. М. ИС ЦБНТИ Минтранса РФ "НТРТ", N3, 1998, с. 18-23.

6. Адерихина Е.И., Романов A.B. Метод оценки влияния негативных воздействий на готовность сложных систем (тезисы доклада). М.,МГАВТ, Материалы XIX НПК ППС, научных сотрудников и аспирантов МГАВТ, 1997,с. 17.

7. Адерихина Е.И., Романов A.B., Бочаров Ю.В. Метод и модели оценивания влияния негативных воздействий на готовность сложных систем и комплексов. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ "НТРТ", N7, 1997, с. 8-18.

8. Ю.Адерихина Е.И., Романов A.B. Графоаналитический метод оценки влияния эксплуатационных характеристик судоходных шлюзов на их готовность к пропуску судов. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ, N6, 1998, с. 16-22.

9. Адерихина Е.И., Бочаров Ю.В. Комплексная полумарковская математическая модель оценивания показателей эксплуатационных свойств однокамерных судоходных шлюзов. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ, N2, 1999, с. 12-26.

10. Адерихина Е.И., Бочаров Ю.В. Оценка показателей эксплуатационных свойств судоходных шлюзов на основе моделирования процессов их функционирования. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ, N12,1998, с. 1-7.

11. Адерихина Е.И. Метод исследования влияния основных эксплуатационных показателей процесса шлюзования на эффективность функционирования судоходного шлюза. М.,МГАВТ, Сборник научных статей, 1999, с. 68-77.

12. Адерихина Е.И. Метод выбора оптимального процесса функционирования судоходного шлюза (тезисы доклада). М.,МГАВТ, Материалы XXI НПК ППС, научных сотрудников и аспирантов МГАВТ,1999,с. И.

13. Адерихина Е.И. Метод и полумарковские математические модели оценивания показателей эксплуатационных свойств судоходных шлюзов (тезисы доклада). М., МГАВТ, Материалы XXI НПК ППС, научных сотрудников и аспирантов МГАВТ, 1999,с. 12.

14. Адерихина Е.И., Адерихин И. В., Киръяков С. С. Основные положения методики построения полумарковских математических моделей оценивания показателей эксплуатационных свойств сложных систем и комплексов. М., МГАВТ, Сборник научных трудов, 1999,с. 138-151.

15. Адерихина Е.И., Киръяков С.С., Романов A.B. Метод учета влияния негативных воздействий на показатели эксплуатационных свойств сложных систем. М., МГАВТ, Сборник научных трудов, 1999, с. 77-87.

16. Адерихина Е.И., Адерихин И.В., Богомолов Т,0., Похабов В.И. Алгоритм и методика построения полумарковских математических моделей оценивания и исследования готовности сложных систем. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ, "НТРТ", N11, 1996, с. 18-31.

17. Адерихина Е.И., Адерихин И.В., Бочаров Ю.В., Киръяков С.С. Устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов. М., Патент на изобретение N2123719 от 20.12.1998 Российского агентства по патентам и товарным знакам.

18. Адерихина Е.И., Адерихин И.В., Радионов И,И., Киръяков С.С. Устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов. Положительное решение ФИПС РФ по заявке на изобретение N99110926/09(011551) от 20. 08.1999.

19. Адерихина Е.И., Адерихин И.В., Бочаров Ю.В., Киръяков С.С. Устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов( материалы заявки на изобретение). Основы инноватики и патентоведения./Учебник, Л.,СПГУВК,1997,с.386-408.

20. Адерихина Е.И., Адерихин И.В., Бочаров Ю.В., Малышев М.В. Обоснование показателей и метода оценивания готовности к применению судового навигационного автоматизированного комплекса. М.,ИС Минтранса РФ "НТРТ", N4, 1996, с. 33-40.

21. Александров В. Реконструкция Беломорско- Балтийского канала. Итоги и выводы. М.,ж. Речной тран-т, N6, 1986, с. 36-38.

22. Александров В. Проблемы Беломорско- Балтийского канала. М., ж. Речной тран-т, N2, 1995, с. 43-46.

23. Баланин В., Зернов Д. Пропускная способность шлюзов. М., ж. Речной тран-т, N7, 1975, с.30-33.

24. Быков Н.П., Бочаров В.В. Гидротехнические сооружения на внутренних водных путях. М., Транспорт, 1987.

25. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем.М., Наука, 1968.

26. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М., Наука, 1980.

27. Вентцелъ Е.С. Исследование операций. М., Наука, 1985.

28. Шрайбер Т. Моделирование на языке GPSS, Мир, 1980.

29. Внутренние водные пути России. М., Росречфлот, 1998.

30. Дынкин Е.Б., Юшкевич A.A. Термины и задачи о процессах Маркова. М., Наука, 1966.

31. Дынкин Е.Б. Марковские процессы. М., Физматгиз, 1963.

32. Евсеева В. М. Совершенствование методики расчета пропускной способности судоходного шлюза на основе моделирования./Дис-я.к.т.н., ЦНИИЭВТ, М., 1989.

33. Инструментальные средства персональных ЭВМ /Под ред. Б. Г. Трусова, в 10 томах, М., Высшая школа, 1993.

34. Зернов Д., Киръяков С. Возможности увеличения пропускной способности Волго- Балта. М., ж. Речной тран-т, N6,1973, с. 40-41.

35. Зернов Д. Критерии оценки судопропуска. М., ж. Речной тран-т, N4, 1984, с. 38-39.38.3ернов Д. А. Снижение затрат времени на пропуск судов через шлюзы. М., МИВТ, Сборник научных трудов, 1992, с. 70-77.

36. Киръяков С,С., Похабов В.И., Адерихина Е.И. Анализ натурных исследований ввода и вывода судов в шлюзах. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ "НТРТ", N10, 1996, с. 11-21.

37. Киръяков С.С., Адерихина Е.И. Метод оценивания влияния основных эксплуатационных характеристик на эффективность функционирования судоходных шлюзов, (тезисы доклада). М., МГАВТ,

38. Материалы XX1 НПК ППС, научных сотрудников и аспирантов МГАВТ, 1999, с.13.

39. Киръяков С.С. Обеспечение судоходных условий на водных путях, М., МИИВТ, 1987.

40. Киръяков С.С., Тимошина В.Б. Пути повышения пропускной способности Беломорско- Балтийского канала, М., МИВТ, Сборник научных трудов, 1990, с. 132-142.

41. Киръяков С. С., Тимошина В. Б. Разработка эксплуатационных характеристик шлюзов по их пропускной способности. М., МИВТ, Сборник научных трудов, 1992, с.5-15.

42. Киръяков С.С., Похабов В.И. Экспериментальные лабораторные исследования ввода и вывода судов в камерах судопропусктаьгх сооружений. М., МИВТ, Сборник научных трудов, 1992.

43. Киръяков С.С. Исследование дополнительных осадок и скоростей при входе и выходе судов в шлюзах/Дис-я.к.т.н., Л., ЛИВТ, 1971.

44. Клюев В.В. Ускорение шлюзования транзитным попуском воды/Дис-я.к.т.н., Л., ЛИВТ, 1984.

45. Колосов М.А., Кузнецов В,С, и др. Резервы пропускной способности портов и водных путей. Сборник научных трудов ЛИВТа, Л., 1984.

46. Махлин Е.М. Выбор рациональных путей увеличения пропускной способности судоходных шлюзов/Дис- я.к.т.н., М., 1972.

47. Михайлов B.C. Увеличение пропускной способности водного пути по р. Алдан, вызванное выходом на Томмот Амуро- Якутской железнодорожной магистрали/Дис- я.к.т.н., Новосибирск, 1998.

48. Основные направления развития водных путей и транспортного флота. Труды ЦНИИЭВТа под ред. Д.К. Земляновского, М., 1983.

49. Панфилов И. В., По ловко A.M. Вычислительные системы. М., Сов. радио, 1980.

50. Похабов В.И., Киръяков С.С., Адерихина Е.И. Анализ уравнений поршневого эффекта и движения судна в камере шлюза. М., Сборникнаучных трудов, МГАВТ, 1999,с.280-284.

51. Похабов В.И., Адерихина Е.И., Бочаров Ю.В. Анализ результатов экспериментальных исследований движения судов в судоходных сооружениях. М., ИС ЦБНТИ Минтранса РФ "НТРТ" ,N9, 1996, с 1-10.

52. Похабов В.И., Киръяков С.С. Сетевые модели планирования судоходства на Единой глубоководной системе РФ. М., Сборник научных трудов, МГАВТ, 1999, с.267-272.

53. Пьяных С.М. Анализ скоростей входа и выхода судов из шлюзов. Труды ГИИВТ, вып.70, 1965.

54. Пъяиых С.М. Методика нормирования затрат времени судами при прохождении шлюзов. Вопросы эксплуатации речного флота, Труды ГИИВТа, вып. 117, 1972, с 100-116.

55. Разгуляев А.Б. Концепция функционирования внутренних водных путей в рыночных условиях. Труды ЛИВТа "Эксплуатация водных путей и гидротехнических сооружений, 1992, с.87-94.

56. Семенов H.A., Варламов Н.Н.,Баланин В.В. Судоходные каналы, шлюзы и судоподъемники. М., Транспорт, 1970.

57. Сильвестров Д.С. Полумарковские процессы и их приложения. К., Наукова думка, 1982.

58. Тараканов К.В., Овчаров Л.А., Тырышкин А.Н. Аналитические методы исследования систем. М., Сов. радио, 1974.

59. Тихонов В.И., Миронов Н.П. Марковские процессы. М., Сов. радио, 1977.

60. Четвериков В.Н. и др. Вычислительная техника для статистического моделирования. М., Сов. радио, 1982.

61. Ховард Р. Динамическое программирование и марковские процессы. М., Сов. радио, 1962.

62. Эксплуатация портов, водных путей и гидротехнических сооружений. Сборник научных трудов ЛИВТа, Л,, 1990.

63. L'Europe des voles naviqables se fere-f-elle sans njus?/Sarre Georgts/ I. mav. mardi.- 1988- То. N3591.-c.2702-2708 (фр).

64. Внутренние водные пути в странах Западной Европы).

65. An optimal scheduling system forthe weiland Canal/Petersen E.R.,Taylor A.J.//Transp, Sci-1988,-22, N3.-p 173-185 (англ).

66. Analysis of lock Capacity by simulation. Margiott R.A.'Transp. Res.Rek", N880. рЗ~7 (англ).(Исследование пропускной способности шлюза методом моделирования).

67. Hydraulie model investigations of navigation locks/ Tarnowski AXRozpr hydratechn) 1988, N50-p. 169-183 (англ) (Исследование судоходного шлюза на гидравлической модели).

68. Maksymalna zdolnose przepustoum drogi wodnej rz. Wisla- r.z. Odra/ zesz. hauk. P. Gdun Bud, Wod.-1990.-N79.-c.33-38 (польск) (Пропускная способность водного пути Висла- Одер).