Методологические подходы для определения оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.03, кандидат наук Огай, Сергей Алексеевич

• Огай, Сергей Алексеевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Огай, Сергей Алексеевич

О Г Л А В Л Е Н И Е Введение..........................................................................................9

Глава 1. Создание многоцелевых судов для арктических и замерзающих

морей по Стратегии развития судостроительной промышленности........25

1.1. Анализ направлений Стратегии развития судостроительной промышленности Российской Федерации..................................27

1.2. Суда ледового плавания и ледоколы, создаваемые в соответствии с федеральными программами и Стратегией развития судостроения.....................................................................29

1.3. Многоцелевые научно-исследовательские суда ледового плавания, построенные в Российской Федерации и за рубежом...................37

1.4. Многофункциональные ледоколы, создаваемые в Европе

и Северной Америке............................................................42

1.5. Опыт проектной модернизации и переоборудования многоцелевых ледоколов......................................................46

1.6. Танкеры для перевозки сжиженного природного газа и танкеры для перевозки нефтепродуктов для арктических и замерзающих морей.............................................................................. 55

1.7. Портовые и обслуживающие многофункциональные ледоколы......58

1.8. Функции многоцелевых судов ледового плавания, оцениваемые

с позиций федеральных интересов...........................................61

Глава 2. Многоцелевое судно ледового плавания как объект при определении характеристик на начальных этапах проектирования.........................67

2.1. Многофункциональность судна ледового плавания......................73

2.2. Системные уровни при проектировании судна ледового плавания... 79

2.3. Множества независимых числовых величин, характеризующих проект многоцелевого судна ледового плавания..........................84

2.4. Понятие общей комплексной системы, частью которой является проектируемое судно...........................................................89

2.5. Сопоставимость вариантов при определении оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания...........................................................................94

2.6. Соответствие системных уровней при проектной оптимизации многоцелевых судов ледового плавания и серийных судов...........95

2.7. Вероятностные свойства объекта при определении проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания..............100

2.8. Предмет методологических подходов при определении проектных характеристик и элементов многоцелевого судна ледового плавания..............................................................104

Глава 3. Критерии прочности судна и ледовой проходимости

при определении проектных ограничений.....................................107

3.1. Определение толщины форсируемого сплошного ледового поля

в зависимости от характеристик судна и его элементов...............112

3.2. Оценка общих характеристик силовой установки на начальных

этапах проектирования многоцелевого судна ледового плавания...130

3.3. Условие прочности корпуса в ледовом поле для оценки конструктивных элементов на начальных стадиях проектирования судна.........................................................133

3.4. Определение дополнительной толщины обшивки и массы

корпуса при соответствии судна заданным ледовым качествам.....138

3.5. Конструктивные усиления корпуса судна ледового плавания........141

3.6. Влияние конструктивных усилений на массу корпуса судна ледового плавания.............................................................143

3.7. Оценка проектных ограничений по ледовой проходимости на начальных этапах проектирования судна и в практике экспертных задач...............................................................148

3.8. Соответствие правил различных морских классификационных обществ по вопросам оценки ледовых категорий........................153

3.9. Оценка эксплуатационных качеств судна в ледовых условиях расчетными показателями выдерживаемой нагрузки..................154

3.10. Совместная оценка показателей мореходности судна и прочности корпуса в условиях льда.....................................................158

3.11. Показатель безопасной скорости движения судна во льдах.........160

3.12. Потеря ходовых качеств судна в битом льду............................163

3.13. Оценка предельной толщины льда, выдерживаемой

при обжатии корпуса..........................................................165

Глава 4. Характеристики размера судна ледового плавания и зависимости

проектных элементов от характеристик судна.................................169

4.1. Баланс водоизмещения многоцелевого судна ледового плавания

как форма учета его вероятностных свойств.............................171

4.2. Характеристика размера многоцелевого судна ледового плавания

и уравнение баланса водоизмещения......................................174

4.3. Учет прямых и косвенных приращений водоизмещения многоцелевого судна ледового плавания, вызванных проектными ограничениями.................................................182

4.4. Влияние на характеристику проектного водоизмещения заданных качеств судна в ледовых условиях..........................................185

4.5. Оценка водоизмещения на примере многоцелевого учебного судна ледового плавания, укомплектованного модульным оборудованием..................................................................188

4.6. Зависимости между проектными элементами

и характеристиками многоцелевого судна ледового плавания........201

4.7. Параметрические зависимости элементов многоцелевого судна ледового плавания от его проектных характеристик....................203

4.8. Соотношения между проектными элементами многоцелевого судна ледового плавания.....................................................205

Глава 5. Критерии для определения оптимальных проектных

характеристик многоцелевого судна ледового плавания....................209

5.1. Критерии для определения проектных характеристик транспортного судна, планируемого в серийную постройку.........212

5.2. Критерий оптимальности проектных характеристик многоцелевого судна для арктических и замерзающих морей.......221

5.3. Инвестиционные затраты на постройку многоцелевого судна ледового плавания для оценки целевой функции.......................230

5.4. Показатель операционных расходов для многоцелевого судна ледового плавания, используемый в составе критерия эффективности..................................................................233

5.5. Выбор базового сочетания данных при определении проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания..............239

Глава 6. Нахождение функции полезности и ее использование в составе

критерия оптимальности при определении проектных характеристик

многоцелевого судна ледового плавания........................................244

6.1. Варианты функции полезности в составе критерия оптимальности многоцелевого судна ледового плавания..............245

6.2. Выбор варианта функции полезности многоцелевого ледокола......252

6.3. Учет инвестиционного ограничения по размеру субсидий в постройку судна в форме штрафной поправки к целевой функции..........................................................................245

6.4. Целевая функция с учетом штрафной или премиальной поправки за соблюдение инвестиционного ограничения по размеру субсидий в создание судна..................................................257

6.5. Оценка инвестиционной поправки по относительной

и абсолютной величине.......................................................263

6.6. Зависимости критерия с учетом инвестиционной поправки

от размера судна................................................................265

Глава 7. Факторы устойчивости оптимальных значений характеристик

и проектных элементов судна.....................................................270

7.1. Устойчивость оптимальных проектных характеристик судна

в окрестности экстремума целевой функции.............................273

7.2. Устойчивость оптимальных характеристик многоцелевого судна ледового плавания (устойчивость свойства оптимальности характеристик)..............................................277

7.3. Устойчивость проектных характеристик при изменении экономических данных: инвестиционного ограничения, показателя рисков и транспортного тарифа...............................283

7.4. Устойчивость проектных элементов многоцелевого судна ледового плавания.............................................................287

7.5. Взаимозаменяемость характеристик многоцелевого судна ледового плавания и его проектных элементов

при нахождении их оптимальных значений.............................294

Глава 8. Характеристики и функции общей системы, в которую входит судно, влияющие на результаты проектной оптимизации многоцелевого судна ледового плавания........................................302

8.1. Влияние инвестиционного ограничения на оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания..................................304

8.2. Инновационные морские технические средства, как общая комплексная система, служащая для определения проектных ограничений.....................................................................306

8.3. Функции судов, связанные с их конструкцией

и с инновационными технологическими активами в судостроении..................................................................309

8.4. Приоритетность и отраслевой баланс в судостроении

и судоходстве...................................................................310

8.5. Цели субсидирования, соответствующие характеристикам общей

системы, в которую создаваемое судно входит

как подсистема..................................................................313

8.6. Классифицирование самостоятельных целей, для которых субсидируется постройка судов и развитие

судостроительной промышленности.......................................315

8.7. Нахождение инвестиционного ограничения субсидий в создание судна с учетом их распределения на инвестиционные цели..........320

8.8. Определение субсидируемого размера судна с учетом обобщения показателей рисков инвестирования в самостоятельные цели.......327

8.9. Влияние инвестиционных ограничений на целевую функцию

и оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания... 330

Заключение....................................................................................332

Список сокращений и условных обозначений..........................................354

Список литературы..........................................................................367

Приложение 1. Организация судостроительной промышленности

для постройки инновационных судов, включая многоцелевые суда ледового плавания, и развитие системы обучения работников

для судостроения.....................................................................387

Приложение 1.1. Формы совместного участия администраций и корпоративных инвесторов в развитии инновационного

судостроения......................................................................................394

Приложение 1.2. Направления развития судостроительной

промышленности с учетом зарубежного опыта.........398

Приложение 1.3. Кооперирование в инновационном судостроении на основе создания специализированных судосборочных

верфей для модульной постройки.............. 403

Приложение 1.4. Участники инвестирования при осуществлении

Стратегии развития судостроительной промышленности.... 407

Приложение 1.5. Целесообразность совмещения строительства инновационных судов и серийных в соответствии

с рыночным спросом...........................................................411

Приложение 1.6. Источники финансирования по направлениям

развития судостроительной промышленности...........................412

Приложение 1.7. Приоритетный характер бюджетного субсидирования в развитие судостроительных

предприятий.....................................................................417

Приложение 1.8. Наиболее общие характеристики объекта инвестирования при осуществлении Стратегии развития

судостроительной промышленности.......................................419

Приложение 1.9. Ожидаемые результаты выполнения планов по Стратегии развития судостроительной

промышленности...............................................................420

Приложение 1.10. Профессиональная подготовка специалистов

для инновационного судостроения.........................................421

Приложение 1.11. Общее планирование профессионального обучения специалистов для инновационного

судостроения....................................................................424

Приложение 1.12. Специализации по программам обучения кораблестроению и связанных с ним профессиональных

направлений.....................................................................430

Приложение 1.13. Профессиональная среда в судостроении..............433

Приложение 2. Внедрение результатов диссертации................................435

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методологические подходы для определения оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания»

Введение

А к т у а л ь н о с т ь и с с л е д о в а н и я. Основной движущей силой для обновления флота гражданских судов и развития судостроительной промышленности служат цели освоения морей. В Российской Федерации особое значение имеет морская промышленная деятельность в замерзающих морях Дальнего Востока и Восточного сектора Арктики, в зонах интересов по развитию северных территорий, в сфере организации морских транспортных коммуникаций, в том числе Северного морского пути, и освоения морских ресурсов в этих районах. В то же время серийное судостроение, осуществляемое за рубежом и хорошо освоенное в промышленно развитых странах Восточной Азии, ориентированное на широкий рыночный спрос в отношении судов, предназначенных для применения в умеренных и тропических широтах, обычно не охватывает постройку судов арктических и других категорий, пригодных для эксплуатации в замерзающих морях.

Спрос в отношении обновления флота и создания судов инновационного назначения, состав которых отражен в Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 г. и на дальнейшую перспективу /116/, утвержденной приказом № 354 от 06 сентября 2007 г. Министерства промышленности и энергетики, формируется на уровне Правительства, характеризует особенные для Российской Федерации потребности развития судоходства в замерзающих морях, а постройка судов соответствующих типов дает возможность с использованием федеральных субсидий развивать судостроительную промышленность за рамками конкурирования с зарубежным серийным судостроением. Причем объектом развития помимо флота судов инновационного назначения в конечном счете выступают судостроительные верфи и заводы, а также научные и проектные организации и профильные университеты.

24 декабря 2012 г. постановлением Правительства Российской Федерации № 2514-р утверждена Государственная программа Российской Федерации «Развитие судостроения на 2013-2030 годы» /32/. Ответственным исполнителем программы в соответствии с распоряжением является Министерство промышленно-

сти и торговли России. В реализации программы участвуют Росморречфлот и Ро-срыболовство. Предусматривается решение следующих приоритетных задач: создание опережающего научно-технического задела и технологий, необходимых для создания перспективной морской и речной техники; укрепление и развитие научного, проектно-конструкторского и производственного потенциала отрасли; обеспечение безусловного выполнения государственного оборонного заказа и государственной программы вооружения; развитие кадрового потенциала судостроительной промышленности и закрепление его на предприятиях отрасли; обеспечение эффективности работы отрасли и инвестиционной привлекательности отечественного судостроения, включая достижение уровня передовых стран по качеству судостроительной продукции. Программа будет реализована в 20132030 годах в три этапа: первый этап планируется осуществить с 2013 по 2016 г.; второй этап - с 2017 по 2025 г. и третий - с 2026 по 2030 г. Нужно заметить, что Государственная программа развития судостроения, включающая в себя ряд подпрограмм, характеризует плановые показатели и ресурсы более детально, чем это представлено в Стратегии развития судостроительной промышленности. В центр внимания ставится как создание морских и речных судов различного назначения, в значительной степени судов ледового плавания, так и обновление судостроительных верфей и заводов.

Важнейшим этапом создания инновационного судна, оказывающим преобладающее влияние на эксплуатационные и экономические показатели, как судна, так и судостроительных предприятий, выступает проектирование, прежде всего его начальные этапы. Научные подходы и достижения на начальных этапах проектирования служат фундаментом эффективности в судоходстве и в судостроении. Возможные ошибки, если таковые допущены на этапе проектирования, в дальнейшем, как правило, неустранимы и могут принести наибольший вред, особенно если создается судно инновационного типа, для которого аналоги представлены недостаточно. Указанные причины обусловливают актуальность всесторонних исследований и разработки подходов, методов и моделей для определения характеристик и элементов при проектной оптимизации инновационных судов для замерзающих морей.

В то же время постройка инновационных судов, в том числе многоцелевых судов ледового плавания, в отличие от серийной постройки судов основных типов требует максимального технического уровня производства и соответствующей квалификации работников. С другой стороны, именно эти направления деятельности открывают возможности конкурирования за рамками серийного судостроительного производства, а также предопределяют хорошие экономические показатели в судостроении ввиду превышения спроса над предложением по причине ограниченности предложения в связи с необходимым для постройки судов этого типа высоким технологическим уровнем.

Решение задач развития судостроительной отрасли, а также обновления и пополнения флота судов определенного назначения, предписываемого Стратегией, тесно связано с созданием методов проектирования судов новых типов, для определения проектных характеристик, которых, малопригодны подходы, основывающиеся только на использовании аналогов ввиду ограниченности числа аналогов для таких судов, и требуется разработка на основе системного подхода методов проектной оптимизации и математических моделей в наибольшей степени независимых от наличия близких проектных аналогов, чтобы использовать эти модели при определении оптимальных характеристик и элементов создаваемых многоцелевых судов ледового плавания.

К числу характерных отраслевых особенностей экономики морского транспорта, оказывающих наибольшее воздействие на показатели эффективности, рентабельности и окупаемости активов, в первую очередь нужно отнести влияние инвестиций в пополнение и обновление флота. Это следует из анализа отчетности по балансу, прибыльности и убытков большинства действующих судоходных компаний, что отличает экономику морского транспорта от ряда других отраслей.

Данный факт, а также накапливающийся износ и устаревание флота устанавливают приоритет задач в сфере морского транспорта. К числу наиболее важных задач следует отнести замену устаревшего и изношенного флота и инвестирование в постройку и ввод в эксплуатацию новых судов, которые должны отвечать современным требованиям. Иными словами, нужна не замена выбывающих судов на стереотипные, а создание судов новых типов и проектов в соответствии с

задачами представленными в Стратегии развития судостроительной промышленности и в федеральных программах.

Иные актуальные задачи, такие, например, как создание отдельных устройств, механизмов, агрегатов, систем, приборов, технологий и пр. , подчинены комплексной цели обновления флота, которая с экономической стороны выступает доминирующей в отрасли морского транспорта, и для ее достижения нужно кооперирование отраслей судоходства и судостроения как в Российской Федерации, так и на международном уровне.

Перспективы судостроения и судоходства в замерзающих морях тесно взаимосвязаны на уровне экономического спроса и планов развития регионов, омываемых этими морями. Эти отрасли формируются в условиях международного конкурирования и партнерства. На Дальнем Востоке Российская Федерация граничит с промышленно развитыми государствами, для которых характерно массовое серийное судостроение, направленное на удовлетворение спроса в отношении судов основных типов, эксплуатирующихся на морских грузопотоках преимущественно в средних и тропических широтах. Спрос в Российской Федерации в отношении инновационных судов для замерзающих морей служит стратегическим мотивом для развития судостроения в условиях международного конкурирования.

Этот фактор спроса в свою очередь открывает дополнительные возможности для судостроительного производства, включая направления сотрудничества с предприятиями в странах массового серийного судостроения и пути технологического усовершенствования российских судостроительных предприятий по мере изменения в перспективе линейки проектов строящихся судов и укомплектования флота судами ледового плавания. Это показывает направления привлечения как внутренних, так и иностранных инвестиций и технологических ресурсов в российское судостроение.

Существует определенное сходство позиций по вопросам развития судостроительной промышленности в Российской Федерации и в некоторых других высокоразвитых в промышленном отношении государствах, для которых, тем не менее, не характерно столь массовое гражданское судостроение, как в промыш-ленно развитых странах Азиатско-Тихоокеанского региона. Это сходство харак-

теризует развитие гражданского судостроения в Российской Федерации и в ряде стран Европы и Северной Америки. Движущим мотивом для гражданского судостроения в этих государствах может выступать консолидированный спрос в отношении нетиповых инновационных судов, которые не освоены серийно, а производятся единично или малыми сериями. Упоминаемое сходство условий развития гражданского судостроения могло бы служить основой для отраслевой кооперации предприятий судостроения в Российской Федерации и в этих странах. Как альтернативное направление развития судостроительной промышленности за рамками конкурирования с массовым серийным судостроением в государствах Восточной Азии, можно рассматривать постройку единично и малыми сериями в Российской Федерации конструктивно разнообразных и технически сложных судов, таких как многоцелевые суда ледового плавания. Эти особенности в отношении перспективных типов судов для их освоения в постройке связаны с необходимым технологическим уровнем производства и квалификации работников судостроительных предприятий и проектных бюро, которые должны быть способны осваивать создание судов новых типов и проектов. Указанные требования прежде всего относятся к организации судостроения, к технологическому оснащению судостроительных верфей и заводов, а также к качеству проектирования судов.

Судостроение в числе других высокотехнологичных отраслей промышленности развивается на инновационной основе. При этом в число ключевых задач входит создание судов новых типов и освоение тех функций в сфере транспортного обслуживания и иной морской промышленной деятельности, которые пока недостаточно представлены предложениями на международных рынках в сфере гражданского судостроения. Инновационные задачи в гражданском судостроении и судоходстве характеризуются экономическим спросом, так как суда новых типов, в том числе новые типы серийных судов, востребованы в отраслях, связанных с освоением океана.

К современным инновационным направлениям в судостроении и смежных областях можно отнести разработку необходимых в этих отраслях научных подходов, проектирование судов и других морских технических средств, их производство и использование для целей:

1. Освоения замерзающих морей, в том числе морей Северного Ледовитого океана в транспортных или иных целях и Южного океана для его исследования и освоения водных биологических и иных ресурсов.

2. Добычи полезных ископаемых в морях на национальном шельфе и за пределами национальных юрисдикций, в том числе в замерзающих морях.

3. Промыслового рыболовства в прибрежных водах и в открытом океане, в том числе в замерзающих морях.

4. Охраны безопасности в замерзающих морях, а также порядка законного освоения морских ресурсов, ведения промыслового, экологического, транспортного и пограничного надзора.

5. Создания новых судосборочных верфей и судостроительных заводов для постройки судов, пригодных для использования в замерзающих морях, модернизации действующих заводов и создания судостроительных холдингов на основе партнерства и специализации верфей и заводов.

6. Ведения научных исследований по вопросам технологии судостроения, проектирования судов ледового плавания, их технического оснащения. Создания квалифицированной профессиональной среды, системы обучения и осуществления многоуровневой подготовки специалистов для решения перечисленных задач и др.

Согласно Стратегии развития судостроительной промышленности для использования в арктических и замерзающих морях требуется постройка судов новых типов: танкеров для судоходства в замерзающих морях для перевозки сжиженного природного газа (LNG-танкеров); ледоколов; контейнерных судов для эксплуатации в замерзающих морях; платформ и оборудования для работы на Арктическом шельфе, научно-исследовательских судов для работы в Арктике; оборудования для генерирования энергии в прибрежных районах, включая возможности генерирования энергии с использованием возобновляемых источников (приливов, течений, ветров); технических средств для переработки природного газа в Арктике.

Работа посвящена усовершенствованию подходов и методов определения оптимальных характеристик и элементов на начальных этапах проектирования

многоцелевых судов ледового плавания, создание которых предусмотрено Стратегией развития судостроительной промышленности на период до 2020 г. и на дальнейшую перспективу и федеральными целевыми программами. Создание основанных на использовании принципов системного подхода методов определения оптимальных характеристик судов этого типа позволяет повысить качество и обоснованность проектных решений, а именно рационально определять характеристики и проектные элементы многоцелевых судов ледового плавания в контракты на постройку, что повышает экономическую эффективность инвестиций в судостроении и судоходстве в ледовых условиях.

О б л а с т ь ю и с с л е д о в а н и я выступают подходы и методы определения оптимальных характеристик многоцелевых судов ледового плавания, создаваемых в соответствии с программами пополнения флота. Область исследования относится к формированию методологических основ внешнего проектирования инновационных многоцелевых судов ледового плавания.

П р е д м е т о м и с с л е д о в а н и я служит многоцелевое судно ледового плавания в процессе определения его оптимальных характеристик и проектных элементов: судно, пригодное для автономной эксплуатации в замерзающих и арктических морях, а также способное обслуживать другие суда в ледовых условиях, то есть многофункциональное ледокольное судно, создаваемое в соответствии со Стратегией развития судостроительной промышленности и с федеральными программами, совмещающее две или несколько функций и, помимо форсирования льда, способное перевозить грузы: жидкие, в том числе сжиженный природный газ, и сухие, включая укрупненные унифицированные грузы - контейнеры, контейнер-цистерны, модульное оборудование в габаритах стандартных контейнеров, судно пригодное для доставки снабжения и выгрузки, в том числе с применением вертолета, для обслуживания шельфовых стационарных платформ, для осуществления спасательных, патрульных или иных операций, для базирования и обслуживания погружаемого оборудования или для применения в других целях.

С т е п е н ь р а з р а б о т а н н о с т и т е м ы исследования характеризуется тем, что в рамках системного подхода создание методов нахождения опти-

мальных характеристик и проектных элементов многоцелевого судна ледового плавания в указанном его определении ранее не рассматривалось.

Ц е л ь и с с л е д о в а н и я : создание методов определения оптимальных по принятому критерию характеристик и проектных элементов многоцелевого судна ледового плавания, разработка рекомендаций для определения оптимальных характеристик судна в наиболее строгой и систематизированной постановке с применением целевых функций, обоснованных проектных ограничений и математических моделей на начальных стадиях проектирования.

З а д а ч и, решение которых требуется в целях создания подходов и методов нахождения оптимальных характеристик и проектных элементов многоцелевого судна ледового плавания, включают:

1. Определение понятия многоцелевого судна ледового плавания как предмета методологии проектирования, а также как объекта в системе классификации гражданских судов.

2. Формулирование задачи нахождения оптимальных характеристик и проектных элементов многоцелевого судна ледового плавания в системе иерархии объектов, связанных с проектируемым судном, в частности определение понятия комплексного объекта, выступающего более общей системой, чем судно ледового плавания, для нахождения в рамках этой системы оптимальных характеристик проектируемого судна с учетом многообразия вариантов указанной общей комплексной системы. Определение принципов сопоставимости вариантов.

3. В соответствии с решением первой и второй указанных задач нахождение проектных ограничений и совокупности исходных данных для определения оптимальных характеристик и проектных элементов многоцелевого судна ледового плавания, учитывая, что проектные ограничения в форме уравнений или данных являются, соответственно, характеристиками общей комплексной системы, частью которой выступает при проектировании многоцелевое судно ледового плавания.

4. Определение подсистем многоцелевого судна ледового плавания, то есть объектов, методологически входящих как части в комплекс проектируемого судна. Представление проектируемого многоцелевого судна ледового плавания с

учетом решения первой и второй задач как комплексной системы, состоящей из подсистем, которыми выступают отдельные качества, относимые к судну в целом. Формулирование последовательности определения проектных элементов судна.

5. Определение состава (вектора) искомых проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания в общей совокупности независимых числовых величин, характеризующих проектируемое судно путем выделения следующих классов величин: множества ограничений, служащих данными при проектной оптимизации судна, определяемого при решении второй и третей из указанных выше задач, и вектора проектных элементов судна, определяемого при решении четвертой задачи.

6. Формулирование используемых при проектировании условий баланса характеристик многоцелевого судна ледового плавания, имеющих вероятностную природу, показывающих соотношения характеристик судна, в частности построение уравнения баланса водоизмещения.

7. Нахождение функциональных и параметрических зависимостей между характеристиками и проектными элементами многоцелевого судна ледового плавания, в том числе, элементами по их относительной величине, с учетом их соответствия соотношений характеристик и элементов мореходным и эксплуатационным качествам судна.

8. Анализ проходимости судна во льдах определенной интенсивности в зависимости от мощности силовой установки и пропульсивных характеристик в соответствии с заданными в форме проектных ограничений качествами судна в ледовых условиях с учетом размера судна и достаточной прочности корпуса, зависимой от конструктивных элементов судна.

9. Разработка функциональных зависимостей основных экономических показателей многоцелевого судна ледового плавания от его характеристик, исходных данных (проектных ограничений) и параметров (проектных элементов). Определение функций полезности, формулирование экономических критериев и построение целевых функций для нахождения оптимальных значений характеристик и проектных элементов судна.

10. Разносторонняя проверка качества найденных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания, то есть анализ параметрической надежности результатов оптимизации и устойчивости свойства их оптимальности, определение факторов устойчивости найденных характеристик и проектных элементов судна.

11. Апробация математических моделей и алгоритмов в вариантных расчетах по нахождению оптимальных характеристик и проектных элементов при заданных ограничениях, включая наряду с иными также инвестиционное ограничение субсидий в создание судна и задаваемые в проект технические требования к мореходным качествам многоцелевого судна ледового плавания и его прочности во льдах.

Перечисленные задачи в большей степени относятся к разработке методологии, используемой на начальных этапах проектирования многоцелевого судна ледового плавания, а именно на этапах: технического задания и технического предложения и, в меньшей степени, к разработке элементов судна на дальнейших этапах проектирования: эскизного, технического и рабочего.

Каждая из названных задач со второй по пятую в системном отношении подчинена первой, а их решения в рамках системного подхода служат основой для создания методов нахождения оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания. По этой причине важно корректное решение первой задачи - формулирование понятия многоцелевого судна ледового плавания, то есть указание функциональных и конструктивных признаков судна этого типа, что позволяет в дальнейшем определить критерий оптимальности в форме целевой функции и проектные ограничения (совокупность исходных данных), то есть множества искомых характеристик и проектных элементов, и в целом это ведет к решению задачи нахождения оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания.

Данное исследование базируется на научных результатах в области теории проектирования судна, которые представлены в работах Л.М. Ногида /66, 67/, В.Л. Поздюнина /99/, В.В. Ашика /12/, А.В. Бронникова /20-22/, Б.А. Царева /130, 131/, Г.Ф. Демешко /39/ и др. В составе основ данного исследования большое зна-

чение имеют труды В.М. Пашина /97/, А.И. Гайковича /30, 31/, А.Н. Вашедченко /26/, И.Г. Захарова /44/, А.И. Ракова /105/, Л.Ю. Худякова /128/, Е.М. Грамузова /36-38, 190, 191/, Б.П. Ионова /48, 49/, В.А. Зуева /45, 46, 50/ в сфере методологии проектной оптимизации судна. В области экономических методов, применяемых при проектировании судна, использованы рекомендации, содержащиеся в работах В.И. Краева /55, 56/, Л.Б. Бреслава /18, 19/, В.П. Соколова /111, 112/, Н.П. Любу-шина /59/, М.В. Войлошникова /28, 29/.

Н а у ч н а я н о в и з н а исследования базируется на введенных автором положениях, выносимых на защиту:

- понятие многоцелевого судна ледового плавания определено в соответствии с принципами системного подхода для целей проектирования как сложный объект, то есть состоящий из элементов, другими словами, из отдельных качеств, при совмещении которых возникают новые качества судна, в том числе из совокупности эксплуатационных качеств во льдах заданной интенсивности, причем, как объект, являющийся частью комплексной системы, формируемой функциями по Стратегии развития судостроительной промышленности и по программам создания судов ледового плавания;

- классификация математических величин в составе алгоритмов для проектной оптимизации многоцелевого судна ледового плавания включает следующие множества: независимые переменные, относя к переменным характеристику размера судна ледового плавания, в частности проектный дедвейт; функциональные ограничения, означающие характеристики комплексной системы, частью которой выступает судно, относя к ним, в том числе заданные в проект качества судна во льдах, характеристики специальных систем и устройств в соответствии с функциями судна и др.; проектные элементы (параметры), служащие характеристиками подсистем судна, относя к числу элементов размерения судна и их соотношения, находящиеся в зависимости от его отдельных качеств;

- в задаче нахождения оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания функциональными ограничениями служат отдельные качества целостного судна, являющиеся в методологических терминах его

подсистемами: задаваемые в проект его мореходные качества во льдах и в открытой воде, а также оцениваемые при нахождении проектных характеристик его прочностные качества во льдах;

- показатель эффективности многоцелевого судна ледового плавания, используемый как критерий оптимальности на начальных этапах проектирования, определяется в сумме в сумме однократно инвестированных и ежегодных эксплуатационных затрат по их сопоставимым оценкам в расчете на единицу функции полезности в качестве которой выступает показатель, отражающий в определенной пропорции как транспортную характеристику судна, так и характеристику его полезного размера;

- целевая функция, для нахождения оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания, включающая зависимость критерия оптимальности независимых переменных (искомых характеристик судна), исходных данных (проектных ограничений) и параметров (элементов судна), содержит также граничную оценку инвестиционного ограничения в форме штрафной поправки к критерию при превышении размера инвестиций в постройку судна над размером предусмотернных субсидий или соответствующую премиальную поправку к критерию при соблюдении инвестиционного ограничения;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Огай, Сергей Алексеевич, 2018 год

ь /

-34 500

-30 ООО

-25 500

-21 ООО

-16 500

12 000

-7 500

3 000

0,87

0.70

0,53

0,37

0,20

0,03

(а)

Рисунок 6.9. Зависимость в форме проекции критерия / с учетом инвестиционного ограничения и фактора поправки от размера судна ОЖ и от фактора ар учета поправки (штрафной или премиальной) к критерию удельных приведенных затрат, с учетом инвестиционного ограничения по размеру субсидий ЯС*: (а, б) субсидируемого размера судна (проектного дедвейта) ОЖ* = 16 270 т при ограничении инвестируемых субсидий ЯС* = 500 млн долл. США; (в, г) ограничение проектного дедвейта ОЖ* = 24 010 т при ограничении субсидий ЯС* = 750 млн долл. США

С формальной стороны нужно заметить по графикам (Рисунок 6.8, а-г, Рисунок 6.9), что наименьшие значения и оптимальный экстремум вдоль оси размера судна (ОЖ) целевая функция / имеет при средних значениях фактора ар учета поправки (штрафной или премиальной) к критерию удельных приведенных затрат, составляющих приближенно от 0,4 до 0,6, если принять значения фактора ар равное 0,5, то не возникает большой погрешности в выводах относительно оптимального размера судна. Меньшие значения фактора ар учета поправки к целевой функции (от до 0,0 до 0,4) соответствовали бы судну неограниченного размера, который получается при использовании критерия удельных приведенных затрат без учета проектных ограничений, но неограниченный размер, который говорил бы о системной неполноте условий, не может служить оптимальным проектным размером судна.

Большие значения фактора ар учета поправки к целевой функции (от до 0,6 и выше) свидетельствуют о переоценке инвестиционного ограничения по размеру

субсидий на создание судна ЯС*, поскольку в таком случае недооценивается влияние экономического критерия удельных приведенных затрат на выбор оптимальных проектных характеристик судна, и они предельно снижаются под действием инвестиционного ограничения по размеру субсидий. Иными словами, варьирование фактора ар учета поправки к целевой функции можно считать подтверждением рекомендации этого фактора в интервале от 0,4 до 0,6, или У.

Помимо представленной выше формы (6.5) целевой функции удельных приведенных затрат с учетом поправки (штрафной или премиальной) могут применяться следующие два варианта этой формулы:

/ = РЖ х((1 -аЕ)/БЖ + аР /БЖ*) или / = РЖ /БЖ х((1 -ар) + аР хБЖ/БЖ*).

(6.10)

Подстановка значения У фактора ар учета поправки (штрафной или премиальной) к критерию удельных приведенных затрат можно охарактеризовать как формальную равнозначность влияния на целевую функцию как искомого размера судна (ОЖ), так и субсидированного размера (ОЖ*), а целевая функция с учетом поправки (штрафной или премиальной) для этого значения фактора инвестиционного ограничения принимает вид:

/ = РЖ х(1/БЖ +1/БЖ*)/2 . (6.11)

Формирование на основе системного подхода методов нахождения оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания с применением целевой функции и математической модели и с учетом проектных ограничений приводит к следующим выводам:

1. Необходимое для нахождения критериев понятие эффективности судов ледового плавания тесно связано с определением функций полезности, характеризующих эффект, с учетом того, что задачами судна этого типа могут выступать как навигационное обслуживание во льдах судов других типов, не имеющих ледовую категорию или имеющих несущественную ледовую категорию, так и собственная транспортная или иная работа, в том числе в сезон открытой воды.

2. Критерии в форме удельных приведенных затрат для рассмотренных вариантов функции полезности многоцелевого судна ледового плавания как на единицу перевозимого груза за год (РЖ / QG), так и для варианта с функцией полезности, в качестве которой рассматривается размер судна (РЖ / БЖ ) , односторонне характеризуют проектируемое судно, что означает предпочтительность судна наибольшего размера в связи с тем, что указанные критерии не отражают влияние инвестиционного ограничения по размеру субсидий в постройку судна ЯС*, которое связано с ограничением размера строящегося судна, например его проектного дедвейта ОЖ*.

3. Вид функции полезности, в качестве которой на начальных этапах проектирования можно рекомендовать использование характеристики размера многоцелевого судна ледового плавания, связан с формой учета инвестиционного ограничения субсидий, предусмотренных на создание судна. При этом ограничение субсидий для использования его при нахождении оптимальных проектных характеристик может быть преобразовано к ограничению субсидируемого размера судна.

4. Помимо бюджетных субсидий в постройку многоцелевого судна ледового плавания могут привлекаться средства других участников по стоимости их капитала, соразмерной с показателем коммерческих рисков, то есть со ставкой дисконтирования. Это означает, что инвестиционное ограничение в известной мере условно и оптимальный размер судна может при выборе по критерию превышать инвестиционное ограничение по оценке субсидируемого размера, хотя это сопряжено с применением штрафной поправки, учитываемой к целевой функции, соответствующей стоимости дополнительных привлекаемых инвестиций.

5. В системном отношении поправка к целевой функции может иметь как штрафной характер, за превышение инвестиций, необходимых для создания многоцелевого судна ледового плавания, размер которого больше субсидированного размера, так и премиальный - за экономию инвестиций при создании более компактного судна.

Глава 7. Факторы устойчивости оптимальных значений характеристик

и проектных элементов судна

Качество найденных оптимальных проектных характеристик и элементов многоцелевого судна ледового плавания можно охарактеризовать их устойчивостью, другими словами, устойчивостью свойства их оптимальности.

При определении оптимальных проектных характеристик X многоцелевого судна ледового плавания с использованием методов проектной оптимизации и системного подхода большое значение имеет корректная оценка исходных данных, которыми выступают проектные ограничения, то есть характеристики 2 более общей, чем проектируемое судно, комплексной системы, в которую судно входит составной частью, и параметры У, другими словами, проектные элементы судна (характеристики подсистем), тоже принимаемые как константы на этапе определения проектных характеристик и подлежащие уточнению на более поздних этапах его проектирования.

В то же время морское гражданское судно можно отнести к числу объектов, при проектировании которых определение данных представляет большую сложность, при этом возникают их погрешности. Практически невозможно быть в полной мере уверенным при проектировании судна, создаваемого на десятилетия, в выборе как характеристик функционального назначения, которому судно должно соответствовать, так и иных внешних данных, например предписываемых ледовых условий, района использования судна в той или иной отдаленной перспективе, экономических условий, которые будут характерны. На этапе проектирования даже нельзя знать определенно государственную принадлежность судна через длительный временной период. По этой причине оптимальные характеристики многоцелевого судна ледового плавания, устанавливаемые на начальных этапах его проектирования, должны обладать достаточной устойчивостью. Иными словами, предполагаемые в будущем изменения условий использования судна не должны отрицать выбор его оптимальных проектных характеристик.

Чтобы оценить устойчивость оптимальных характеристик на этапе проектирования многоцелевого судна ледового плавания, можно произвести вариантные расчеты, меняя данные и параметры, и соотнести интервал варьирования этих величин с интервалом изменчивости оптимальных значений проектных характеристик, например сравнить эти интервалы по относительной величине. Для такого анализа можно использовать графическую форму поверхности целевой функции в зависимости от данных и проектных характеристик.

Вариантные расчеты подтверждают устойчивость оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания, которые определены с использованием надлежащей целевой функции и проектных ограничений в соответствии с принципами системного подхода, а факторами устойчивости оптимальных проектных характеристик и элементов служат:

1. Математические свойства в окрестности точек оптимума (оптимального экстремума) целевой функции f и аргументов: переменных, параметров и данных (X, У, 2), в зависимости от которых находится целевая функция.

2. Балансовые соотношения между характеристиками X многоцелевого судна ледового плавания, а также параметрические зависимости между характеристиками и элементами судна (X и У), причем проектные элементы судна У более устойчивы по относительной величине.

Необходимое свойство устойчивости оптимальных характеристик и элементов многоцелевого судна ледового плавания означает способность найденных оптимальных значений оставаться в их узких интервалах, с учетом приближенного характера данных и проектных ограничений, погрешности их прогноза на начальных этапах проектирования судна и возможную изменчивость данных в перспективе.

В более широкой трактовке устойчивость оптимальных характеристик и проектных элементов судна можно оценивать двойственно. С одной стороны, как свойство их найденных оптимальных значений оставаться в узких интервалах, с учетом возможной изменчивости данных в перспективе. С другой стороны, как их

способность оставаться в узком диапазоне значений по относительной величине в совокупности аналогов многоцелевого судна ледового плавания.

Как видно, фактором изменчивости оптимальных характеристик и проектных элементов в первом случае выступает неопределенность прогнозных значений проектных ограничений, служащих данными в задании на проектирование судна, а во втором случае фактором изменчивости является совокупность аналогов, другими словами, их вероятностная выборка. Кроме этого критерием устойчивости в первом варианте выступает соотнесение интервала изменчивости характеристик или проектных элементов судна с интервалом изменчивости заданных или прогнозируемых проектных ограничений, и оба интервала изменчивости оцениваются по относительной величине. Во втором случае критерием устойчивости статистической совокупности аналогов служит оценка интервалов изменчивости характеристик и проектных элементов по их относительной величине.

Нужно обратить внимание на то, что в обоих случаях устойчивость свойства оптимальности проектных характеристик и элементов многоцелевого судна ледового плавания, и как сохранение интервалов значений с учетом возможной изменчивости прогнозных данных для проекта, и как ограничение разброса характеристик в совокупностях аналогов, методологически взаимосвязаны ввиду сходных причин изменчивости характеристик и проектных элементов и причин разброса их значений среди аналогов. К общим причинам этой изменчивости и разброса значений можно отнести те или иные отступления от взаимосвязи системных уровней при определении характеристик, например отступления в форме недостаточно явной зависимости критериев оптимальности от проектных ограничений, а также недостаточная ясность критериев выбора оптимальных характеристик в различных проектах использованных аналогов и др.

Нужно отметить, что устойчивость проектных элементов является зависимым свойством от устойчивости оптимальных характеристик, которая, в свою очередь, связана с конфигурацией применяемой целевой функции, особенно с классификацией влияющих на целевую функцию математических величин на группы - данных, переменных и параметров, и с составом этих групп величин. В

частности, свойство от устойчивости оптимальных характеристик и проектных элементов на этапе формирования целевой функции и математической модели предопределяется ответами на следующие вопросы:

- по каким формальным или иным принципам та или иная величина отнесена к числу варьируемых при оптимизации проектных характеристик судна;

- в соответствии с какими признаками математические величины при оптимизации проектных характеристик судна включены в состав множества параметров, то есть в состав проектных элементов, что означает - в число характеристик подсистем судна;

- по каким признакам та или иная математическая величина при оптимизации проектных характеристик отнесена к числу данных, то есть проектных ограничений.

7.1. Устойчивость оптимальных проектных характеристик судна в окрестности экстремума целевой функции

В окрестности сочетания оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания при заданных ограничениях целевая функция по оценке ее частных производных нечувствительна к варьированию данных и параметров (ограничений), а также проектных характеристик судна. Нечувствительность целевой функции к варьированию данных в окрестности оптимального экстремума говорит об устойчивости свойства оптимальности проектных характеристик при варьировании данных (проектных ограничений) в окрестности экстремума целевой функции.

Непрерывная в математическом отношении зависимость переменных от функциональных ограничений, заданных как характеристики более общей, чем проектируемое многоцелевое судно ледового плавания, системы, частью которой выступает судно, может быть отнесена в состав необходимого условия экстрему-

ма целевой функции при заданных ограничениях. При соблюдении названных условий и при системном формулировании целевой функции необходимое условие ее экстремума, то есть минимального (или максимального) значения математически выпуклой функции в зависимости от варьируемых характеристик судна, соответствует нулевым значениям ее частных производных по этим характеристикам.

Необходимое условие экстремума целевой функции f (равенство нулю частной производной) по отношению к переменной х - искомой характеристике судна, например искомому проектному дедвейту ОЖ, из множества переменных X, имеет вид: д/ /дх = 0 . Математическим преобразованием можно переопределить необходимое условие экстремума целевой функции с учетом дифференциальной зависимости переменной и данного (дг / дх)

(д/ / дх) = (д/ / дх) х (дг / дг) = (д/ / дг) х (дг / дх) = 0 . (7.1)

Свойство устойчивости с формальной стороны можно пояснить на демонстрационном примере графической поверхности (Рисунок 7.1) гладкой дифференцируемой параболической функции: / = (х - (г + 8,5))2 + х + г .

По графику видно, что в широком диапазоне варьирования данных 2 (или параметров у) сохраняется свойство оптимальности характеристики х: равенство нулю частной производной д/ / дх = 0, что на Рисунок 7.1 показано горизонтальными отрезками в окрестности минимального экстремума функции по переменной характеристике х, которые практически параллельны плоскости основания графика на всем отрезке в окрестности данного 2 (или параметра у).

В демонстрационном примере показано, что устойчивость свойства оптимальности может следовать из непрерывности и дважды дифференцируемости выпуклой целевой функции и из необходимого условия ее экстремума д//дх = 0 по искомой переменной характеристике х. Приведенная схематичная поверхность функции может использоваться для пояснения свойства устойчивости оптимальных значений проектного дедвейта ОЖ многоцелевого судна ледового плавания

на полученной ранее графической поверхности целевой функции (Рисунок 6.5, в, г), а также в расчетах по исследованию устойчивости оптимальных характеристик (свойства оптимальности найденных характеристик) при варьировании данных (проектных ограничений), что рассматривается далее.

Рисунок 7.1. Графическая поверхность гладкой дифференцируемой функции с частным экстремумом по оси абсцисс

В данном примере не применяется достаточное условие экстремума функции двух переменных: д2/ / дх2 х д2 / / &2 - д2 / /(дуд2) > 0, - поскольку одна из этих переменных служит данным 2 и не требуется нахождение экстремума целевой функции по отношению к данному. Данным 2 в задаче нахождения оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания может, в частности, служить проектное ограничение по наибольшей толщине И сплошного форсируемого льда или иной показатель, например взятый из сочетания данных для расчета целевой функции, и показателей при разработке методологических подходов к определению проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания (Таблица 5.1).

Подобные преобразования (7.1) отвечают частным приращениям для любых данных 2 или параметров у, включая проектные элементы судна, заданные как

ограничения при определении характеристик и уточняемые на последующих этапах проектирования.

При условии, что не равна нулю частная производная целевой функции по ограничению д/ / дг ф 0, можно получить вывод, что равна нулю частная производная от ограничения по характеристике дг / дх = 0, или, соответственно, ду / дх = 0 при д/ / ду ф 0 .

При непрерывности и дифференцируемости целевой функции /(X, У, 2) оптимальные значения переменных, для которых выполнено необходимое условие оптимума д/ / дх = 0, то есть условие оптимального экстремума, характеризующего предпочтительность характеристики х по используемому критерию, иными словами, условие математической стационарной точки, в которой равна нулю частная производная по варьируемой искомой характеристике д/ / дх = 0 , а

вторая частная производная нулю не равна д2 / / дх2 ф 0, что можно наблюдать на демонстрационной графической поверхности (Рисунок 7.1), устойчивы в определенном диапазоне варьирования данных 2 из множества данных 2 (ограничений) и в диапазоне варьирования параметров у (из их множества У) при условии, что в точке оптимума не равна нулю частная производная целевой функции по отношению к данному 2: д/ / дг ф 0 и, соответственно, по отношению к параметру у: д/ / ду ф 0 (если речь о проектном ограничении по параметру).

Если же частная производная по варьируемой искомой характеристике д/ / дх = 0 и вторая производная равны нулю, то может иметь место интервал оптимальных значений искомой проектной характеристики судна в пределах равенства нулю второй производной д2 / / дх2 = 0.

Если же в стационарной точке при выполнении условий: д/ / дх = 0 , д2 / / дх2 ф 0, а также равна нулю частная производная целевой функции по отношению к данному 2: д/ / дг = 0 (или по отношению к параметру по отношению к параметру у: д/ / ду = 0 ), то для оценки этой стационарной точки на предмет отнесения ее к числу устойчивых оптимальных характеристик судна потребовались бы дополнительные исследования математической выпуклости целевой функции

/(X, У, 2). В практических целях для анализа устойчивости оптимальных проектных характеристик судна и выпуклости целевой функции можно построить ее графическую поверхность.

7.2. Устойчивость оптимальных характеристик многоцелевого судна ледового плавания (устойчивость свойства оптимальности характеристик)

Зависимость целевой функции / в форме обобщенного критерия удельных приведенных затрат (РЖ / БЖ) в расчете на единицу функции полезности, в качестве которой рассматривается дедвейт многоцелевого судна ледового плавания, с учетом штрафной (или премиальной) поправки к удельным приведенным затратам за соблюдение инвестиционного ограничения по размеру субсидий в постройку судна, от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда И и от искомой характеристики размера судна, варьируемой при оптимизации, представленной проектным дедвейтом ВЖ с учетом широты района работ, которая влияет на длительность периода осуществления навигационных функций в ледовых условиях в течение года Т1, при сокращении длительности ледового навигационного периода до 90 сут по сравнению с длительностью 180 сут в базовом варианте данных (Таблица 5.1), с учетом обобщенных переменных, которые определены по математической модели, то есть зависимых характеристик и элементов судна, представлена на графической поверхности и в проекции (Рисунок 7.2, а, б).

На графике целевой функции в проекции (Рисунок 7.2, б) область оптимальных значений размера многоцелевого судна ледового плавания показана между сплошными линиями, по которым можно судить о зависимости оптимального размера судна от проектного ограничения по толщине льда. По графику видно, что при сокращении длительности ледового навигационного периода до 90 сут по сравнению с длительностью 180 сут в базовом варианте данных размер много-

целевого судна ледового плавания и, соответственно, зависимые от размера судна его проектные элементы несколько меняются в зависимости от указанного изменения длительности ледового навигационного периода.

(а)

Рисунок 7.2. Зависимость целевой функции f от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда к и от искомой переменной характеристики проектного дедвейта ОЖ с учетом широты района работ, которая влияет на длительность периода осуществления навигационных функций в ледовых условиях в течение года Т\, при сокращении длительности ледового навигационного периода до 90 сут по сравнению с длительностью 180 сут в базовом варианте данных

При сокращении навигации судна во льдах и при соответствующем увеличении навигации в открытой воде влияние на увеличение размера судна оказывают дополнительные возможности его использования в качестве транспортного, в том числе для предоставления транспортных услуг корпоративным заказчикам. В то же время размер характеризуется достаточной устойчивостью по отношению к варьированию заданного проектного ограничения по толщине льда, как минимум, если заданное проектное ограничение составляет до 1,6 м. А в целом зависимость оптимального размера судна от проектного ограничения по толщине льда, пока-

занная на графике сплошными ограничивающими линиями, также имеет устойчивый характер.

Зависимость целевой функции / в форме обобщенного критерия удельных приведенных затрат (РЖ / БЖ), с учетом штрафной (или премиальной) поправки к удельным приведенным затратам за соблюдение инвестиционного ограничения по размеру субсидий в постройку судна, от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда И и от искомой характеристики размера судна, представленной проектным дедвейтом ОЖ, в предположении о сокращении относительной длительности ходового времени в ледовых условиях [Тт / Т1] в течение годового эксплуатационного периода до 25 % по сравнению с относительной длительностью 50 % в базовом варианте данных (Таблица 5.1), с учетом обобщенных переменных, которые определены по математической модели, то есть зависимых характеристик и элементов судна, представлена на графической поверхности и в проекции (Рисунок 7.3, а, б).

(а)

Рисунок 7.3. Зависимость целевой функции / от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда И и от искомой переменной характеристики проектного дедвейта ОЖ в предположении о сокращении относительной длительности ходового времени в ледовых условиях [ТК1 / Т1] в течение

годового эксплуатационного периода до 25 % по сравнению с относительной длительностью 50 % в базовом варианте данных

По графику поверхности целевой функции в предположении о сокращении относительной ходового времени в ледовых условиях [Тт / Т ] в течение годового эксплуатационного периода до 25 % по сравнению с относительной длительностью 50 % в базовом варианте данных видно, что оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания и, соответственно, зависимые от размера судна его проектные элементы мало меняются при указанном изменении ходового времени в ледовых условиях, то есть характеризуются устойчивостью. Для этого вывода можно сравнить графики (Рисунок 6.5, а, б; Рисунок 7.3, а, б).

Зависимость целевой функции f в форме обобщенного критерия удельных приведенных затрат (РЖ / БЖ) с учетом штрафной (или премиальной) поправки за соблюдение инвестиционного ограничения по размеру субсидий в постройку судна от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда к и от искомой переменной, варьируемой при оптимизации, представленной характеристикой проектного дедвейта ОЖ, в предположении об увеличении коэффициента утилизации проектного дедвейта многоцелевого судна ледового плавания по его грузоподъемности [РО / БЖ] до 75 % по сравнению с относительной длительностью 50 % в базовом варианте данных (Таблица 5.1), с учетом обобщенных переменных, которые определены по математической модели, то есть зависимых характеристик и элементов судна, представлена на графической поверхности и в проекции (Рисунок 7.4, а, б).

По графику поверхности целевой функции в предположении об увеличении коэффициента утилизации проектного дедвейта многоцелевого судна ледового плавания по его грузоподъемности [РО / БЖ] до 75 % по сравнению с относительной длительностью 50 % в базовом варианте данных видно, что оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания и, соответственно, зависимые от размера судна его проектные элементы несколько меняются в зависимости от указанного изменения данных.

(а)

Рисунок 7.4. Зависимость целевой функции / от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда И и от искомой переменной характеристики проектного дедвейта ОЖ в предположении об увеличении коэффициента утилизации проектного дедвейта многоцелевого судна ледового плавания по его грузоподъемности [РО / ВЖ] до 75 % по сравнению со значением коэффициента утилизации 50 % в базовом варианте данных

Можно сравнить графики (Рисунок 6.5, а, б и Рисунок 7.4, а, б), построенные с учетом отличия коэффициентов утилизации проектного дедвейта по грузоподъемности. В данном расчете влияние на увеличение размера судна оказывают дополнительные возможности его использования в качестве транспортного, в том числе, для предоставления транспортных услуг корпоративным заказчикам. Фактор увеличения грузоподъемности судна по относительной величине оказывает влияние на его оптимальный размер в достаточном подобии с фактором сокращения длительности ледовой навигации, например при широтном изменении района работ, что рассмотрено выше (Рисунок 7.2, а, б). В то же время размер судна характеризуется устойчивостью по отношению к варьированию заданного проектного ограничения по толщине сплошного льда в определенном диапазоне значений толщины. Иными словами, интервал варьирования этого данного (проектного

ограничения по наибольшей толщина льда И) по относительной величине больше, чем соответствующий интервал изменения размера судна.

Рисунок 7.5. Зависимость целевой функции f от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда И и от искомой переменной характеристики проектного дедвейта ПЖ в предположении о сокращении нагрузки силовой установки на стоянке по относительной величине уд при подаче электричества на суда, шельфовые платформы или на побережье до 25 % от установочной мощности ЫР по сравнению с нагрузкой 50 % в базовом варианте данных

На графической поверхности и в проекции (Рисунок 7.5, а, б) представлена зависимость целевой функции f в форме обобщенного критерия удельных приведенных затрат (РЖ / БЖ) с учетом штрафной (или премиальной) поправки за соблюдение инвестиционного ограничения по размеру субсидий в постройку судна от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда И и от искомой переменной, варьируемой при оптимизации, представленной характеристикой проектного дедвейта БЖ, в предположении о сокращении

нагрузки силовой установки на стоянке по относительной величине уд при подаче электричества на суда, шельфовые платформы или на побережье до 25 % от установочной мощности ЫР по сравнению с нагрузкой 50 % в базовом варианте

данных (Таблица 5.1), с учетом обобщенных переменных, которые определены по математической модели, то есть зависимых характеристик и элементов судна.

По графику поверхности целевой функции в предположении о сокращении

нагрузки силовой установки на стоянке по относительной величине Уд при подаче электричества на суда, шельфовые платформы или на побережье до 25 % от установочной мощности ЫР по сравнению с нагрузкой 50 % в базовом варианте данных видно, что оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания и, соответственно, зависимые от размера судна его проектные элементы мало меняются при указанном изменении данных, то есть характеризуются устойчивостью. Это видно, если сравнить графики (Рисунок 6.5, а, б и Рисунок 7.5, а, б).

7.3. Устойчивость проектных характеристик при изменении экономических данных: инвестиционного ограничения, показателя рисков

и транспортного тарифа

Зависимость целевой функции / в форме обобщенного критерия удельных приведенных затрат (РЖ / БЖ) с учетом штрафной (или премиальной) поправки за соблюдение инвестиционного ограничения по размеру субсидий в постройку судна от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда И и от искомой переменной, варьируемой при оптимизации, представленной характеристикой проектного дедвейта ОЖ в предположении о сокращении бюджетных субсидий в создание судна до 250 млн долл. США по сравнению с инвестиционным ограничением в базовом варианте, соответствующем 500 млн долл. США, с учетом обобщенных переменных, которые определены по математической модели, то есть зависимых характеристик и элементов судна, представлена на графической поверхности и в проекции (Рисунок 7.6, а, б).

Нужно отметить, что рассматриваемое варьирование инвестиционного ограничения по размеру бюджетных субсидий в создание судна не означает сни-

жение затрат на постройку. Затраты на постройку, зависящие от размера и конструкции судна, при изменении размера субсидируемых затрат не меняются, но потребуется дополнительное привлечение корпоративных (внебюджетных) финансов, и это влияет как на стоимость и структуру инвестированного капитала, так и на размер штрафной (или премиальной) поправки за соблюдение инвестиционного ограничения по размеру субсидий в постройку судна.

Рисунок 7.6. Зависимость целевой функции f от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда к и от искомой переменной характеристики проектного дедвейта БЖ в предположении о сокращении бюджетных субсидий в создание судна до 250 млн долл. США по сравнению с финансовым ограничением в базовом варианте, соответствующем 500 млн долл. США

По графику поверхности целевой функции в предположении о сокращении наибольшего размера бюджетных инвестиций до 250 млн долл. США по сравнению с инвестиционным ограничением в базовом варианте, соответствующем 500 млн долл. США, видно, что оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания и, соответственно, зависимые от размера судна его проектные элементы мало меняются при указанном изменении данных, то есть характеризуются устойчивостью. Это заметно, если сравнить графики (Рисунок 6.5, а, б и Рисунок 7.6, а, б). Поскольку инвестиции в постройку судов по международным контрак-

там обычно производятся в условиях кооперирования участников из разных стран, то применяются стоимостные значения в долларах США, которые могут быть преобразованы в российские рубли по официальному курсу доллара США , устанавливаемому Центральным банком РФ на каждую дату.

Зависимость целевой функции f в форме обобщенного критерия удельных приведенных затрат (PW / DW) с учетом штрафной (или премиальной) поправки за соблюдение инвестиционного ограничения по размеру субсидий в постройку судна от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда h и от искомой переменной, варьируемой при оптимизации, представленной характеристикой проектного дедвейта DW в предположении об увеличении ставки дисконтирования (показателя суммы коммерческих рисков) до 10 % по сравнению со значением ставки 5 % в базовом варианте данных (Таблица 5.1), с учетом обобщенных переменных, которые определены по математической модели, то есть зависимых характеристик и элементов судна, представлена на графической поверхности и в проекции (Рисунок 7.7, а, б).

Рисунок 7.7. Зависимость обобщенной целевой функции / от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда И и от искомой переменной характеристики проектного дедвейта ОЖ в предположении об увеличении показателя суммы коммерческих рисков (ставки дисконтирования) до 10 % по сравнению с первоначальным значением ставки дисконтирования 5 %

На основе сравнения графических поверхностей целевой функции (Рисунок 6.5, а, б и Рисунок 7.7, а, б) в предположении об увеличении показателя суммы коммерческих рисков до 10 % по сравнению с первоначальным значением ставки дисконтирования 5 % в базовом варианте данных видно, что оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания и, соответственно, зависимые от размера судна его проектные элементы мало меняются при указанном изменении данных, то есть характеризуются устойчивостью.

На графической поверхности и в проекции (Рисунок 7.8, а, б) представлена зависимость целевой функции f в форме обобщенного критерия удельных приведенных затрат (PW / DW) с учетом штрафной (или премиальной) поправки за соблюдение инвестиционного ограничения по размеру субсидий в постройку судна от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда h и от искомой переменной, варьируемой при оптимизации, представленной характеристикой проектного дедвейта DW в предположении о сокращении тарифа по доставке тонны груза iCG для внебюджетного отправителя на линии протяженностью LR до 0,15 тыс. долл. США/т по сравнению со значением 0,25 тыс. долл. США/т в базовом варианте данных (Таблица 5.1), с учетом обобщенных переменных, которые определены по математической модели, то есть зависимых характеристик и элементов судна.

Сравнение графических поверхностей целевой функции (Рисунок 6.5, а, б и Рисунок 7.8, а, б) в предположении о сокращении тарифа по доставке одной тонны груза iCG для внебюджетного отправителя на линии протяженностью LR до

0,15 тыс. долл. США/т по сравнению со значением 0,25 тыс. долл. США/т в базовом варианте данных показывает, что оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания и, соответственно, зависимые от размера судна его проектные элементы мало меняются при указанном изменении данных, то есть характеризуются устойчивостью.

(а)

Рисунок 7.8. Зависимость целевой функции f от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда h и от искомой переменной характеристики проектного дедвейта DW в предположении о сокращении тарифа

по доставке одной тонны груза iCG для внебюджетного отправителя на линии протяженностью LR до 0,15 тыс. долл. США/т по сравнению со значением 0,25 тыс. долл. США/т в базовом варианте данных

7.4. Устойчивость проектных элементов многоцелевого судна

ледового плавания

Проектные элементы на начальном этапе проектирования многоцелевого судна ледового плавания можно приближенно найти по системе параметрических равенств (п. 4.7 и 4.8) в зависимости от характеристики водоизмещения

L / B = 0,0043 х L + 3,72, B / T = 0,0161 х L + 1,083, 8w = 0,0007 х L + 0,541, D = 1,025 х Зщ, х L х B х T.

(7.2)

<

В свою очередь водоизмещение судна В по грузовую марку в зависимости от проектного дедвейта ВЖ определяется с использованием уравнения баланса водоизмещения по математической модели с учетом поправок к водоизмещению в зависимости от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда к и от задаваемой при нахождении проектных элементов характеристики проектного дедвейта ВЖ.

Результаты расчета водоизмещения судна В по грузовую марку в зависимости от указанных данных представлены в Таблицах 7.1 и 7.2, они соответствуют двум конструктивным вариантам бортового перекрытия судна на уровне воздействия льда: варианту со стандартной шпацией, рекомендованной по Регистру, и варианту с уменьшенной вдвое шпацией при установке дополнительных шпангоутов в районах воздействия льда на ботовые перекрытия судна. Устойчивость проектных элементов зависит от устойчивости влияющих на элементы найденных оптимальных характеристик судна, что можно видеть по данным в Таблицах 7.3 и 7.4.

Эффективная мощность силовой установки, указанная в Таблице 7.3, определяется с учетом достаточности мощности для форсирования ледового поля и для поддержания эксплуатационной скорости в открытой воде не ниже минимальной, необходимой с точки зрения управляемости судна по математической модели в зависимости от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда к и от характеристики проектного дедвейта ВЖ.

Видно, что элементы судна более устойчивы, чем характеристика водоизмещения судна В по грузовую марку, и меняются в существенно меньших интервалах.

Водоизмещение многоцелевого судна ледового плавания в зависимости от проектного дедвейта D Wи заданной толщины h сплошного ледового поля для варианта с уменьшенной шпацией (а/2) и дополнительными шпангоутами на уровне воздействия льда на бортовое перекрытие

К m\DFF, Т 3 000 6 000 9 000 12 000 15 000 18 000 21 000 24 000 27 000 30 000 33 000 36 000

0,10 7 789 15 001 22 213 29 425 36 637 43 849 51 061 58 273 65 485 72 697 79 909 87 121

0,20 7 789 15 001 22 213 29 425 36 637 43 849 51 061 58 273 65 485 72 697 79 909 87 121

0,30 7 795 15 001 22 213 29 425 36 637 43 849 51 061 58 273 65 485 72 697 79 909 87 121

0,40 7 824 15 001 22 213 29 425 36 637 43 849 51 061 58 273 65 485 72 697 79 909 87 121

0,50 7 848 15 035 22 213 29 425 36 637 43 849 51 061 58 273 65 485 72 697 79 909 87 121

1,00 7 924 15 173 22 392 29 592 36 777 43 949 51 111 58 273 65 485 72 697 79 909 87 121

1,50 7 971 15 257 22 514 29 752 36 976 44 187 51 389 58 582 65 767 72 944 80 116 87 281

2,00 8 006 15 319 22 604 29 870 37 121 44 362 51 592 58 815 66 029 73 237 80 439 87 636

2,50 8 033 15 369 22 675 29 963 37 237 44 500 51 754 58 999 66 238 73 470 80 696 87 917

Водоизмещение многоцелевого судна ледового плавания в зависимости от проектного дедвейта заданной толщины /| сплошного ледового поля для варианта судна со стандартной шпацией й

К мЩт 3 000 6 000 9 000 12 000 15 000 18 000 21 000 24 000 27 000 30 000 33 000 36 000

0,10 7 789 15 001 22 213 29 425 36 637 43 849 51 061 58 273 65 485 72 697 79 909 87 121

0,20 7 817 15 001 22 213 29 425 36 637 43 849 51 061 58 273 65 485 72 697 79 909 87 121

0,30 7 876 15 074 22 243 29 425 36 637 43 849 51 061 58 273 65 485 72 697 79 909 87 121

0,40 7 933 15 174 22 379 29 560 36 721 43 867 51 061 58 273 65 485 72 697 79 909 87 121

0,50 7 981 15 259 22 501 29 717 36 914 44 096 51 264 58 420 65 565 72 701 79 909 87 121

1,00 8 148 15 558 22 928 30 274 37 601 44 913 52 213 59 501 66 779 74 048 81 308 88 562

1,50 8 253 15 747 23 202 30 632 38 045 45 443 52 830 60 207 67 574 74 934 82 286 89 631

2,00 8 330 15 886 23 402 30 895 38 371 45 834 53 286 60 728 68 163 75 590 83 011 90 426

2,50 8 391 15 996 23 561 31 104 38 630 46 144 53 647 61 142 68 630 76 111 83 587 91 057

Эффективная мощность движителей многоцелевого судна ледового плавания кВт

//, мШРТ; т 3 000 6 000 9 000 12 000 15 000 18 000 21 000 24 000 27 000 30 000 33 000 36 000

0,10 6 026 7 669 9 004 10 160 11 196 12 144 13 025 13 852 14 634 15 378 16 090 16 773

0,20 6 026 7 669 9 004 10 160 11 196 12 144 13 025 13 852 14 634 15 378 16 090 16 773

0,30 6 028 7 669 9 004 10 160 11 196 12 144 13 025 13 852 14 634 15 378 16 090 16 773

0,40 6 035 7 669 9 004 10 160 11 196 12 144 13 025 13 852 14 634 15 378 16 090 16 773

0,50 6 041 7 676 9 004 10 160 11 196 12 144 13 025 13 852 14 634 15 378 16 090 16 773

1,00 8 600 10 991 12 897 14 527 15 973 17 285 18 495 19 625 20 695 21 709 22 674 23 597

1,50 15 184 18 344 21 053 23 418 25 537 27 472 29 262 30 936 32 513 34 008 35 432 36 795

2,00 24 537 27516 30 740 33 697 36 403 38 901 41 228 43 415 45 482 47 446 49 322 51 119

2,50 38 838 39 259 42 421 45 705 48 842 51 800 54 592 57 235 59 749 62 148 64 445 66 653

Табшща 7.4

Элементы и характеристики многоцелевого судна ледового плавания, балансовые соотношения

Дт 7 600 15 200 22 800 30 400 38 000 45 600 53 200 60 800 68 400 76 000 83 600 91 200

вят 5 150 11 490 18 671 26 556 35 071 44 162 53 794 63 936 74 567 85 669 97 226 109 224

скгю 0,678 0,756 0,819 0,874 0,923 0,968 1,011 1,052 1,090 1,127 1,163 1,198

шт 1 518 3 387 5 503 7 827 10 337 13 016 15 855 18 844 21 978 25 250 28 656 32 192

ЛГР, кВт 1.5 597 25 745 34 514 42 494 49 934 56 970 63 686 70 141 76 376 82 421 88 301 94 035

ив 4,06 4,17 4,26 4,34 4,40 4,46 4,52 4,57 4,62 4,67 4,72 4,76

в/т 2,34 2,78 3,11 3,39 3,64 3,87 4,08 4,28 4,46 4,64 4,81 4,97

н/т 1,32 1,35 1,37 1,39 1,41 1,43 1,44 1,45 1,47 1,48 1,49 1,50

дф 0,596 0,615 0,629 0,641 0,652 0,662 0,671 0,680 0,688 0,696 0,703 0,710

м 78,3 105,3 125,9 143,4 158,9 173,0 186,1 198,3 209,9 221,0 231,5 241,7

В, м 19,3 25,2 29,6 33,1 36,1 38,8 41,2 43,4 45,4 47,3 49,1 50,8

Т, м 8.2 9,1 9,5 9,7 9,9 10,0 10,1 10,1 10,2 10,2 10,2 10,2

Я, м 10,9 12,3 13,0 13,6 14,0 14,3 14,5 14,7 14,9 15,1 15,2 15,3

Иными словами, по анализу зависимостей проектных элементов от характеристики водоизмещения D многоцелевого судна ледового плавания по грузовую марку, в довольно широком интервале варьирования размера судна в интервале от 7 600 до 91 200 т можно найти, что проектные элементы Y составляют в интервалах:

- отношение длины судна по ватерлинии к ширине L / B от 4,06 до 4,76;

- отношение ширины судна к осадке по грузовую марку B / T от 2,34 до 4,97;

- отношение высоты борта до уровня главной палубы к осадке H / T по грузовую марку от 1,32 до 1,50;

- коэффициент общей полноты SW от 0,596 до 0,710.

Проектные элементы многоцелевого судна ледового плавания по их относительной оценке {LIB, BIT, HIT, L/H, SW и др.) устойчивы при варьировании проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда h и заданной переменной характеристики размера судна: водоизмещения по грузовую марку D, проектного дедвейта DW или иной.

На последующих шагах при уточнении значений, ранее найденных по параметрическим зависимостям, проектные элементы судна подлежат определению с применением методов оптимизации, или на основе собственных методов нахождения проектных элементов судна. Это отражает этапный характер проектирования в рамках системного подхода. При этом найденные приближенно на начальных стадиях проектирования элементы судна (L, B, H, T, SW , LIB, BIT, HIT,

L/H и др.) и его остальные характеристики (D, PG, GRT, NRT, Ne, Nice, vs и др.), кроме его независимых характеристик, служат для сокращения интервалов их возможных значений, уточняемых на последующих стадиях проектирования, когда найденные оптимальные значения независимых характеристик будут выступать как данные (проектные ограничения).

7.5. Взаимозаменяемость характеристик многоцелевого судна ледового плавания и его проектных элементов при нахождении их оптимальных значений

Иные переменные характеристики размера многоцелевого судна ледового плавания, например водоизмещение по грузовую марку Д грузоподъемность РО, валовая регистровая вместимость ОЯТ или чистая вместимость ИЯТ и др., а также некоторые из характеристик размера судна, относимых обычно к его проектным элементам, то есть к характеристикам его подсистем, могут помимо проектного дедвейта ОЖ использоваться в качестве переменной характеристики судна. Например, в качестве переменной характеристики размера может применяться расчетная длина судна, обычно относимая к его проектным элементам. В то же время применение проектного дедвейта в качестве искомой переменной величины достаточно удобно для судна этого типа при нахождении его оптимальных характеристик на начальных этапах проектирования, поскольку дедвейт, с одной стороны, связан уравнениями баланса с водоизмещением и другими характеристиками размера судна, а с другой - проектный дедвейт выступает наиболее общей характеристикой полезной нагрузки судна.

Нужно отметить, что использование каждой характеристики размера многоцелевого судна ледового плавания в качестве искомой переменной на начальных этапах проектирования обычно означает отнесение остальных характеристик к числу проектных элементов, служащих параметрами, то есть, ограничениями, наряду с данными. Указанные проектные элементы при определении характеристик судна находятся с ними в параметрических зависимостях и сами по себе подлежат определению на дальнейших этапах проектирования многоцелевого судна ледового плавания.

Примеры использования иных характеристик размера судна в качестве варьируемой искомой характеристики на начальных этапах проектирования показаны на графических функциональных поверхностях целевой функции /, зависящей

от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда И и от искомой переменной, варьируемой при оптимизации, представленной характеристикой расчетной длины судна Ь (Рисунок 7.9, а) или чистой регистровой вместимости ЫЯТ (Рисунок 7.9, б). для базового сочетания данных (Таблица 5.1) с учетом штрафной (или премиальной) поправки за соблюдение инвестиционного ограничения ЯС* = 500 млн долл. США по размеру субсидий в постройку судна.

(а)

Рисунок 7.9. Зависимости целевой функции / от проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда И и от искомой переменной характеристики, в варианте которой используются : (а) - расчетная длина судна Ь и (б) - чистая регистровая вместимость ЫЯТ

Использование в качестве примеров искомых характеристик размера многоцелевого судна ледового плавания его расчетной длины Ь или чистой регистровой вместимости ЫЯТ означает отнесение дедвейта ОЖ и остальных характеристик размера судна, в таких случаях, зависимых от длины и вместимости, к числу проектных элементов, служащих параметрами, зависимыми от варьируемой искомой характеристики размера.

Возможны немногочисленные исключения из указанного правила при использовании иных независимых характеристик судна, наряду с характеристикой

его размера, не связанные с методологическими противоречиями. Например, к такому исключению можно отнести применение на начальных этапах проектирования судна в качестве второй независимой искомой величины характеристики его эксплуатационных качеств из следующей совокупности показателей (пары): характеристика ледокольных или иных качеств судна при эксплуатировании во льдах - наибольшая толщина сплошного форсируемого льда h то есть показатель, служащий одновременно проектной характеристикой многоцелевого судна ледового плавания и исходным данным - характеристикой более общей системы, частью которой служит проектируемое судно, другими словами, заданного района эксплуатации судна, и эксплуатационная скорость судна в открытой воде vs, которая обусловливает эффективную мощность Ne, связанную с пропульсивной мощностью Nice, необходимой для форсирования льда, и мощность силовой установки (суммарную мощность источников энергии NP) с учетом также размера судна, характеризуемого тем или иным показателем из числа указанных выше, с которым балансовыми отношениями связаны остальные характеристики размера, а проектные элементы судна связаны с ним параметрическими зависимостями. В указанной паре характеристик (h и vs) независимой от размера судна может выступать одна, а вторая определяется в зависимости от выбранной характеристики и от размера судна потому, что размер судна в паре с характеристикой его ледокольных или иных качеств при эксплуатировании во льдах или в паре с характеристикой эксплуатационной скорости судна на открытой воде даёт эффективную (про-пульсивную) мощность и мощность силовой установки многоцелевого судна ледового плавания в первоначальном приближении.

При нахождении оптимальных характеристик на начальных этапах проектирования многоцелевого судна ледового плавания в рамках методологического системного подхода требуется учитывать свойство суперпозиции характеристик и проектных элементов, связанное с независимым определением характеристик и проектных элементов судна, определяемых последовательно на разных этапах, или характеристик судна и их приращений. А на каждом отдельном этапе проектирования эти величины можно было бы считать независимыми ввиду несораз-

мерности интервалов их варьирования или по причине имеющихся параметрических зависимостей между этими величинами.

Например, если в качестве варьируемых искомых величин используется та или иная характеристика размера проектируемого многоцелевого судна ледового плавания, то, как правило, остальные характеристики размера судна (О, ОЖ, РО, ОЯТ, ИЯТ и др.) находятся с выбранной характеристикой в балансовых соотношениях. Иными словами, возможные интервалы их варьирования существенно уже, чем интервал значений, в котором может варьироваться выбранная из этой совокупности независимая характеристика размера, в качестве которой для многоцелевого судна ледового плавания можно рекомендовать использовать характеристику проектного дедвейта.

Интервалы изменчивости (варьирования) остальных характеристик, связанных с независимой характеристикой судна балансовыми соотношениями, и интервалы изменчивости проектных элементов многоцелевого судна ледового плавания, то есть характеристик его подсистем, соразмерны погрешностям указанных балансовых соотношений, используемых в составе ограничений на начальных этапах проектирования судна, и погрешностям параметрических зависимостей, которыми проектные элементы связаны на начальных этапах проектирования судна с его характеристиками, варьируемыми при поиске их оптимальных значений.

В представленном примере суперпозиция, то есть, возможность независимого нахождения проектной характеристики судна и его остальных характеристик и проектных элементов, возникает как системное свойство ввиду несоразмерности интервалов изменчивости независимо определяемых характеристик и проектных элементов, поскольку независимая проектная характеристика судна при нахождении ее оптимального значения на начальном этапе проектирования варьируется в интервале, соразмерном с ее собственной величиной, а остальные характеристики и проектные элементы определяются на дальнейших этапах проектирования в существенно меньших интервалах, соразмерных с погрешностями

балансовых соотношений между характеристиками судна и погрешностями параметрических зависимостей между характеристиками и проектными элементами.

Можно привести другой пример использования системного свойства суперпозиции при нахождении проектных характеристик, связанный с решением уравнения баланса водоизмещения многоцелевого судна ледового плавания (4.10, п. 4.5). Водоизмещение судна этого типа можно рассматривать зависимым от заданного проектного дедвейта В(ВЖ) и от приращения водоизмещения АВР(И}

вследствие неявного заданного приращения нагрузки АР(И), зависящего, в данном случае, от заданного проектного ограничения по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда И, то есть в общем случае от предписываемых по техническому заданию эксплуатационных качеств судна во льдах или от заданной ледовой категории (арктической, полярной, ледокольной и др.). Суперпозиция, то есть методологическая возможность независимого приближенного определения указанных компонентов водоизмещения, тоже связанная с несоразмерностью интервалов варьирования проектного дедвейта и приращения водоизмещения вследствие неявного заданного приращения нагрузки многоцелевого судна ледового плавания, следует из способа определения его водоизмещения как суммы указанных слагаемых с использованием уравнения баланса водоизмещения в конечном виде или в дифференциальной форме.

С учетом того, что проектные элементы многоцелевого судна ледового плавания при нахождении оптимальных проектных характеристик судна определяются в зависимости от этих характеристик, а в дальнейшем уточняются (на последующих стадиях проектирования, когда объектом выступают подсистемы судна), при этом интервалы варьирования при определении проектных элементов соразмерны с погрешностью использовавшихся параметрических формул, и с учетом того, что обобщенные переменные характеристики судна определяются по балансовым соотношениям в зависимости от искомых оптимальных характеристик судна, а на последующих стадиях проектирования при нахождении элементов, служащих характеристиками подсистем судна, обобщенные переменные характе-

ристики судна уточняются, и интервалы их варьирования при этом соразмерны с погрешностями использовавшихся балансовых соотношений, то при определении оптимальных проектных характеристик судна нужен соответствующий запас размера судна, в частности проектный запас водоизмещения, или запас проектного дедвейта, который на последующих этапах при нахождении проектных элементов и соответствующих им остальных характеристик судна мог бы использоваться для компенсирования указанных уточнений размера судна, находящихся в зависимости от уточняемых проектных элементов.

Нужно отметить, что, несмотря на многообразие проектных элементов многоцелевого судна ледового плавания, определяемых на последующих этапах как характеристики его подсистем, не требуется чрезмерный проектный запас размера судна, например водоизмещения, дедвейта или иной характеристики размера, используемой в качестве искомой независимой переменной на начальных стадиях проектирования, поскольку влияние на размер судна со стороны каждого из проектных элементов, уточняемых в соответствующих интервалах варьирования на последующих этапах, можно вероятностно охарактеризовать как факторы, влияющие на увеличение или уменьшение размера многоцелевого судна ледового плавания. Таким образом, совокупное влияние уточняемых на последующих этапах проектных элементов на размер проектируемого многоцелевого судна ледового плавания по относительной величине меньше в общем случае, чем влияние тех или иных отдельных определяемых в порядке их уточнения проектных элементов. Поэтому проектный запас размера многоцелевого судна ледового плавания, например запас водоизмещения, дедвейта или иной характеристики размера, искомой как независимая на начальных этапах проектирования, может выступать как небольшая по относительной величине положительная экспертная поправка к искомой характеристике размера судна, находящаяся в линейной пропорциональной зависимости к этой характеристике размера, в частности как слагаемое уравнения баланса водоизмещения, зависящее от водоизмещения (или от проектного дедвейта) в первой степени.

Для нахождения оптимальных проектных характеристик при малозначительной ледовой категории судна можно было бы заменить используемое при нахождении целевой функции проектное ограничение по наибольшей толщине сплошного форсируемого льда к (или иную предписанную в задании характеристику эксплуатационных качеств судна во льдах), служащее, в то же время проектной характеристикой судна, на искомую переменную характеристику эксплуатационной скорости уб судна на открытой воде.

На графических функциональных поверхностях представлены: пример зависимости (Рисунок 7.10, а) целевой функции / от водоизмещения по грузовую марку В (от массы снаряженного судна с грузом) и зависимости эксплуатационной скорости судна (спецификационного значения скорости, Рисунок 7.10, б) в открытой воде для базового сочетания данных (Таблица 5.1).

Н 4,00"

< 3,50

Э

о 3,00-

§ 2,50"!

3 2,00" н

^ 1,50 + о о о

о

1—*

Рисунок 7.10. Зависимости (а) целевой функции / от переменных, в качестве которых использованы: характеристика размера судна - водоизмещение по грузовую марку В и эксплуатационная скорость судна в открытой воде (Таблица 5.1); (б) характеристики ледокольных качеств судна - толщины к форсируемого сплошного ледового поля от водоизмещения В и эксплуатационной скорости

Переменная характеристика эксплуатационной скорости vS в паре с характеристикой размера судна, например с водоизмещением по грузовую марку О, в общем приближении предопределяют эффективную мощность Ыв, связанную с пропульсивной мощностью Ысе, необходимой для форсирования льда, и в то же время обусловливают определенный уровень эксплуатационных качеств судна во льдах. Это означает, что при несущественных ледовых категориях уровень эксплуатационных качеств судна во льдах методологически можно найти в зависимости от эксплуатационной скорости vS судна на открытой воде, используя эксплуатационную скорость на открытой воде в качестве искомой характеристики судна взамен предписываемого проектного ограничения ледовой категории проектируемого судна заданной толщиной И форсируемого сплошного ледового поля или связанным показателем.

По анализу графических функциональных поверхностей можно найти, что логичное с экономической точки зрения ограничение эксплуатационной скорости судна vs на открытой воде и ограничение размера судна О, связанное с заданным ограничением по размеру субсидий в создание судна, учитываемое в форме штрафной (или премиальной) поправки к целевой функции / (Рисунок 7.10, а), соответствуют несущественным эксплуатационным качествам судна во льдах, оцениваемым в рассматриваемом примере по наибольшей толщине И форсируемого сплошного ледового поля (Рисунок 7.10, б).

Более общий пример определения оптимальных по экономическому критерию проектных характеристик планируемого в серийную постройку судна (LNG-танкера) при несущественной его ледовой категории рассмотрен выше (п. 5.1), а искомыми переменными величинами выступают: характеристика размера судна -расчетная длина Ь и эксплуатационная скорость

Глава 8. Характеристики и функции общей системы, в которую входит судно, влияющие на результаты проектной оптимизации многоцелевого судна ледового плавания

При построении методов проектной оптимизации характеристик в рамках системного подхода требуется дать понятие проектируемого многоцелевого судна ледового плавания и комплексного объекта, более общего, чем судно, которое выступает подсистемой этого объекта, характеристики которого служат исходными данными при определении оптимальных характеристик и проектных элементов судна. Кроме этого важны методологические определения подсистем проектируемого судна, которые его формируют с учетом того, что подсистемой, в общем случае, выступает целостное проектируемое судно, исследуемое с точки зрения того или иного отдельного его качества. В свою очередь характеристики каждой подсистемы служат параметрами при определении характеристик судна, а в совокупности результатов характеристики подсистемы судна выступают его проектными элементами.

Значения исходных данных и параметров ищутся в сопредельных задачах: «внешнего проектирования» - при определении характеристик более общей комплексной системы, и «внутреннего проектирования» - при нахождении характеристик каждой из подсистем собственно судна, то есть его проектных элементов. Целостность системы внутренней и внешней задач в составе многоуровневого подхода при нахождении оптимальных характеристик многоцелевого судна ледового плавания связана с тем, что судно как объект имеется на обоих указанных иерархических уровнях, где представлено своими характеристиками. В задаче внутреннего проектирования оптимальные значения характеристик многоцелевого судна ледового плавания выступают исходными данными и все сочетания проектных элементов, в частности размерения судна и их соотношения, при поиске их оптимальных значений исследуются при сходных характеристиках судна, ко-

торые в задаче внутреннего проектирования заданы и служат условием сопоставимости вариантов при нахождении проектных элементов.

В задаче внешнего проектирования значения характеристик судна выступают параметрами. Отчасти в рамках внешней задачи можно характеристиками судна описать ту или иную комплексную систему, более общую, чем проектируемое судно, подсистемой которой судно выступает. Например, можно охарактеризовать судоходную компанию судами, входящими в ее состав, предприятие судостроительной отрасли, создаваемое в соответствии со Стратегией развития судостроения, можно охарактеризовать строящимися судами, тот или иной морской грузопоток, в частности Северный морской путь - обслуживающими его судами, включая многоцелевые суда ледового плавания и пр.

Указанные свойства определяемых проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания, которые могут служить ограничениями в сопредельных оптимизационных задачах, то есть параметрами в задаче проектирования более общего объекта, подсистемой которого выступает судно, и данными в задаче проектирования той или иной подсистемы собственно судна, позволяют системно формировать методы и математические модели для определения проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания.

Выше (п. 2.3) в качестве примеров названы варианты общей комплексной системы, к которой судно принадлежит в методологическом отношении, среди них можно видеть: комплекс активов морского предприятия, частью которого является проектируемое судно; флот перевозчиков при определении его состава; морской транспортный грузопоток; морскую промысловую экспедицию и др., варианты общей комплексной системы, которые могут быть характерны для построения методов определения проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания, в их числе: инновационное назначение судна, заданное характеристикой функции; инновационный функциональный элемент судна или инновационное оборудование, то есть комплекс элементов, разработанных для создания судна и предписанных в задании на проект; специальную судостроительную технологию, которая предписана в техническом задании к контракту на создание

судна, если судоверфь, например, созданная для постройки судов определенного проекта, указана как условие в техническом задании, и др.

Возникает вопрос оценки влияния общей комплексной системы на результат определения оптимальных проектных характеристик судна, в частности, каково влияние размера субсидий, инвестируемых в создание многоцелевого судна ледового плавания, в связи с его функциями и с предназначением этих субсидий. Кроме этого нужно определение независимых классификационных признаков общей комплексной системы, в которую входит многоцелевое судно ледового плавания как подсистема. Целесообразна привязка этих признаков к характеристике функционального назначения судна.

8.1. Влияние инвестиционного ограничения на оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания

Поправка (штрафная или премиальная) к целевой функции за соответствие варианта судна инвестиционному ограничению определяется по стоимости недостающего капитала и оценивается как необходимость (или избыточность) дополнительного корпоративного (внебюджетного) денежного потока к удельным приведенным затратам. Представляет интерес анализ влияния инвестиционного ограничения на оптимальные характеристики многоцелевого судна ледового плавания, в частности на его размер.

На графических поверхностях (Рисунок 8.1, а-г) показана зависимость целевой функции / в комплексном виде, охватывающем в сумме экономический критерий удельных приведенных затрат (РЖ / БЖ) и поправку (штрафную или премиальную) за соответствие размера судна (ВЖ) его субсидируемому значению (БЖ *), от проектного дедвейта ВЖ многоцелевого судна ледового плавания и проектного ограничения по толщине форсируемого сплошного ледового поля к с учетом различия значений инвестиционного ограничения по размеру субсидий

(ЯС* = 250, 500, 750, 1 000 млн долл. США) в форме ограничения субсидируемого размера судна (ОЖ* = 8 530, 16 270, 24 010 и 31 750 т).

(а)

(в)

(г)

Рисунок 8.1. Зависимость целевой функции / от проектного дедвейта ОЖ многоцелевого судна ледового плавания и проектного ограничения по толщине форсируемого сплошного ледового поля И с учетом различия значений инвестиционного ограничения по размеру субсидий ЯС* в форме ограничения субсидируемого размера судна (ОЖ*): (а) ограничение субсидируемого размера ОЖ* = 8 530 т при инвестиционном ограничении ЯС* = 250 млн долл. США; (б) ОЖ* = 16 270 т при ЯС* = 500 млн долл. США; (в) ОЖ* = 24 010 т при ЯС* = 750 млн долл. США; (г) ОЖ* = 31 750 т при ЯС* = 1 000 млн долл. США

По графикам (Рисунок 8.1, а-г) видно, что увеличение предусмотренных субсидий (инвестиционного ограничения) связано с расширением интервала оп-

тимальных значений размера судна. Другими словами, по мере увеличения предусмотренных субсидий ЯС* на создание судна не только увеличивается оптимальный размер судна ВЖ, но и уменьшаются отличия судов разного размера при их сравнивании по критерию, используемому в форме целевой функции / Таким образом, на начальных этапах проектирования нужно знать ограничение по размеру субсидий ЯС*, которое в терминах системного подхода связано с определением более общей системы, чем многоцелевое судно ледового плавания, частью которой это судно выступает.

Кроме этого во всем диапазоне значений проектного ограничения по толщине форсируемого сплошного льда к оптимальные значения проектного дедвейта ВЖ, соответствующие минимуму целевой функции/, меньше, чем субсидируемое ограничение ВЖ*, хотя для высоких ледовых категорий (по оценке толщины сплошного форсируемого льда) оптимальные значения проектного дедвейта ВЖ довольно близки к ограничениям их субсидируемых значений ВЖ*, характерно, что повышение ледовой категории судна связано с увеличением его оптимального размера.

8.2. Инновационные морские технические средства, как общая комплексная система, служащая для определения проектных ограничений

На начальных этапах проектирования судна более общей системой методологически может служить понятие «морская техника» (океанотехника). Термин «судно» охватывается этим понятием, но морская техника не сводится только к нему и включает также иные объекты. В частности, морской техникой является оборудование судна на разных уровнях укрупнения этого оборудования, в пределе до уровня целостного судна.

Типовое оборудование, которым судно в соответствии с проектом укомплектовывается из числа серийно выпускаемого, как правило, на этапе проекти-

рования судна определяется как его подсистема. В то же время оборудование, системно связанное с функциональным назначением судна, в частности нетиповое оборудование многоцелевого судна ледового плавания, может выступать не как подсистема судна при определении его проектных характеристик, а как более общая, чем судно, комплексная система.

Для судна инновационного назначения, например для многоцелевого судна ледового плавания, при его создании общей комплексной системой может служить совокупность предварительно разрабатываемого оборудования в соответствии с федеральными программами, в частности с Государственной программой Российской Федерации «Развитие судостроения на 2013-2030 годы» /125/, или со Стратегией развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу /116/.

В качестве примеров функционального оборудования, специально разрабатываемого в соответствии с назначением многоцелевого судна ледового плавания до его проектирования, можно назвать:

- новые типы силовых установок, в частности использующих в качестве топлива природный газ или его смеси с дизельным топливом;

- реакторные и иные части для проектируемых судов с ядерными энергетическими установками;

- энергетические установки плавучих электростанций, установки для промышленного опреснения или нагрева воды на этих плавучих станциях;

- морские промышленные установки для сжижения природного газа;

- специальные системы судов ледового плавания и технические средства для форсирования льда;

- пропульсивные установки судов ледового плавания;

- спускаемые устройства специального назначения для работы в ледовых условиях и др.

Подобные технические средства, методологически представленные понятием «морская техника», обычно не охвачены серийным производством до создания соответствующих инновационных судов, но на начальных этапах проектирования

планируются к применению в соответствии с функциональным назначением этих судов, в том числе многоцелевых судов ледового плавания.

Эти технические средства подлежат разработке до проектирования судна, и, несмотря на то, что физически они являются подсистемами судна, тем не менее такое оборудование, специально разрабатываемое в соответствии с функциональным назначением судна, не входит в состав предмета проектирования судна. Характеристики этого оборудования задаются как исходные данные при проектировании судна, иными словами, как проектные ограничения. Поэтому оборудование, предварительно разрабатываемое в соответствии с назначением многоцелевого судна ледового плавания, в отличие от серийно выпускаемого, может быть при проектировании рассмотрено как общая комплексная система, в которой судно создается.

Для полноты представления нужно назвать примеры типового оборудования, применяемого для укомплектования судна и типично рассматриваемого, как подсистема на начальных этапах проектирования судна. В отличие от функционального оборудования, специально разрабатываемого в соответствии с назначением инновационного судна, создаваемого до начала проектирования судна, в качестве серийных комплектующих частей, выбираемых в процессе проектирования судна и не входящих в число проектных ограничений, можно назвать следующие технические средства: двигатели внутреннего сгорания, дизель-генераторы, котлы и топливную аппаратуру котлов, насосы, сепараторы, компрессоры, судовые палубные устройства общего назначения и их элементы, конструктивные элементы общесудовых систем и т.д.

8.3. Функции судов, связанные с их конструкцией и с инновационными технологическими активами в судостроении

Связанное с проектными ограничениями понятие общей комплексной системы, к которой принадлежит проектируемое инновационное судно, в частности многоцелевое судно ледового плавания, имеет отношение к конструкции судна и к используемым технологическим активам в судостроении.

Качеством целостного судна можно считать новые и создаваемые технологические возможности в судостроении, которые необходимы для постройки судна, назначение которого определяется федеральными программами или Стратегией развития судостроения. Это качество является связью с новыми технологическими возможностями постройки судна. В числе данных для нахождения оптимальных проектных характеристик судна инновационного назначения выступают предварительно созданные или создаваемые технологические возможности судостроительного производства, которые позволяют изготавливать это судно или его конструктивные элементы.

Пригодность многоцелевого судна ледового плавания к постройке на тех или иных судоверфях с присущими им технологическими ограничениями или с определенными ограничениями проектных характеристик судна может указываться как его заданная функция. Например, существенными технологическими характеристиками в судостроении, которые предопределяют возможности постройки судна, выступают обеспеченные активами (производственными мощностями и оборудованием) технологические процессы модульной постройки, если действует сборочная судоверфь и находящиеся с ней в кооперации судостроительные предприятия по выпуску секций и блоков строящихся судов. Технологические возможности модульной постройки связаны с конструкцией судов, создаваемых из блоков и секций, и эта конструктивная особенность может быть задана как проектное ограничение.

Следует обратить внимание на то, что конструктивные качества судна или технологические методы его постройки можно методологически переопределить через его функциональные характеристики. Это позволяет назвать инновационные технологические возможности в судостроении как форму главной системы создаваемых судов, для постройки которых эти технологические возможности необходимы, а в числе функциональных характеристик на начальных этапах проектирования судна может быть задано проектное ограничение, что судно или его части должны соответствовать определенной технологии постройки.

Те или иные характеристики конструкции судна тоже могут быть указаны как его функциональные качества помимо задания технологии постройки. В частности, назначение судна «мембранный газовоз» означает не только конструктивный признак судна, а также указание функционального признака: соответствующего способа перевозки сжиженного природного газа. Подобных примеров определения конструктивных характеристик судна в форме его функциональных качеств немало. Другим примером может служить судно ледового плавания, а наименование этого типа означает и конструктивные особенности судна, так и его функциональную характеристику.

8.4. Приоритетность и отраслевой баланс в судостроении и судоходстве

С учетом взаимосвязи отраслей судостроения и судоходства, действующих и развивающихся в балансе, обычно имеет значение экономический приоритет судоходства, поскольку характеристики строящихся судов, востребованных в судоходстве, могут использоваться в качестве данных (проектных ограничений) при создании судоверфей. Это означало бы, что более общей системой, чем судостроительное предприятие, может выступать судно, для размещения заказа на строительство которого в таком случае предприятие должно создаваться или выбираться из числа действующих судоверфей. Именно этот приоритет находит место в

Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу /116/, по которой предписываются типы судов, планируемых к постройке.

Таким образом, отраслевые взаимосвязи между судостроением и судоходством в рамках методологии определения оптимальных характеристик на начальных этапах создания судна можно определить как двусторонние:

- с одной стороны, инновационные методы судостроения можно назвать в составе проектных ограничений для создаваемого судна, то есть включить такую характеристику функции судна как соответствие предписанным методам постройки, в данном случае судостроительная технология выступила бы в составе общей комплексной системы при определении оптимальных проектных характеристик судна;

- с другой стороны, при создании судоверфей видно приоритетное значение экономического спроса в отношении состава и пополнения флота в судоходстве.

Как раз двусторонний характер отраслевой взаимосвязи между судостроением и судоходством показывает методологическое значение проектируемого судна, выступающего общим объектом. Форма отраслевой взаимосвязи отражена совокупностью проектных характеристик судна и его функционального назначения. Указанные функции и характеристики определяют судно как объект в судостроении и судоходстве совместно.

В экономическом отношении направления инвестирования в развитие судоходства и судостроения в значительной мере находятся в балансе с учетом взаимосвязи спроса в судоходстве и предложения в судостроении. Например, повышение спроса на новые суда может служить признаком целесообразности перераспределения инвестиций из судоходства в активы судостроительной отрасли. По причине этой же взаимосвязи снижение спроса на новые суда могло бы быть мотивом для определенного инвестирования из судостроительной отрасли в судоходство.

В предположении о выборе из двух альтернатив инвестирования - в создание судостроительного предприятия или в создание инновационного судна -

например при формулировании задачи (предмета и объекта) для программы развития судостроения, этот выбор может дать определение объекта, общей комплексной системой для которого были бы функции его назначения по федеральным программам или по Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу. А сам по себе выбранный приоритетный объект, будь то инновационное судно или планируемое к созданию судостроительное предприятие, послужил бы общей комплексной системой для второго из этих двух объектов. При этом характеристики выбранного приоритетного объекта в судоходстве или судостроении стали бы данными (проектными ограничениями) при создании другого из этих объектов.

Таким образом, необходимое для формулирования проектных ограничений на начальных этапах проектирования многоцелевого судна ледового плавания понятие общей комплексной системы, в которую проектируемое судно включено, не исчерпывается только первоначально приведенными четырьмя примерами (1-4, п. 2.3), а могло бы включать также следующие определения:

1) созданные инновационные методы судостроения, с учетом того, что функциональные характеристики судна могут быть обозначены как соответствие судна этим методам судостроения;

2) разрабатываемые инновационные технические средства для судостроения, отвечающие функциональному назначению проектируемого судна, характеристики и элементы которого отвечают создаваемым техническим средствам;

3) совокупность функций проектируемого судна в соответствии со Стратегией развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу /116/ или с действующими федеральными целевыми программами, которые, в таком случае, выступают в качестве общей комплексной системы, частью которой является создаваемое судно, а проектными ограничениями - показатели по указанной Стратегии и по программам.

8.5. Цели субсидирования, соответствующие характеристикам общей системы, в которую создаваемое судно входит как подсистема

Для анализа проектных ограничений нужно проанализировать рассмотренные варианты более общей системы, чем многоцелевое судно ледового плавания. Также представляет интерес обобщение этих вариантов или их совмещение при условии возможной взаимозаменяемости. Этот анализ мог бы также дать суждение относительно полноты рассмотренной совокупности вариантов более общей системы, чем судно, которое в нее входит как подсистема.

При определении величины субсидирования в создание многоцелевого судна ледового плавания, которое оказывает влияние на размер и оптимальные характеристики судна, нужно иметь в виду, во-первых, что суммарные субсидии по всем объектам (судам, планируемым к постройке) в совокупности ограничены, и, во-вторых, что с созданием судна могут быть связаны различные цели субсидирования, то есть что понятия более общей системы, чем многоцелевое судно ледового плавания на начальных этапах его создания, в каждом из представленных выше вариантов этой общей комплексной системы (1-4, п. 2.3 и 1-3, п. 8.4) или в иных вариантах может при субсидировании рассматриваться как самостоятельная цель. Обобщая указанную совокупность вариантов общей комплексной системы, в которую входит проектируемое судно, а также возможных иных ее вариантов, самостоятельными целями субсидирования можно назвать:

1) пополнение флота морских грузоперевозчиков (характерный пример для «внешней» задачи проектирования транспортного судна);

2) создание морского предприятия (судоходной компании) в форме комплекса его активов, в который входит проектируемое судно;

3) организация морского грузопотока определенной интенсивности и протяженности, обслуживаемого судами, сходными с проектируемым, то есть создание комплекса сходных судов (кластера);

4) создание кластера сходных судов, осуществляющих освоение морских ресурсов в определенном морском районе (добычу водных биологических ресурсов, полезных ископаемых на шельфе и пр.), или комплекса судов разных функциональных типов, взаимно дополняемых в нем (например, в морской промысловой экспедиции);

5) создание новых заводов и верфей, практикующих инновационные методы судостроения, с учетом того, что функции строящихся судов включают также соответствие создаваемым методам судостроения;

6) предварительная разработка новых морских технических средств, функционально соответствующих создаваемым судам, для которых эти морские технические средства предназначены для нахождения проектных ограничений в качестве главной подсистемы;

7) создание судов для осуществления функций в соответствии со Стратегией развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу и с действующими федеральными целевыми программами в судостроении и судоходстве.

Как отмечено выше, помимо названных вариантов более общей системы, чем создаваемое судно, возможны и иные, которые могут означать самостоятельные цели субсидирования, пригодные методологически для нахождения исходных данных и ограничений на начальных этапах проектирования судна.

По решению администраций, осуществляющих выполнение Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу и действующих федеральных целевых программ в судостроении и судоходстве источниками субсидирования могут выступать федеральный бюджет и региональные бюджеты разных уровней, а также отраслевые бюджеты в судоходстве и судостроении помимо возможного участия корпоративных инвесторов. Дополнительное внебюджетное финансирование имеет большое значение, если в дальнейшем по мере достижения поставленных целей предусматривается приватизация созданных инновационных судов и активов судостроительных предприятий и возвращение субсидированных средств в бюджеты.

8.6. Классифицирование самостоятельных целей, для которых субсидируется постройка судов и развитие судостроительной промышленности

Признаки классифицирования самостоятельных целей, для которых субсидируется развитие судостроительной промышленности и обновление флота, можно определить в привязке к функциональным и конструктивным атрибутам создаваемых судов и инновационных технологических активов в судостроении, а также к функциональным признакам морских технических средств, соответствующих создаваемым судам, для которых эти технические средства предназначены в качестве главной подсистемы. По отношению к новым судам, морским техническим средствам и методам судостроения можно назвать следующие общие признаки классифицирования целей их создания: функциональные, конструктивные, технологические и имущественные (экономические).

Такие цели, как пополнение флота грузоперевозчиков для организации морских транспортных грузопотоков (1, п. 2.3), имеют функциональный характер. Пополнение флота во многом соответствует цели организации морского грузопотока определенной интенсивности и протяженности (3, п. 2.3) и само по себе не означает создание новых видов морской техники или возможностей судостроения.

Создание морского предприятия (2, п. 2.3) в форме комплекса активов, в который входит проектируемое судно, являющегося объектом хозяйствования и обособленного учета, как цель субсидирования имеет имущественный характер, связанный с хозяйственным расчетом. В создании комплекса активов морского предприятия, в частности судоходной компании, то есть судов, помимо бюджетного могут участвовать корпоративные инвесторы, целью которых выступает повышение стоимости создаваемого комплекса активов. Постройка инновационных судов, а также морской техники или создание новых активов и технологий в судостроении как таковое не требуется при создании морского предприятия, а имуще-

ственный комплекс предприятия может формироваться на основе доступных технологий и активов.

Освоение водных ресурсов в определенном районе моря и создание для этого комплекса судов сходных, или различных и функционально взаимно дополняемых в этом комплексе (4, п. 2.3), можно охарактеризовать как самостоятельную функциональную цель субсидирования. А поскольку к морским ресурсам в широком экономическом смысле могут быть отнесены не только полезные ископаемые на шельфе или водные биологические ресурсы, а любые ресурсы морской среды, пригодные для ее продуктивного использования /29/, то можно видеть сходство функционального характера следующих целей из рассматриваемого перечня: освоение морских ресурсов и создание для этого комплекса судов (4, п. 2.3), пополнение флота грузоперевозчиков (1, п. 2.3), а также организация морского грузопотока определенной интенсивности и протяженности (3, п. 2.3). Нужно пояснить, что для нахождения оптимальных характеристик многоцелевого судна ледового плавания на начальных этапах его проектирования к морским ресурсам в экономическом отношении можно отнести не только ресурсы шельфа, водные биологические и т.д., а любые возможности морской промышленной деятельности на условиях окупаемости, хозяйственного расчета или иначе определяемой полезности с применением экономических критериев. Например, в замерзающих морях к ресурсам в экономическом отношении можно отнести грузопотоки, шельфовые работы, переработку природного газа (сжижение, хранение и транспортировку), генерирование энергии, иные промышленные задачи в море, субсидируемые или находящие платежеспособный спрос.

Создание инновационных методов судостроения (5, п. 8.5) с учетом того, что функции строящихся судов включают также соответствие этих судов методам их постройки, соответствует функциональному и технологическому характеру цели, в которую создаваемое судно включено, как в более общую систему, определяющую проектные ограничения.

Функциональный и конструктивный характер цели, как системы, в которую судно методологически включено, означает разработку инновационных морских

технических средств (6, п. 8.5), функционально соответствующих судам, для которых эти морские технические средства создаются в качестве главной подсистемы.

Реализация Стратегии развития судостроения и целевых программ в судостроении и судоходстве (7, п. 8.5), которые во многом предопределяют создание инновационных судов ледового плавания, соответствует функциональному характеру цели создания этих судов, а исходные данные по Стратегии и по программам на начальных этапах проектирования судна входят в состав проектных ограничений.

Функциональное назначение подлежащих постройке судов, которое указывается в Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 г. и в федеральных программах, тесно связано с формулированием общей комплексной системы функциями новых морских технических средств по назначению соответствующих создаваемым судам (6, п. 8.5), для которых эти морские технические средства предназначены в качестве главной подсистемы. Главной подсистемой в таком случае может выступать и физическое устройство или механизм, то есть определенная совокупность технических средств, разрабатываемых до создания судна в качестве его инновационной главной части, соответствующей назначению судна, и предписываемое качество целостного судна в соответствии с его назначением по Стратегии развития судостроения и по целевым программам.

С учетом анализа приведенных вариантов общих комплексных систем, в которые в том или ином отношении создаваемое многоцелевое судно ледового плавания входит в качестве подсистемы, можно при определении проектных ограничений на начальных этапах проектирования судна придерживаться четырех признаков самостоятельных целей его создания, как характеристик общей комплексной системы:

I. Имущественный признак (хозрасчетный, экономический) самостоятельной цели создания судна, инновационной морской техники (совокупности механизмов судна) или новых технических средств и технологий судостроения, направленной на экономический результат, оцениваемый в сопоставимых фор-

мах: на принципах самоокупаемости для возврата субсидий и платы за пользование субсидиями в бюджет или продажи корпоративному инвестору для возврата субсидий и платы за пользование капиталом. Возможны разные формы возврата субсидий как при гражданском обороте, или при операционном использовании созданного судна, так и с применением акционерных, лизинговых или кредитных финансовых инструментов.

II. Технологический целевой признак означает самостоятельную ценность создания инновационных возможностей в судостроении с учетом того, что эти возможности тесно связаны с конструкцией строящихся судов и могут на начальных этапах проектирования судна предписываться в составе функции судна как указание его пригодности к постройке с применением созданных новых технологических возможностей, являющихся для технологического признака самоценными.

III. Конструктивный целевой признак обозначает ценность создания главной подсистемы судна, то есть инновационных технических средств, устройств, конструкций, оборудования или части судна, не являющихся серийно освоенными в судостроении до создания судна, в проект которого они предназначены, разрабатываемых до осуществления проекта судна и включаемых в составе данных и ограничений в задание на его проектирование. Главная подсистема создаваемого судна, как методологическое понятие, связана, с одной стороны, с его функцией, то есть не относится к числу технических средств общего назначения, применяемых на судах всех типов, а с другой стороны, с инновационными технологиями в судостроении, так как главная подсистема является новым изделием, серийно не производящимся. Нужно заметить, что создание инновационного судна, включая его проектирование, разработку тех или иных его подсистем, ранее не производившихся, и новых технологических активов в судостроении, имеет несерийный характер, а серийная постройка судов означала бы их повторяемость, когда указанные задачи решены.

IV. Функциональный признак цели создания судна, характеризующий ценность его функции назначения, определяется на тех или на иных основаниях,

например по Стратегии развития судостроительной промышленности, по целевым программам в судостроении и судоходстве и др., то есть самоценный функциональный признак цели создания судна, определяемый без апеллирования к другим, рассмотренным выше признакам цели, выступает инновационным назначением многоцелевого судна ледового плавания.

Последовательность указания технологического, конструктивного и функционального признаков самостоятельных целей создания судна, которая показана выше (I, II, III и IV), является условной и не означает их иерархической соподчи-ненности. В общем случае названные признаки могут рассматриваться как равнозначные для определения ограничений на начальных этапах проектирования многоцелевого судна ледового плавания посредством формирования структуры общей комплексной системы, подсистемой которой выступает создаваемое судно, и использования сформированной общей системы, например для оценки распределения субсидий и для нахождения финансового ограничения инвестиций в постройку судна. В то же время выбор одного из признаков в качестве приоритетного соответствует изменению формы определения общей комплексной системы, в которую входит проектируемое судно. Форма этой системы, используемой для нахождения ограничений на начальных этапах проектирования судна, в этом случае может иметь вид цели создания судна, выбранной как главная, связанной с совокупностью остальных целей.

Нужно обратить внимание на то, что функциональные, конструктивные, технологические и имущественные признаки целей создания новых судов, морских технических средств и методов судостроения не являются взаимоисключающими, и видна определенная взаимная зависимость этих четырех признаков, которая может давать возможность переопределять одни целевые признаки из числа указанных через другие, хотя из числа рассмотренных три признака: II, III и IV -тем не менее во многих случаях можно рассматривать как практически независимые по следующим причинам:

- приоритет конструктивного или технологического признака зависит от иерархии целей в системе отраслей судостроения и судоходства, когда приоритет

может формироваться в судоходстве, когда характеристики судов, планируемых к постройке, используются в качестве данных при создании судоверфей, или в судостроении, если пригодность к постройке на тех или иных судоверфях с присущими им технологическими ограничениями может назначаться как функция судна;

- несмотря на то, что признак функции судна можно иногда сформулировать как конструктивный, связанный с функцией судна, или как признак цели в сфере судостроительной технологии, также связанный с конструкцией и функцией судна, тем не менее логично рассматривать ценность функции создаваемого судна как независимый признак цели, потому что планирование в судостроении и судоходстве в соответствии со Стратегией развития судостроительной промышленности на период до 2020 г. и на дальнейшую перспективу и с федеральными программами, в частности с Государственной программой Российской Федерации «Развитие судостроения на 2013-2030 годы» /32/, обычно представлено функциональными характеристиками судов, конструктивные особенности которых и способы их постройки выступают зависимыми и подлежат разработке в отраслях.

8.7. Нахождение инвестиционного ограничения субсидий в создание судна с учетом их распределения на инвестиционные цели

Рассматривая при определении инвестиционного ограничения субсидий в создание судна методологическое понятие общей комплексной системы, к которой принадлежит проектируемое многоцелевое судно ледового плавания, в отрыве от конкретных примеров этой системы (1-4, п. 2.3 и 1-3, п. 8.4) или иных ее вариантов, можно охарактеризовать общую комплексную систему как совокупность самостоятельных целей, для осуществления которых создается судно. Распределение инвестиций в создание судна производится с учетом рисков инвести-

рования и баланса инвестиций в самостоятельные цели, методологически характеризующие общую комплексную систему.

Предпосылка баланса суммы инвестиций в создание инновационных судов, морской техники и инновационных активов судостроительных предприятий, то есть новых верфей и в обновление методов судостроительной технологии, с одной стороны, и суммарного количества субсидированных средств для достижения самоценных целей (I, II, III и IV) - хозрасчетной (имущественной), технологической, конструктивной и функциональной - с другой стороны, может использоваться для логичного распределения субсидий на эти цели, для достижения которых создается судно.

Ограничением суммы инвестиций выступает общее количество финансовых субсидий RCЕ , предусмотренных на инвестирование в решение задач по Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу и по федеральным программам, в частности по Государственной программе Российской Федерации «Развитие судостроения на 20132030 годы», а предметом служит подход для логичного распределения денежной суммы на части и, в конечном счете, на объекты инвестирования - создаваемые суда, а также иные объекты, в отношении которых предусмотрены указанные субсидии.

Для каждого объекта инвестирования, в частности для многоцелевого судна ледового плавания, предусматривается субсидия RCFMQK, соответствующая инвестиционному ограничению RC*, применяемому при нахождении проектных характеристик, находящаяся в зависимости от суммарных субсидий RCЕ и от способа их распределения по объектам инвестирования. Таким образом, субсидия RCfmqk выступает как характеристика общей комплексной системы, к которой

проектируемое судно принадлежит, этот показатель RCFMQK отражает суммарные субсидии и способ их распределения по объектам.

Условие баланса инвестиций ЯСРмдк в создание многоцелевого судна ледового плавания или иного объекта из числа инновационных технических средств, устройств, конструкций, оборудования и др., а также, активов судостроительных предприятий и суммарных субсидий ЯСЕ имеет вид

ЯСм** , (81)

Р мЕ <2шКЕмд

где ЯСЕ - ограничение субсидируемой суммы инвестиций, в частности финансовые средства, предусмотренные для осуществления Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу и соответствующих федеральных программ создания инновационных судов, морской техники и развития судостроительных предприятий; ЯСРмдк (или ЯСК) -

субсидия, соответствующая инвестиционному ограничению ЯС*, применяемому при нахождении проектных характеристик, равная для каждого объекта, в частности судна, сумме инвестиций в цели его создания по признакам: К-ой функции

назначения создаваемого судна (Кшд), характеризующей ценность его функции, предусмотренной по Стратегии развития судостроения или по соответствующим целевым программам, Q-му конструктивному целевому признаку (), обозначающему ценность создания главной подсистемы судна: инновационных технических средств, устройств, конструкций, оборудования и др., не являющихся серийно освоенными до создания судна, в проект которого они предназначены, разрабатываемых до осуществления проекта судна и включаемых в состав данных и проектных ограничений, М-му технологическому признаку (МР), соответствующему созданию инновационных технологических возможностей в судостроении, с учетом того, что эти возможности тесно связаны с конструкцией строящихся судов и могут также на начальных этапах проектирования судна указываться в качестве проектного ограничения в отношении необходимой пригодности проектируемого судна для его создания с применением новых технологических возможностей, ^му имущественному признаку, то есть хозрасчетному признаку це-

ли, направленной на экономический результат, оцениваемый на принципах самоокупаемости и возврата субсидий в бюджет и платы за пользование корпоративными (внебюджетными) субсидиями.

Для записи условия баланса инвестиций (8.1) можно использовать упрощение символов

RCz = 1111 RCfmqk или RC£ = X RCk , (*2)

F M Q K FMQK

а также символическую запись условия баланса субсидий: RCz = ZRC .

Группирование индексов суммирования в записи (FMQK) или их пропускание не является отменой последовательности суммирования в уравнении (8.1 и 8.2). Каждый из индексов суммирования - K, Q, M и F - применяется внутри совокупности более общих индексов суммирования в предложенной их последовательности, которая соответствует перечню признаков самостоятельных целей субсидирования: I, II, III и IV. Несмотря на то, что этот перечень целей субсидирования не означает приоритета тех или иных из них и последовательность индексов условна, для корректного использования условия баланса инвестиций и для единообразия следует придерживаться указанной последовательности: K, Q, M и F.

Нужно обратить внимание, что возможное введение дополнительных признаков целей субсидирования помимо используемых (I, II, III и IV) не меняет сумму инвестиций RCz в создание инновационных судов, морской техники и в развитие судостроительных предприятий, и эта сумма является ограничительной предпосылкой, то есть исходным данным для условия баланса инвестиций.

При использовании удельного показателя инвестиций rcFMQK в расчете на

единицу размера судна (в сокращенной записи rcK ) условие баланса субсидий (8.1 и 8.2) принимает вид

RCz = X (гск х DWk ), (8.3)

FMQK

где (то есть ВЖРмдк) - размер К-го (то есть FMQK-го) создаваемого судна (в частности, по характеристике его проектного дедвейта, т) для К-го признака самоценности функционального назначения создаваемого судна (КРмд), Q-го

признака самоценности инновационного конструктивного типа (0РМ ), М-го признака ценности создания инновационных технологических методов для судостроения, предназначенных для постройки этого судна, (МР) для F-го признака хозяйственной цели субсидирования, оцениваемой на принципах самоокупаемости.

Условие баланса инвестиций (8.1, 8.2 и 8.3) в создание инновационных судов и активов судостроительных предприятий приводится в функции от характеристики размера создаваемого судна. Это логично потому, что размер судна связан с потребностью в затратах на его постройку и ввод в эксплуатацию (в пополнение оборотных средств), и потому, что размер характеризует не только судно, но и судостроительное предприятие, осуществляющее постройку судов этого размера, а также размер характеризует технические средства, устройства, конструкции, иное оборудование или части создаваемого судна. Нужно заметить, что характеристика снабжения, применяемая по правилам Регистра для определения проектных элементов устройств судна и иного оборудования, устанавливаемого на судне, рассчитывается в зависимости от его размера.

В условии баланса инвестиций в качестве характеристики размера судна применяется проектный дедвейт ОЖ. Помимо дедвейта в этом уравнении могут использоваться иные характеристики размера судна, которые не только говорят о его способности перевозить грузы, но и показывают пригодность судна для выполнения служебно-вспомогательных функций во льдах, навигационного обслуживания иных судов в условиях замерзающих морей, пригодность для несения на борту специального оборудования, предназначенного для выполнения тех или иных функций в замерзающих морях, в том числе в условии баланса инвестиций могут использоваться такие характеристики размера судна, как: водоизмещение по грузовую марку Д грузоподъемность РО, регистровая вместимость (валовая ОЯТ или чистая ЫЯТ) и др., а также та или иная характеристика судовых источни-

ков энергии или механизмов: эффективная мощность Ыв, потребная мощность во льдах Ыгсе, суммарная мощность судовой силовой установки ЫР и т.д.

Определение инвестиционной константы гс , то есть характеристики удельных инвестиций на единицу размера судна, соотносимого с проектный дедвейтом ОЖ (или с иной характеристикой размера), и произведения инвестиционной константы на показатель суммарного риска [гс(йЖ) х I], при условии баланса инвестиций в создание многоцелевого судна ледового плавания ЯСШдК и суммарных субсидий ЯСЕ , можно осуществить решением системы двух уравнений:

RCЕ= rc(DW) х £ ((rcK / rc(DW)) х DWK) или rc(DW) =

RC z

и

FMQK ' K

FMQK

^ RCy

RC z= [rc (DW) х i] х £ (DWk / Ik ) или [rc(DW) х i] = у ( fj ).

FMQK ^^^ ^ K K >

FMQK

(8.4)

Использование удельного показателя инвестиций в расчете на единицу размера создаваемого судна на начальных этапах проектирования можно оценивать по отношению к различным характеристикам размера судна, то есть не только на единицу проектного дедвейта DW, хотя это удобно, но и на единицу иной характеристики размера. В частности, в судостроительной промышленности широко применяется показатель инвестиций на единицу строительного веса, то есть водоизмещения судна порожнем DP, которое может определяться в зависимости от проектного дедвейта DW и от полного водоизмещения судна D: DP = D-DW.

Определение показателей rc и [rc х i] по системе уравнений (8.4) для нахождения проектных ограничений на основе обобщения самостоятельных целей создания судна (I, II, III и IV): хозрасчетной (имущественной), технологической, конструктивной и функциональной по рассмотренной модели баланса инвестиций в создание инновационных судов и активов судостроительных предприятий практически целесообразно производить в системе электронных таблиц EXCEL.

С экономической стороны значение удельного показателя субсидий соотносится в обратной пропорции с показателем рисков инвестирования. Для самостоятельных целей создания судна (I, II, III и IV) характерно соотношение рассматриваемых показателей (гсР , гР , гсм , \м , гсд , , гск , ¡к , гс и /), которое следует

из примененного способа (8.4) распределения удельного показателя инвестиций в обратной пропорции к рискам инвестирования в каждую независимую (самоценную) цель, связанную с созданием инновационного судна,

[гс х /] = гсм х 1м = гсР х гр = гсе х = гск х ¡к, (8.5)

где гсР и ¡р - удельный показатель субсидий в расчете на единицу размера судна и показатель рисков инвестирования в имущественных целях, направленных на экономический результат, оцениваемый на принципах самоокупаемости и возврата в бюджет субсидий и платы за пользование субсидиями, или продажи корпоративному инвестору с такой же хозрасчетной целью; гсм и 1м - удельный показатель субсидий и показатель рисков инвестирования в целях создания инновационных технологических возможностей в судостроении, которые на начальных этапах проектирования судна могут указываться в качестве проектного ограничения в отношении необходимой пригодности проектируемого судна для его постройки с применением созданных технологических возможностей; гсд и -

удельный показатель субсидий и показатель рисков инвестирования в целях создания главной подсистемы судна, характеристики которой служат данными при его проектировании: инновационных технических средств, устройств, конструкций, оборудования или части судна, не являющихся серийно освоенными до создания судна; гск и !к - удельный показатель субсидий и показатель рисков инвестирования для функционального признака цели создания судна, характеризующие ценность функции судна, определяемую по Стратегии развития судостроения или по целевым программам в форме назначения строящихся судов.

На начальных этапах проектирования с учетом анализа структуры общей комплексной системы, частью которой выступает создаваемое судно, представленной ее вариантами (1-4, п. 2.3 и 1-3, п. 8.4 или иными), а также самостоятельными целями создания судна (I, II, III и IV): хозрасчетной (имущественной), технологической, конструктивной и функциональной, финансовое ограничение распределяемых субсидий ЯС * можно найти на основе анализа рисков при достижении каждой из целей (!Р , 1м , и !к ), и зависимых от рисков удельных показателей инвестиций гс и [гс х /] (8.4), определяется как

8.8. Определение субсидируемого размера судна с учетом обобщения показателей рисков инвестирования в самостоятельные цели

Проектное ограничение субсидируемого проектного дедвейта DW * многоцелевого судна ледового плавания, используемое при решении проектных задач для нахождения поправки (штрафной или премиальной) к целевой функции, можно приближенно определить при совмещении ограничения распределяемых субсидий RC * в создание судна (8.6) и зависимости (6.3) размера многоцелевого судна ледового плавания от субсидируемых инвестиций RC * в его создание с учетом зависимых от рисков удельных показателей инвестиций rc и [rc х i] ограничение субсидируемого проектного дедвейта DW * равно

RC * = [ rc (DW) х i ] х DW * / i.

(8.6)

DW * * 789,5/(1 - 0,0301 х rc(DW )) , или DW * * 789,5 /(1 - 0,0301 х [rc (DW) х i ] / i), т,

(8.7)

где показатель инвестиционной константы гс(ВЖ) применяется в размерности: тыс. долл. США / т.

Зависимости ограничения субсидируемого размера многоцелевого судна ледового плавания от удельного показателя субсидий гс (ВЖ) или гс (ВР), зависящих, в свою очередь, от суммы инвестиций в создание инновационных судов ЯС2 и от рисков при достижении каждой из целей создания нового судна (I? , , /д и /к ): функциональной, конструктивной, технологической и имущественной, а также от суммарного риска /, представлены на графиках (Рисунок 8.2, а, б).

Рисунок 8.2. Оценка ограничения субсидий в создание многоцелевого судна ледового плавания, преобразованного к характеристикам размера судна: (а) субсидируемого проектного дедвейта ВЖ *, гс (ВЖ); (б) субсидируемого водоизмещения судна порожнем ВР * , гс (ВР)

Финансовое ограничение субсидируемых инвестиций ЯС * в создание многоцелевого судна ледового плавания можно, соответственно, найти в зависимости от инвестиционной константы гс (ВЖ), как

ЯС * * 789,5 /(I /[ гс (ВЖ) х I ] - 30,96), или ЯС * * 789,5 /(1000 / гс(ВЖ) - 30,96), млн долл. США.

(8.8)

Найденное ограничение субсидируемых инвестиций ЯС * в создание многоцелевого судна ледового плавания, как и значение инвестиционной константы гс , зависит от заданного значения суммы инвестиций в создание инновационных судов, морской техники и в развитие судостроительных предприятий, и характе-

ризует, с одной стороны, распределение суммы инвестиций ЯСЕ в соответствии со структурой общей комплексной системы, подсистемой которой выступает многоцелевое судно ледового плавания, в соответствии и рисками инвестирования в

самостоятельные цели (1Р , 1м, 1д и 1к), означающие ценность функции судна,

определяемую по Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу или по целевым программам в судостроении и судоходстве.

При использовании параметрической зависимости (5.8) необходимых инвестиций ЯС от размера многоцелевого судна ледового плавания по оценке его водоизмещения порожнем ОР ограничение субсидируемого водоизмещения порожнем ОР * с учетом зависимых от рисков удельных показателей инвестиций гс(ОР) и [гс(ОР) х I] можно определить как

ОР * * 1687 /(1 - 0,0388 х гс(ОР )) , (8.9)

или ОР * * 1687 /(1 - 0,0388 х [гс(ОР) х I] /I) , т,

а ограничение субсидируемых инвестиций ЯС * в создание многоцелевого судна ледового плавания равно, соответственно,

ЯС * * 1687 /(I /[ гс (ОР) х I ] - 43,5), (8.10)

или ЯС * * 1687 /(11000 / гс (ОР) - 43,5), млн долл. США,

где показатели инвестиционной константы гс(ОР) и произведения инвестиционной константы на показатель суммарного риска [гс(ОР) х I] определяются по системе двух уравнений, аналогичных тем, которые рассмотрены выше (8.4), с учетом замены переменной проектного дедвейта БЖ, как характеристики размера судна, на водоизмещение порожнем ВР\

ЯСЪ . ЯСЕ

гс(ОР) = ^ Л тя [гс(ОР) х I] = —-*--(8 п)

( ) I ОРк И 1 ( ) ] £ (ОРк / 1к) . (8Л1)

Рмдк Рмдк

8.9. Влияние инвестиционных ограничений на целевую функцию и оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания

Зависимость целевой функции / охватывающей в сумме экономический критерий удельных приведенных затрат (РЖ / БЖ) и поправку (штрафную или премиальную) за соответствие размера судна (ВЖ) его субсидируемому значению (БЖ *), от проектного дедвейта ВЖ многоцелевого судна ледового плавания, а также от величины субсидируемых инвестиций в форме инвестиционной константы гс (ВЖ), характеризующей распределение субсидий по совокупности самостоятельных целей инвестирования в создание судов, а также новых технологических активов в судостроении, инновационных морских технических средств и нового оборудования: устройств, конструкций или частей судна и др., показана на графической поверхности и в проекции (Рисунок 8.3, а, б).

Рисунок 8.3. Зависимость целевой функции в форме критерия удельных приведенных затрат в расчете на единицу размера судна (РЖ / БЖ) с учетом финансового ограничения по размеру субсидий на создание многоцелевого судна ледового плавания от проектного дедвейта ВЖ и инвестиционной константы гс (ВЖ), характеризующей распределение субсидий (при проектном ограничении по толщине сплошного форсируемого льда И, равном 1,0 м)

По графической поверхности можно в зависимости от размера выделенных субсидий на создание судна (по удельной оценке гс (ОЩ)) видеть границы интервала возможных оптимальных значений размера судна (проектного дедвейта ОЩ), соответствующих минимальным значениям целевой функции. При указанном проектном ограничении по толщине сплошного форсируемого льда И, равном 1,0 м, возможные наибольшие значения оптимального размера судна увеличиваются по мере увеличения выделенных субсидий на создание судна гс (ОЩ).

Целевая функция / характеризуется ростом значений по мере уменьшения размера предусмотренных субсидий на создание судна гс (ОЩ) (или ЯС*), с учетом того, что недостающие субсидии привлекаются на финансовых рынках по определенной стоимости капитала, что отражается на повышении затрат.

Наряду с другими проектными ограничениями в совокупности финансовое ограничение по размеру субсидируемых инвестиций в создание многоцелевого судна ледового плавания характеризует связь судна с общей системой, в которую проектируемое судно входит как подсистема. Общая комплексная система, в которую входит проектируемое многоцелевое судно ледового плавания, может методологически быть представлена как совокупность самоценных целей субсидирования в его создание, включая имущественные цели (хозрасчетные), технологические, конструктивные и функциональные.

Оценка проектного ограничения субсидируемых инвестиций в создание многоцелевого судна ледового плавания может выполняться с учетом баланса суммарных субсидий и рисков инвестирования, соответствующих независимым целевым признакам, а также суммарного риска инвестирования в создание многоцелевого судна ледового плавания. Размер субсидируемых инвестиций, как и другие проектные ограничения, на начальных этапах проектирования оказывает влияние на оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания: с увеличением субсидий в создание судна его оптимальный размер увеличивается.

Заключение

Создание многоцелевых судов ледового плавания производится для нужд Правительства Российской Федерации на основании Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу, Государственной программы Российской Федерации «Развитие судостроения на 2013-2030 годы» и других соответствующих решений. Помимо федеральных потребностей создания инновационных судов для арктических и замерзающих морей имеется также спрос со стороны корпоративных инвесторов.

Суда ледового плавания, создаваемые в соответствии со Стратегией развития судостроительной промышленности и с федеральными программами, строящиеся для автономной эксплуатации во льдах, обычно совмещают две или несколько функций и, помимо форсирования льда, могут также перевозить грузы: жидкие, в том числе сжиженный природный газ, и сухие, включая укрупненные унифицированные грузы - контейнеры, контейнер-цистерны, модульное оборудование в габаритах стандартных контейнеров, - они могут использоваться для доставки снабжения и выгрузки, в том числе с применением вертолета, обслуживать шельфовые стационарные платформы, осуществлять спасательные, патрульные или иные операции, базирование и обслуживание погружаемого оборудования или применяться в других целях. Другим характерным признаком судов этого типа служит функциональная гибкость и пригодность к модернизациям, как к вариациям в проектах судов, так и к фактическому переоборудованию действующих многоцелевых судов ледового плавания. Кроме этого ряд многоцелевых судов ледового плавания по новым проектам их силовых установок являются двухтопливными, действующими как на дизельном топливе, так и на природном газе. В основном все перечисленные характерные особенности относятся также к многоцелевым судам ледового плавания, создаваемым за рубежом.

В то же время гражданские суда, строящиеся серийно в соответствии с рыночным спросом, по назначению обычно являются не многоцелевыми, а специа-

лизированными или универсальными, то есть специализирующимися на перевозке генерального груза. Это можно отнести к разным типам транспортных судов, как перевозящих жидкие грузы, в том числе режимные, так и сухие грузы: генеральный, укрупненный унифицированный, навалочный, накатной, лесной, охлаждаемый или замороженный и др., - но не предназначенных, в частности, для форсирования льдов. А также специализированными обычно служат серийно создаваемые промысловые суда, служебно-вспомогательные, суда технического назначения и др. Специализация судов связана с предпочтениями при выборе методологических подходов для нахождения проектных характеристик таких судов. При достаточном количестве серийных аналогов специализированных судов определение их проектных характеристик и элементов логично основывается на применении данных аналогов. В то же время на начальных этапах определения проектных характеристик и элементов инновационных судов, создаваемых единично или малыми сериями в соответствии со Стратегией развития судостроительной промышленности или с федеральными целевыми программами, а именно многоцелевых судов ледового плавания, имеет смысл использовать менее зависимые от наличия прототипов методы проектной оптимизации, базирующиеся на применении системного подхода, критериев оптимальности и целевых функций, а также, проектных ограничений.

О с н о в н ы е н а у ч н ы е р е з у л ь т а т ы.

При нахождении в соответствии с принципами системного подхода оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания вводится понятие комплексного объекта, более общего в методологическом отношении, чем проектируемое судно, которое входит в состав этого общего комплексного объекта. Кроме этого вводится понятие подсистемы многоцелевого судна ледового плавания. Подсистемами могут служить объекты двух видов - или целостное судно, оцениваемое с точки зрения того или иного отдельного его качества, или конструктивная часть судна в процессе ее проектирования, в том числе корпус судна или его части, устройства, системы и механизмы. В задаче нахожде-

ния проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания возникает система уровней, которая помимо судна включает общий комплексный объект, подсистемой которого выступает проектируемое судно, а также подсистемы судна, для которых оно служит общим комплексным объектом, методологически включающим их и новое качество, отсутствующее в подсистемах, возникающее при их совмещении.

Методологический подход, при котором проектируемое многоцелевое судно ледового плавания рассматривается как сложная вероятностная система, дает возможность решить важные задачи при создании методов определения проектных характеристик, в том числе, задачу связанную с классифицированием числовых величин, описывающих проектируемое судно и входящих в разрабатываемые и используемые математические модели, и с отнесением этих величин с учетом их свойств во множества: независимых переменных, среди которых находятся оптимальные проектные характеристики судна, исходных данных, то есть характеристик общей комплексной системы, в которую проектируемое судно входит как подсистема, служащих проектными ограничениями при нахождении оптимальных характеристик судна, и параметров, то есть характеристик подсистем судна, другими словами, его проектных элементов. Системный подход, при котором определяются проектные ограничения, позволяет решить вопрос сопоставимости вариантов при определении оптимальных характеристик судна. Сопоставимыми вариантами судна являются такие, которые соответствуют одинаковым проектным ограничениям.

Размер многоцелевого судна ледового плавания, который, в частности, можно охарактеризовать водоизмещением, дедвейтом, вместимостью или иным подобным показателем, определяется не только на основании методов строительной механики или теории корабля, поскольку создаваемые суда разного размера тем не менее соответствуют критериям теории корабля и строительной механики, которые применяются при нахождении проектных элементов (размерений судна или их соотношений и др.), но не характеристик, которые на начальных этапах

проектирования не могут быть найдены только с использованием методов теории корабля или строительной механики.