Оптимизация характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания с учетом вероятностных условий их работы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.03, кандидат технических наук Нестеров, Олег Львович

• Нестеров, Олег Львович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нестеров, Олег Львович

Введение.

1. Перевозки в судах смешанного река-море плавания -перспективное направление развития речного транспорта.

1.1 Состояние перевозок и флота.

1.2 Анализ исследований по обоснованию основных элементов и характеристик судов смешанного река-море плавания.

1.3 Постановка задачи исследования.

2. Статистическо-вероятностный метод обоснования характеристик сухогрузных судов.

2.1 Вводные пояснения.

2.2 Вероятностное обоснование грузоподъемности судна.

2.3 Обоснование и разработка алгоритма определения массогабаритных характеристик груза.

2.4 Оптимизация грузоподъемности сухогрузных судов смешанного плавания с учетом вероятностных условий их работы.

3. Обоснование относительной длины сухогрузных судов.

3.1 Влияния относительной дины судна на его ходкость.

3.2 Анализ методик для определения относительной длины.

3.3 Обоснование относительной длины по условию ходкости судна.

3.4 Комплексное обоснование относительной длины судна.

4. Обоснование характеристик сухогрузных судов смешанного плавания, работающих в Балтийском бассейне.

4.1 Статистическая база и ее особенности.

4.2 Статистический анализ случайных величин характеристик перевозимых грузов.

4.3 Вероятностная оценка прогнозных величин характеристик судна.

4.4 Оптимизация грузоподъемности сухогрузных судов смешанного плавания с учетом вероятностных условий их работы в Балтийском бассейне.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания с учетом вероятностных условий их работы»

Актуальность работы. Постоянный рост транспортной эффективности судов, занимающихся смешанными река-море перевозками, может быть обеспечен не только путем совершенствования организации их работы. Эффективность флота во многом зависит от того, какими судами он пополняется и насколько эти суда отвечают предъявляемым требованиям с эксплуатационно-экономической точки зрения. В настоящее время парк судов, осуществляющих смешанные река-море перевозки, значительно устарел. Средний возраст таких судов составляет 18 лет, при норме - 24 года. То есть в ближайшем будущем необходимо будет определяться с тем, какие суда и обладающие какими характеристиками строить. В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы обоснования выбора типов и основных характеристик перспективных судов пополнения.

Основными характеристиками, обеспечивающими эффективное, с экономической точки зрения, использование судна, являются его грузоподъемность, удельная марочная кубатура, скорость хода, автономность плавания по запасам и т.д. В обоснованном их выборе и состоит основная задача внешнего проектирования. Эти характеристики необходимо выбирать как оптимальные, поскольку это позволит получить полную загрузку судна, существенную экономию по топливу, запасам, платить разумные пошлины, при обеспечении максимально эффективной работы судна.

В результате экономических преобразований, происходящих в нашей стране за последние десять лет, судоходные компании, занимающиеся смешанными река-море перевозками, часто стали работать по трамповому принципу. Сущность трампового принципа судоходства в том, что суда работают на случайных линиях (грузопотоках). Поэтому предпочтение отдается универсальным судам, которые могут работать с разного рода грузами.

Вопросам определения и оптимизации характеристик судов и пополнения флота посвящены научные труды В. В. Ашика, В. М. Пашина, Б. А. Царева, Е. П. Роннова, Jl. М. Ногида и др.

Предложенные ими методы технико-экономического обоснования судов позволяют обоснованно определять характеристики судов смешанного плавания, однако, они не позволяют учитывать случайный характер грузопотоков, что имеет место в условиях трампового судоходства.

В 70-е годы предпринимались попытки определения некоторых характеристик судов, с учетом вероятностных условий их работы. Это, прежде всего, работы В. М. Пашина, Ю. Н. Полякова, В. И. Поспелова, П. П. Биндера и др. Это было новое слово в проектировании судов. Однако, ввиду того, что в то время суда в основном работали по линейному принципу, не последовало внедрение результатов этих работ. Это не позволило улучшать предлагаемые методы.

С задачами внешнего проектирования неразрывно связаны задачи внутреннего проектирования, направленные на определение основных элементов судна. При известных грузоподъемности (дедвейте) и водоизмещении судна, выбор главных элементов во многом определяется принятой относительной длиной судна.

В речном судостроении существует проблема обоснованного выбора относительной длины.

Известны работы по ее определению JI. М. Ногида, Эйра, В. JL Поздюнина, В. В. Ашика, Г. Е. Павленко и др., но они выполнены применительно к морским судам и не могут быть использованы при проектировании судов внутреннего и смешанного река-море плавания.

Из вышесказанного можно заключить, что определение основных элементов и характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания, с учетом вероятностного характера условий их работы, является актуальной задачей.

Целью настоящей работы является разработка методов, позволяющих определять основные характеристики сухогрузных судов смешанного река-море плавания, исходя из случайного характера осваиваемых ими грузопотоков.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: анализ существующих методов обоснования основных характеристик сухогрузных судов в России и в зарубежных странах; систематизация параметров характеристик грузопотоков; вероятностное определение характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания; оптимизация характеристик судов; определение относительной длины судна, исходя из обеспечения минимума сопротивления воды движению судна; определение относительной длины, исходя из общепроектных требований предъявляемых судну; практическое приложение разработанного метода для определения характеристик судов, предназначенных для работы в определенном морском регионе.

Научная новизна работы заключается в следующем: разработан метод статистическо-вероятностного обоснования характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания; разработан метод оптимизации характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания с учетом вероятностных условий их работы; разработана эмпирическая методика определения коэффициента остаточного сопротивления воды движению судна; разработан метод обоснования относительной длины сухогрузных судов.

Практическое значение работы: разработан метод, позволяющий обосновать выбор грузоподъемности и удельной марочной кубатуры сухогрузных судов смешанного река-море плавания, работающих по трамповому принципу, использование которого при проектировании нового флота дает максимальную экономическую эффективность от эксплуатации вновь создаваемых судов; разработан метод определения относительной длины сухогрузных судов, позволяющий обоснованно выбирать этот один из важнейших элементов судна.

Результаты исследований, выполненных в диссертации, использованы ЦНИИЭВТом (г. Москва) при разработке Сетки типов судов, рекомендуемых судоходным компаниям для пополнения флота.

Кроме того, практические результаты работы рекомендуются к использованию в пароходствах и конструкторских бюро при разработке новых перспективных проектов судов.

Основные положения, выносимые на защиту: статистическо-вероятностный метод обоснования характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания; метод оптимизации характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания, работающих по трамповому принципу; метод обоснования относительной длины сухогрузных судов.

Апробация работы: результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях по проектированию судов. Нижний Новгород: ВГАВТ, 1997-2001 гг.

Исследования автора содержатся в научно-исследовательской работе по хоздоговорной теме [43].

Основные положения диссертации опубликованы в пяти печатных работах.

Заключение диссертации по теме «Проектирование и конструкция судов», Нестеров, Олег Львович

Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. обоснованы методические особенности статистической обработки характеристик грузопотоков по исследуемому региону работы судов смешанного плавания;

2. разработан метод вероятностного обоснования характеристик сухогрузных судов смешанного плавания;

3. разработан метод оптимизации характеристик сухогрузных судов смешанного плавания с учетом вероятностных условий их работы;

4. рассмотрена возможность обоснования относительной длины сухогрузного судна, исходя из обеспечения минимума сопротивления воды движению судна;

5. предложена методика для определения коэффициента остаточного сопротивления воды движению грузовых судов внутреннего и смешанного плавания;

6. предложен общепроектный метод обоснования относительной длины сухогрузных судов.

7. рассчитаны и обоснованы величины оптимальной грузоподъемности и удельной марочной кубатуры судов смешанного плавания, работающих в Балтийском регионе Результаты выполненных в диссертации исследований по определению основных характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания использованы ЦНИИЭВТом (г. Москва) при разработке Сетки типов судов, рекомендуемых судоходным компаниям для пополнения флота.

Предложенные методы рекомендуются к использованию при разработке новых перспективных проектов сухогрузных судов смешанного река-море плавания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Тема диссертационной работы относится к одной из актуальных задач проектирования судов - определению основных элементов и характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания, с учетом вероятностных условий их работы.

Задача решается с использованием методов теории вероятностей, теории надежности и математической статистики. Некоторые расчеты выполнены с помощью ЭВМ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нестеров, Олег Львович, 2005 год

1. Адлер Ю. П. Введение в планирование эксперимента. - М.: Металлургия, 1969.

2. Адлер Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М.: Наука, 1976.

3. Адлер Ю. П., Грановский Ю. В. Обзор прикладных работ по планированию эксперимента. М.: Изд-во моек, ун-та, 1972.

4. Арсеньев С. П. Выбор типа судов транспортного флота. Труды ЦНИИЭВТ, вып. 50, Транспорт, 1968.

5. Арсеньев С. П., Збитиев Б. И. Научно-методические основы технико-экономического обоснования типов грузовых судов и толкачей. Труды ЦНИИЭВТ, вып. XVII, 1959, с. 21-91.

6. Атлас Б. А., Гдалевич С. С., Кабанов Б. А. Математические модели перспективного развития речного бассейна. Вопросы оптимального планирования производства и цен. Труды ЦЭМИ АН СССР, 1973, с. 26-42.

7. Ашик В. В. Проектирование судов. Л.: Судостроение, 1975.

8. Бахрах В. П. Постановка динамической задачи определения оптимальной программы строительства и пополнения морского флота. В сб.: Применение математики в экономике. ЛГУ, 1965, вып. 3, с. 159-170.

9. Беляк Ю. Л. Повышение эффективности бесперевалочных перевозок грузов в смешанном река-море сообщении. М.: ЦБНТИ Минречфлота, 1977.

10. Ю.Боровков А. А. Математическая статистика: оценка параметров. Проверка гипотез. М.: Наука, 1984.

11. П.Бронников А. В. Выбор критериев для определения элементов транспортных судов в процессе проектирования. В кн.: Общие вопросы проектирования судов (НТО Судпрома), - Л.: Судостроение, 1973, вып. 199, с. 63-72.

12. Бронников А. В. Проектирование судов. Л.: Судостроение, 1991.

13. З.Васина Н. Н., Фомин О. Н. Решение некоторых задач планирования пополнения флота с помощью линейно-программной модели. Экономические проблемы стандартизации в судостроении.-Л.: Судостроение, 1974, с. 62-66.

14. Венецкий И. Г., Венецкая В. И. Основные математико-статистические понятия и формулы в экономическом анализе. -М.: Статистика, 1979.

15. Вентцель Е. С. Теория вероятностей: Учебник для втузов. -М.: Статистика, 1969.

16. Вицинский В. В., Страхов А. П. Основы проектирования судов внутреннего плавания. — Л.: Судостроение, 1970.

17. Гаврилов В. С., Гальперин М. М. Управление технической эксплуатацией морского флота: Учебник для морских вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1987.

18. Ганин М. П. Решение прикладных задач теории вероятностей. Вып. 1,2.-Л.: Статистика, 1972, 1973.

19. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. Пособие для втузов. -М.: Высшая школа, 1999.

20. Гнеденко Б. В. Курс теории вероятностей: Учебник. М.: Статистика, 1988.

21. Дмитриева Н. Е. Применение линейного программирования при планировании пополнения флота. В сб.: Применение вычислительной техники на водном транспорте. — М. - Л., Транспорт, 1964, с. 39-45.

22. Дмитриева Н. Е., Халиф А. П., Чалов В. В. Применение математических методов и ЭВМ для определения эффективности капитальных вложений в пополнение морского транспортного флота. М. - Л., Транспорт, 1966.

23. Добыш С. А. Вопросы выявления и исследования зоны неопределенности оптимального развития морского транспортного флота. Труды института комплексных транспортных проблем при Госплане СССР, 1973, вып. 39, с. 167-171.

24. Добыш С. А., Мучник Л. Н., Пашин В. М. Оптимизация структуры морского транспортного флота в условиях неполной информации. Экономика и математические методы, АН СССР, -М., 1979.

25. Дорин В. С., Пашин В. М., Солдатов В. Е. Применение экономико-математических методов и ЭВМ при проектировании судов. Судостроение, 1967, № 11, с. 17-24.

26. Дорин В. С., Пашин В. М., Солдатов В. Е. Экономико-математическая модель и пути решения задачи установления оптимальных типов транспортных судов. Труды НТО им.акад. А. Н. Крылова. Л.: Судостроение, 1968, вып. III, с. 914.

27. Екимов В. В. Методы теории вероятностей в кораблестроении: Учеб. пособие. Л.: Транспорт, 1970.

28. ЗО.Земляновский Д. К., Маталин В. П. Комплексные проблемы повышения эффективности работы речного транспорта. Труды ЦНИИЭВТ. М.: Транспорт, 1985, с. 5-13.

29. Иванов Е. А., Роннов Е. П., Цыбин П. С. Методика расчета основных элементов и технико-экономических показателей универсальных сухогрузных судов. Горький: ГИИВТ, 1981.

30. Ковалев А. И. Прямые водные (река-море) перевозки грузов. — М.: Транспорт, 1968.

31. Краев В. И. Экономические обоснования при проектировании морских судов. Л.: Судостроение, 1981.

32. Краев В. И., Ступин О. К., Лимонов Э. Л. Экономические обоснования при проектировании морских грузовых судов. — Л., Судостроение, 1973.

33. Краев В. И., Ступин О. К., Халиф А. И., Белицкий Ю. П. Модель оптимизации программы пополнения морского грузового флота. Труды ЦНИИМФ. Л.: Транспорт, 1973, вып. 168, с. 314.

34. Львовский Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие. М.: Статистика, 1982.

35. Мицевич А. Т., Мучник Л. Н., Пашин В. М. Оптимизация судов. — В сб.: Итоги науки и техники. Серия: Судостроение, т. 7, Теория и практика проектирования морских гражданских судов. -М., ВИНИТИ, 1975, с. 39-82.

36. Мучник Л. Н. Комплексное технико-экономическое обоснование скорости хода и дедвейта транспортных судов с применением электронной вычислительной машины. Судостроение, 1965, №2, с. 68-71.

37. Мучник Л. Н., Добыш С. А. Критерий оптимальности при планировании развития морского транспортного флота. Труды

38. Труды института комплексных транспортных проблем при Госплане СССР, 1973, вып. 39, с. 159-166.

39. Найденов Б. Ф. Объемные веса и удельные объемы грузов. -М.: Транспорт, 1971.

40. Нестеров О. JI. К расчету относительной длины судов внутреннего плавания. Труды ВГАВТ. Н. Новгород, 1997, вып. 276, с. 29-31.

41. Нестеров О. Л. Статистическо-вероятностный подход к обоснованию характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания. Труды ВГАВТ. Н. Новгород, 2000, вып. 292, Ч. 4, с. 91-93.

42. Нестеров О. Л. Обоснование основных элементов и характеристик сухогрузных судов смешанного река-море плавания. Отчет. Н. Новгород, ВГАВТ, 2000.

43. Нестеров О. Л., Роннов Е. П. Обоснование относительной длины грузовых судов внутреннего плавания. Труды ВГАВТ. Н. Новгород, 1999, вып. 283, ч. VI, с. 121-124.

44. Ногид Л. М. Проектирование морских судов. Ч. 1. Методика определения элементов проектируемого судна. Л.: Судостроение, 1964.

45. Ногид Л. М. Теория проектирования судов. Л.: Судпрмгиз, 1955.

46. Павленко Г. Е. Сопротивление воды движению судов. М.: морской транспорт, 1956.

47. Пантин А. А. Методические основы разработки программы пополнения транспортного флота и оценка его экономической эффективности. Труды ЦНИИМФ. М. - Л.: Транспорт, 1969, вып. 102, с. 3-14.

48. Пашин В. М. Влияние случайного характера кубатуры груза на провозную способность судна. Судостроение, 1972, № 4, с. 16-18.

49. Пашин В. М. Двухэтапная оптимизация характеристик судов и пополнения флота. Вопросы судостроения. Серия: Проектирование судов. Сб. ЦНИИ Румб, 1981, вып. 21, с. 35-45.

50. Пашин В. М. Направления дальнейшего развития методов оптимизации характеристик судов и пополнения флота. В сб.: Вопросы судостроения. Серия: Проектирование судов, ЦНИИ Румб, 1979, вып. 21, с. 3-13.

51. Пашин В. М. Оптимизация судов. -JI.: Судостроение, 1983.

52. Пашин В. М., Поляков Ю. Н. Вероятностная оценка экономической эффективности судов. JL, Судостроение, 1976.

53. Половко А. М. Основы теории надежности. М.: Наука, 1964.

54. Поспелов В. И. Выбор на ЭВМ оптимальных элементов грузовых судов внутреннего плавания. JL: Судостроение, 1978.

55. Поспелов В. И., Биндер П. П. Об экономико-вероятностной оценке проектов судов. Труды ГИИВТ. Горький, 1972, вып. 108, с. 132-141.

56. Постникова И. А. Роль смешанных перевозок река-море в Европейской экономике // Организация комплексной работы разных видов транспорта: 3. И. / ВИНИТИ, 1993, № 24, с. 37

57. Постнов А. В., Атлас Б. А. Применение вычислительной техники на водном транспорте. М.: Транспорт, 1965.

58. Проектирование судов с использованием ЭВМ. Зарубежный опыт судостроения. ЦНИИ Румб, 1979.

59. Пьяных С. М. Исследование методов эксплуатационных обоснований работы речного грузового флота: дисс. на соиск. учен. степ. д. т. н. Горький, ГИИВТ, 1978.

60. Разработка предложений по определению основных характеристик новых транспортных средств речного транспорта постройки 1981-1991 гг. с учетом опыта эксплуатации серийного флота. ЛИВТ, сб. реф. НИР и ОКР, 1981, № 8.

61. Роннов Е. П. Оптимизация элементов и характеристик судов внутреннего плавания. Сб. науч. трудов ГИИВТ. Горький, 1987, вып. 229, с. 3-92.

62. Роннов Е. П., Иванов Е. А. Оптимизация элементов судна на ЭВМ Наири-4/АРМ. Метод, указания. Горький, ГИИВТ, 1985.

63. Савин В. И. Определение оптимальной программы строительства флота. Речной транспорт, 1961, № 6, с. 5-7.

64. Савин В. И. Оптимизация работы флота. Труды ЦНИИЭВТ, 1974, вып. 110.

65. Славин-Боровский Б. Б. Метод укрупненного расчета потребности в пополнении морского транспортного флота. Труды Союзморниипроекта, М., 1965, № 7/13, с. 38-43.

66. Субботин И. П. Разработка экономико-математической модели оптимизации основных технико-экономических параметров судов паромного типа. Судостроение и судоремонт. Меж. ВУЗ. сб. ДВГУ, 1985, вып. 3.

67. Сырмай А. Г. Методика обоснования скорости хода и грузоподъемности морских судов. М., Изд-во АН СССР, 1961.

68. Сырмай А. Г. Основы методики оптимизации структуры морского грузового флота. Труды ИКТП при Госплане СССР, М., 1975, вып. 51, с. 38-90.

69. Холоша В. И. Проектирование и эксплуатация сухогрузных судов. JL: Судостроение, 1984.

70. Худяков JI. Ю. Исследовательское проектирование кораблей. Д.: Судостроение, 1980.

71. Царев Б. А., Гайкович А. И. Принципы построения логико-математической модели оптимизации элементов контейнерного судна. Труды ЛКИ, 1974, вып. 90, с. 33-38.

72. Шор Я. Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. М.: Сов. радио, 1962.

73. Everett J. L., Нах А. С., Levinson V. A., Nudds D. Optimization of a Fleet of Large Tankers and Balkers: A Linear Programming Approach. Marine Technology, oct. 1972, vol. 9, № 4, p. 430438.