Содержание к диссертации
СОДЕРЖАНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ. 28
ГЛАВА 1. ОРГАНИЗАЦИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МОРСКИХ СУДОХОДНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ КОМПЕКСОВ И ПРОБЛЕМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РИСКОВ ГРУЗОВЫХ ПЕРЕВОЗОК .29
1.1. Структура судоходной компании, её функции, деятельности, особенности и законодательства 29
1.2. Сущность рисков при морских операциях и причины их возникновения
1.2.1. Общие сведения о проблеме рисков при морских перевозках.. 44
1.2.2. Понятие риска, его основные элементы и черты 45
1.2.3. Причины возникновения рисков при морских операциях 52
1.2.4. Классификации рисков на морском транспорте
1.2.4.1. Политический риск .65
1.2.4.2. Технический риск 68
1.2.4.3. Производственный риск 69/72
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ОЦЕНКИ И ОПТИМИЗАЦИИ РИСКОВ ТРАНСПОРТНЫХ ОПЕРАЦИЙ 73
2.1 Математические определения функций и процессов риска... 73
2.1.1. Классический процесс риска 73
2.1.1.1. Определение классического процесса риска 73
2.1.1.2. Разорение процесса 74
2.1.2. Агрегированный процесс риска 75
2.1.2.1. Определение агрегированного процесса риска 75
2.1.2.2. Свойства агрегированного процесса 79
2.1.2.3. Уравнение для вероятности выживания 81
2.1.2.4. Простейший процесс риска : 83
2.1.3. Решение уравнения выживания 85
2.2 Общая концепция создания математической имитационной модели выполнения судном транспортной операции 88
2.2.1 Стохастические модели процесса выполнения последовательности транспортных операций 88
2.3. Статическая оценка экстремальных значений критерия риска выполнения транспортных операций судоходной компанией 98
2.4. Математические модели случайных событий возникновения неисправностей и ремонта транспортного судна ПО
2.4.1. Концептуальные математические модели возникновения технических неисправностей и ремонтных работ 110
2.4.2. Надёжность судна, плавающего до первого отказа 125
2.4.3. Надежность восстанавливаемого судна 151/183
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РИСКОВ ПРИ ТРАНСПОРТНЫХ ОПЕРАЦИЯХ ГРУЗОВЫМИ СУДАМИ 184
3.1.Постановка задачи 184
3.2.Вероятностные модели несоблюдения планового расписания транспортным средством 188
3.3.Общий алгоритм имитации выполнения транспортным судном операции перевозки грузов 190
3.4. Результаты математического моделирования 192/199
ГЛАВА 4. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ МОРСКИМИ ТРАНСПОРТНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ (МТК) НА ОСНОВЕ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПРОМИССНЫХ РЕШЕНИЙ .200
4.1 .Постановка задачи ; .200
4.2.Исходные данные и структура алгоритма многокритериальной оптимизации (оптимизации по Парето) .205
4.2.1. Формирование исходных данных 208
4.2.2. Диалоговый человеко-компьютерный алгоритм 214
4.2.3. Некоторые особенности алгоритма 219
4.3.0ценка экстремальных значений критериев эффективности проектируемых систем 221/235
ГЛАВА 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ СУДОПРОПУСКОМ В ДИСКРЕТНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМОЙ КОНВЕЙЕРНОГО ТИПА В УСЛОВИЯХ
РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОРТОВ ВЬЕТНАМА 236
5.1.Формализация поиска оптимального управления средствами теории
расписаний 238
5.2.Критерии качества оптимизации оперативного управления 247
5.2.1. Экономические показатели 252
5.2.1.1. Система дифференцированных ставок 253
5.2.1.2. Система фиксированных ставок 253
5.2.2. Технологические показатели 254
5.2.2.1. Минимизация суммы взвешенного времени прохождения канала 255
5.2.2.2. Минимизация наибольшего времени прохождения канала 256
5.2.2.3. Минимизация сумм взвешенных отклонений от директивного срока 257
5.2.2.4. Минимизация среднего времени прохождения судами канала..257
5.2.3. Производственно-экономические показатели : .258
5.2.3Л.Минимизация суммы взвешенных затрат провозной способности флота на проход канала 258
5.2.3.2. Минимизация наибольших затрат провозной способности флота на проход канала 259
5.2.3.3. Минимизация суммы взвешенных затрат провозной способности флота на отклонения от директивного срока .259
5.2.3.4. Минимизация средних затрат провозной способности флота на проход судами канала 259
5.3. Построение имитационно-управляющей системы для оптимизации дискретной управляющей системы конвейерного типа 263
5.3.1. Принципы построения ИУС СП 263
5.3.2.Алгоритмизация процедуры построения оптимального расписания... 268
5.3.3. Организация использования ИУС СП в режиме диалога с диспетчером... 272/278
ГЛАВА 6. СИНТЕЗ ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ
МОДЕЛЕЙ ОПТИМАЛЬНОГО ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ
МОРСКИМИ ПОРТАМИ 279
6.1. Формализованное описание системы оперативного управления морскими портами... 279
6.2. Экономико-математические модели в оперативном планировании работы портов 292
6.2.1. Детерминированная модель распределения судопотока по портам 293
6.2.2. Стохастическая модель распределения судопотока по портам...299
6.3. Обоснование состава, параметров и производственных мощностей портовых контейнерных систем .302
6.3.1. Экономико-математическая модель специализированной системы "перегрузочный комплекс со складом комплектации -средства транспорта" 302
6.3.2. Обоснование и выбор конструктивных схем и параметров подьёмно-транспортных машин для перегрузки и штабелирования контейнеров 311
6.3.3. Разработка технологии и оснастки для уплотненной укладки пакетов в контейнерах и грузовых помещениях средств транспорта 314
6.4. Диалоговый алгоритм решения задач оперативного планирования работы портов 317
6.5. Моделирование процесса оптимицации завоза - вывоза контейнеров 331
6.5.1.Особенности автоматизированного управления контейнерным терминалом 331
6.5.2.Управляемые и вспомогательные переменые модели завоза вывоза контейнеров... 334
6.5.3. Математические модели оперативного управления завозом вывозом контейнеров 340/351
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 352/355
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 356/400
ЛИТЕРАТУРА 401/413
Введение к работе
Актуальность. В настоящее время экономика Социалистической Республики Вьетнам (СРВ) развивается достаточно быстро. Особое геополитическое положение Вьетнама в южно-азиатском регионе, соседство стран, более продвинувшихся по пути рыночных реформ, заставляет правительство СРВ осуществлять перестройку инфраструктуры народного хозяйства, чтобы эффективно использовать традиционные преимущества Вьетнама: ресурсы полезных ископаемых, в том числе и нефти, свободные сельскохозяйственные площади, большую береговую линию, удобную для создания портовых комплексов(ПК). Все это стимулирует развитие современных морских транспортных комплексов (МТК): грузовых, пассажирских, а также смешанных грузопассажирских. Морской транспорт используется для перевозки грузов между портами страны, а также для развития и обеспечения внешнеэкономических связей Вьетнама с зарубежными странами. В 2005 году на долю морского транспорта приходилось более 96% объема экспортно-импортных перевозок страны. В 2005 году суда морского флота Вьетнама посетили более 370 портов в 65 зарубежных странах, обеспечили более 26% потребностей страны во внешнеторговых перевозках.
В 90-тых годах прошлого века и в начале XXI века осуществлялось большое техническое переоснащение морского флота, морских портов, сильно увеличился тоннаж, повысились грузоподъёмности судов. Флот пополнился судами, специализированными по роду перевозимых грузов и комбинированными. Увеличилась мощность судовых энергетических установок, внедрена автоматизация ряда производственных процессов на судах, созданы современные суда с новыми принципами движения, с новой технологией перевозок, обеспечивающей более безопасное и безотказное мореплавание флота.
Современные МТК представляют собой сложные иерархические структуры, включающие судовые компании и флоты, системы навигационного и информационного обеспечения, систему ПК, а также взаимосвязанные с ПК средства вывоза грузов с помощью наземного транспорта. При этом портовый комплекс является, как правило, конечным элементом региональной производственной структуры. Примером подобного может служить порт Хайфон, расположенный на севере СРВ и имеющий одноименный портовый терминал в конце технологической цепочки всего процесса переработки и транспортировки грузов. Как правило, речь идет о гигантских комплексах, достигающих в стоимостных выражениях нескольких десятков миллиардов долларов с учетом всей инфраструктуры.
Однако недостаточно тщательная предварительная проработка облика создающихся новых МТК и ПК приводит к существенному удорожанию проектов, а также к недостаткам функционирования, которые вскрываются уже при реальной эксплуатации. Поэтому исследование проблем, связанных с повышением уровня эффективности и автоматизации предварительных проектных работ, связанных с математическим моделированием, системным анализом и оптимизацией облика перспективных МТК, а также модернизацией существующих, представляется актуальным и практически важным. Только предварительные исследования с помощью математических моделей и оптимизационных процедур позволяет дать объективное заключение о целесообразности . создания судовых и портовых комплексов с требуемыми характеристиками и свойствами, в том числе экономическими, что особенно важно в условиях рыночной экономики.
Анализ структуры, состава и режимов функционирования МТК показывает, что повышение качества их функционирования и снижение всех стоимостных показателей может быть обеспечено:
- повышением качества предварительного проектирования структуры МТК, его объемности, геометрико-пространственных характеристик ПК, компоновки основных элементов, состава и характеристик транспортных средств, а также основного технологического и вспомогательного оборудования ПК(зон погрузки-выгрузки, хранения, транспортных зон и магистралей, ремонтных зон и т.д.);
- применением и рациональным использованием контейнерных систем хранения и транспортировки партий грузов;
- улучшением планирования и управления всего МТК.
Оптимизация структурных и объемных характеристик МТК (включая ПК), а также системы управления и планирования комплексов должна проводиться согласованно, обеспечивая синхронизацию показателей эффективности (производительности) различных единиц транспорта, функциональных участков и зон, исполнительных модулей и оборудования, но и, кроме того, также экономических характеристик функционирования МТК в целом. Если повышение эффективности транспортных средств или специализированного портового оборудования определяется в основном уровнем специальной технологии, то улучшение структурных и объемных характеристик, а также системы управления и планирования может дать большой эффект и на существующей технологической базе, что особенно важно при решении задач модернизации уже существующих МТК.
Таким образом, настоящая работа, направленная на построение математических моделей и оптимизации МТК, а также алгоритмов планирования и оптимизации (менеджмента) представляется актуальной и практически важной.
Вопросами моделирования и проектирования эффективных портовых комплексов занимались многие учёные. Особое значение для решения поставленных задач имели работы советских и российских учёных: Романовского Ф .Д. ,Вихрова Н.М., Ныркова А. П., Гаскарова Д.В. , Арсенньва С. П. , Бакаева А.А. Ветреко Л.Д. . Горбатого М.М. Дерибаса А.И.,Дукенского А.И., Ерофеева Н.И., Зубкова М.И., Власова В.М., Ирхина Н.А., Бутова А.С, Ветренко Л.Д. Среди иностранных нужно отметить работы Эглитта Я.Я., С. Г. Хосе Альберто (Куба) , Меркурьевой Н. В. (Латвия), Брауна Р.Г. , Венсли К.Т.,(США) а также ученых из Вьетнама Фан Ньема, Фам Кыонга. Нгуен Чонга.
Проблемами управления портовыми комплексами, включая прблемы контейнирования, занимались, помимо перечисленных выше, Зубков М.Н., Легостаев В.А., Пьяных СМ., Ушаков С.С., Смехов А.А., Прилуцкий М.Х. и многие другие.
Общей целью диссертационной работы является разработка математических моделей и методики оптимального планирования и управления МТК в едином функциональном цикле от составления плановых программ грузоперевозок до размещения доставленных грузов в порты назначения и доставки потребителям средствами наземного транспорта.
На защиту выносятся:
математические модели морских транспортных комплексов, функционирующих в условиях рыночной экономики;
- экспериментальные статистические характеристики динамики возникновения различных источников транспортных рисков в районе Южно-Китайского моря, полученные при участии автора;
- математические модели и алгоритмы оценки и оптимизации рисков транспортных операций, выполняемых грузовыми судами, синтезированные на основе принципов оценки экстремальных значений показателей эффективности функционирования динамических стохастических систем с неизвестными параметрами моделей функционирования;
- результаты практических расчетов, связанных с прогнозированием уровней рисков транспортных операций в регионе Юго-Восточной Азии.
- математические модели контейнерных портовых комплексов, включая логистические модели функционирования контейнерных систем;
- математические модели и алгоритмы оптимизации размещения контейнерных компонентов портовых комплексов на ограниченных площадях путем уплотненной укладки пакетов в контейнерах и грузовых помещениях средств транспорта;
- детерминированная и стохастическая модели распределения контейнерных судопотоков по портам; - математические алгоритмы оптимизации использования контейнерных систем при ввозе-вывозе грузов с портового комплекса с использованием средств морского и наземного транспорта;
- математические алгоритмы планирования и управления портовыми комплексами, включая диалоговый алгоритм решения задач оперативного планирования работы портов.
Научная новизна работы заключается в создании:
- математических моделей и алгоритмов оптимизации МТК, включая контейнерные портовые комплексы, с учетом движения контейнерных судопотоков и процесса завоза-вывоза контейнеров средствами наземного (в первую очередь, авто) транспорта, а также алгоритмов планирования и оперативного управления МТК;
- алгоритмов управления движением транспортных средств МТК в акваториях портов Вьетнама в условиях ограничений на движение судов по системам портовых каналов;
- общей методики и алгоритмов синтеза математических стохастических моделей воздействия случайных факторов на процесс выполнения транспортных операций судовой компанией, входящей в МТК, а также алгоритмов синтеза системы планирования и управления грузовыми транспортными операциями, обеспечивающей достаточный уровень компенсации негативного влияния факторов риска. Методы исследований: выполненные теоретические исследования и практические расчеты базируются на использовании математической статистики, исследовании операций, математического программирования, оптимального управления, принятия оптимальных решений, а также современных методах программирования и компьютерного моделирования.
В основе синтеза алгоритмов управления и анализа их работоспособности лежат экспериментальные статистические данные выполнения транспортных операций в районе Южно-Китайского моря, полученные в результате исследований, проведенных в Национальном Морском Университете Вьетнама (г. Хайфон) при участии автора.
Общей методологической основой всех исследований является системный подход.
Достоверность полученных теоретических и прикладных результатов подтверждается строгими математическими выводами при построении и исследовании моделей и алгоритмов, результатами компьютерного моделирования и проведенными полунатурными и натурными экспериментами, согласованностью полученных результатов с имеющимися в российской, вьетнамской и зарубежной литературе, данными, полученными при внедрении и практическом использовании результатов. Большая часть алгоритмов была апробирована на распределенном моделирующем комплексе, созданном при участии и под руководством автора в Национальном морском Университете Вьетнама.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Практическая ценность работы заключается в создании математических алгоритмов проектирования МТК и алгоритмов управления их эксплуатацией.
Диссертация выполнена в соответствии с планами научно-технических работ Министерства транспорта Социалистической Республики Вьетнам и Национального Морского Университета Вьетнама на2002-2010 гг..
Тема диссертации связана с планом научно-исследовательских работ Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, с планом совместных работ между Институтом машиноведения им. А.А. Благонравова РАН и Национальным Морским Университетом СРВ.
Результаты диссертационной работы получили свое воплощение в виде практического внедрения на ряде предприятий и институтов. В частности математические модели и алгоритмы реализованы в виде методик и пакета прикладных программ и использовались:
- в научно- исследовательских работах Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, в том числе в совместных работах Института с национальным морским университетом СРВ, - в научно - производственных разработках и текущей производственной деятельности компаний Eastern Dragon Shipping Co., Flying Dragon Shipping Co., входящих в состав Национального Морского Университета Вьетнама, г. Хайфон,
- в учебных курсах , научно - исследовательских и опытно конструкторских работах в Национальном Морском Университете г. Хайфон, СРВ.
Апробация работы:
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинаре в Институте машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, и в Национальном Морском Университете, СРВ. Публикации: по теме диссертации опубликованы сорок работ. Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, литературы и приложения.
