Статья: МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ (2024)

Темой исследования является технология блокчейн, которая начиная с 2008 г. привлекла к себе значительное внимание из-за ее больших потенциальных возможностей в различных отраслях, особенно в сфере управления цепочками поставок, где она может применяться для повышения прозрачности, отслеживаемости и эффективности. Приведены доказательства того, что в настоящее время не существует инструментов анализа стратегий внедрения технологии блокчейн в практику работы морских перевозок. Для устранения этого недостатка предложена теоретико-игровая модель, в рамках которой выполняется моделирование взаимодействия участников рынка морской перевозки. Для создания подобной модели приведено описание основных участников морской перевозки, а также выполнен анализ основных схем их взаимодействия. Представлены структурированные схемы взаимодействия участников в процессе организации перевозки по традиционной форме и при организации перевозки с использованием блокчейн-технологии. Приведена структура базовой теоретико-игровой модели взаимодействия участников морской перевозки, а также схема выполнения операций с применением технологии блокчейн. В целях возможности проведения анализа с помощью предложенной модели рассмотрено четыре сценария работы модели: традиционная схема взаимодействия участников, полное взаимодействие участников через блокчейн, изменение отношения участников к технологии блокчейн в зависимости от экономической эффективности, постепенное внедрение блокчейн-технологии. Приведенные результаты показывают характер изменений экономической эффективности работы участников рынка при различных условиях. Результатами исследования подтверждено, что внедрение блокчейн-технологии позволяет ускорить оборачиваемость денежных средство компании, что существенно упрощает ведение бизнеса. Отмечается, что разработанная модель требует дополнения в части уточнения условий работы некоторых участников перевозки, а также мотивов их поведения.

В статье проанализированы результаты исследования особенностей термодинамических процессов и анализ перспектив использования их характеристик для оценки технического состояния дизельных энергетических установок. Приведена структурная схема судовой энергетической установки, которую предлагается считать состоящей из отдельных, равных по степени влияния на эффективность работы, составляющих: механической части, термодинамической части, системы топливоподачи и системы автоматического регулирования частоты вращения. Результаты теоретического анализа совместной работы механической и термодинамической составляющих силовой функции дизеля показали, что температура рабочих поверхностей является важной характеристикой технического состояния энергетической установки. К понятию «термодинамическая составляющая» в данном случае относится сочетание процессов горения топлива и расширения продуктов сгорания. Для совершенствования конструкции и повышения эффективности эксплуатации энергетических установок необходимо более глубокое изучение внутрицилиндровых процессов сгорания топлива и разработка эксплуатационных методов контроля теплового состояния дизельных двигателей внутреннего сгорания. Контроль изменения функциональных зависимостей температуры рабочего тела от условий эксплуатации и технического состояния может способствовать на практике повышению эффективности эксплуатации судовых энергетических установок. Проведены экспериментальные исследования перспективности методов тепловизионных исследований для оценки технического состояния дизелей. Установлено, что достоверность контроля повышается при увеличении размеров остова дизеля ввиду уменьшения интенсивности динамики выравнивания температур отдельных цилиндров. При этом наиболее целесообразным и информативным является контроль температуры выпускного коллектора дизеля, выполняемый в процессе прогрева холодного двигателя или непосредственно после его завершения.

Предметом исследования являются вопросы, относящиеся к области судовых энергетических установок и их элементов, а также эксплуатации водного транспорта и его экологической безопасности. Отмечается, что исследования процессов очистки и обеззараживания балластной и нефтесодержащей воды от вредных примесей, образующихся в процессе эксплуатации судов, показывают наличие возможности повышения эффективности этих процессов. Предложено рассматривать указанные процессы начиная со стадии подачи озоно-воздушной смеси в поток обрабатываемой воды, не ограничиваясь исследованием собственно процесса окисления озоном загрязненной, в том числе бактериологически опасной субстанцией. Такой подход позволил установить лимитирующие стадии процесса очистки и обеззаражи вания загрязненной воды, к которым можно отнести стадию растворения озона в воде при его переходе из озоно-воздушной смеси, а также стадию последующей диффузии растворенного в воде озона в зону реакционного контакта. Приведены доказательства того, что кинетические характеристики лимитирующих стадий зависят от их условий, что может снижать эффективность использования озона вследствие ограниченного времени его существования. В процессе проведения данного исследования разработано технологическое предложение, позволяющее повысить эффективность использования озона и надежность обеспечения требований к качеству очистки и обеззараживания судовых загрязнений. Данное решение предусматривает предварительное насыщение озоном специально выделенного для этой цели потока воды и его подачу в зону концентрации окисляемой и обеззараживаемой субстанции. Рассмотрено устройство, позволяющее реализовать новое технологическое предложение, включающее насос, подающий поток воды в контактную колонну, и генератор озона для подачи насыщенного озоном потока воды в фильтр.

Выполненное исследование является результатом сбора статистических данных по отказам портальных перегрузочных и плавучих кранов. Установлено, что многие аварии узлов и деталей крановых механизмов могут быть связаны с ошибочным определением расчетных нагрузок. С целью повышения прочностной надежности в речных и морских портах были проведены многочисленные натурные испытания при различных режимах перегрузки разных видов грузов. Испытания показали, что эксплуатационные нагрузки носят случайный характер, а их законы распределения во времени отдельных крановых механизмов могут быть аппроксимированы усеченными нормальными законами Гаусса, учет которых на стадии новых конструкторских разработок, как показала практика выполнения прочностных усталостных расчетов, не является возможным. В статье с целью использования на стадии проектирования полученных законов предложено представление эксплуатационных нагрузок заменить начальными моментами, которые являются общими для всего механизма крана, а учет индивидуальных особенностей, таких как коэффициенты концентрации напряжений, параметры кривой усталости, наработка или база испытаний, перенести на последующие этапы разработки узлов машины. Для практической апробации представления эксплуатационных нагрузок нормальными законами Гаусса выполнен критический анализ их начальных моментов, который позволил выявить несоответствия в представлениях переменных нагрузок, предлагаемых для расчета на выносливость. Для откорректированного усеченного закона нормального распределения нагрузок определены начальные моменты, значение порядка которых соответствует структуре формул, используемых в расчете на сопротивление усталости при переменных амплитудах нагрузок (в частности, при переменных режимах нагружения). Представление откорректированных нормальных законов распределения начальными моментами дополняет нормативные документы, используемые на практике в процессе выполнения расчета на выносливость при переменных режимах нагружения, существенно упрощает расчеты и делает возможным его учет на стадии новых конструкторских разработок в соответствии с формулами, установленными в действующих нормативных документах.

В статье рассмотрены причины аварийных ситуаций, связанных с отказами судовых машинно-движительных комплексов, которые, согласно статистике, находятся на втором месте среди общего количества аварий. Подтверждено, что одной из причин разрушения коленчатых валов дизелей, промежуточных и гребных валов, материалов упругих муфт и других элементов валопроводов являются крутильные колебания в сочетании с другими видами колебаний и вибраций. Основным методом контроля уровня крутильных колебаний в судовых валопроводах является периодическое торсиографирование. Широкое внедрение систем диагностики и контроля на судах обеспечивает техническую возможность постоянного мониторинга уровня крутильных колебаний, что способствует снижению рисков возникновения аварий в периоды между торсиографированием. Отмечается, что, как и любое новое техническое решение, внедрение систем мониторинга крутильных колебаний требует научного обоснования необходимости их применения и его можно реализовать при помощи теории рисков. В статье приведены результаты применения матрицы рисков для обоснования установки систем мониторинга крутильных колебаний в судовых машинно-движительных комплексах. В результате исследования получена матрица рисков с количественными параметрами для обоснования установки систем мониторинга крутильных колебаний и снижения рисков возникновения поломок судовых валопроводов. В качестве примера рассмотрено применение матрицы рисков для буксиров типа «ОТ», которые широко применяются при проведении различных операций на водных путях России. Установлено, что для судов данного типа применение системы мониторинга обеспечит снижение рисков возникновения аварий, серьезных аварий и катастроф, которые могут являться причиной развития опасных крутильных колебаний. В статье предложен метод применения оценки степени ущерба от возникновения аварии для определения снижения экономических издержек при использовании систем мониторинга крутильных колебаний. Установлено, что для буксиров типа «ОТ» установка систем мониторинга крутильных колебаний будет обоснована как экономически, так и с точки зрения снижения рисков возникновения аварий судовых машинно-движительных комплексов.

Выполнен сравнительный анализ результатов измерений гидроабразивного износа форсунок струйных насосов, используемых на гидроперегружателях, задействованных на перекачке суспензии воды с песком, и результатов моделирования потока в камере всасывания насоса в районе форсунок.

Моделирование осуществлялось с использованием программного комплекса Fluent в составе программного продукта Ansys. При этом вместо пульпы во всасывающем патрубке смоделирована чистая вода с учетом того, что концентрация песка в суспензии составляет примерно 10 % по объему, поэтому траектории движения частиц песка совпадают с линиями тока воды.

Результаты моделирования показали, что углы атаки на ближнюю к пульпопроводу поверхность форсунки, примыкающую к ее выходному отверстию, близки к нулю, тогда как углы атаки на поверхность форсунки, дальнюю от пульпопровода, существенно отличаются от нуля и составляют 20-50о - значения, при которых гидроабразивный износ возрастает в несколько раз по сравнению с углами атаки, близкими к нулю.

Результаты моделирования подтверждены также обследованием изношенных форсунок: их носовая часть изнашивается по окружности неравномерно - с большей скоростью изнашивается сторона, дальняя от пульпопровода, что приводит к появлению скоса плоскости носового отверстия форсунок, при этом угол скоса достигает 20-25о. Значения микротвердости носовой части изношенной форсунки также соответствуют результатам моделирования.

Измерения показали, что микротвердость носовой части форсунок неравномерна по окружности и наиболее изнашиваемая сторона носика форсунки имеет наименьшую микротвердость. Данный факт свидетельствует о том, что разные районы поверхности носовой части форсунок отличаются друг от друга жесткостью схемы напряженного состояния при гидроабразивном воздействии, что может быть в дальнейшем использовано при выборе режимов лабораторных испытаний на гидроабразивный износ.

Рассмотрено причальное оборудование двух причалов АО «Троица»: «Причал перегрузки нефтепродуктов» и «Железобетонный причал с подкрановыми путями» порта Чайка (г. Северодвинск), которые были введены в эксплуатацию более пятидесяти лет назад.

В связи с частичным отсутствием проектной и полным отсутствием исполнительной документации, а также установкой на причалах нестандартных причальных устройств было принято решение о проведении валидации (проверки в целях доказательства того, что оборудованием можно пользоваться по назначению) швартовных тумб путем выполнения натурных экспериментальных исследований.

В связи с истечением нормативного срока службы ООО Научно-исследовательское объединение «Плеяда» (г. Новороссийск) в 2021 г. был выполнен теоретический расчет для определения несущей способности швартовных тумб.

Целью исследования являлась проверка безопасности функционирования имеющихся в наличии швартовных устройств в существующих условиях работы причальных сооружений. Объектом исследований являлись нестандартные швартовные тумбы, на которые отсутствовала документация об операционном контроле в период строительства, и акты ввода в эксплуатацию.

В качестве предмета исследований рассматривались процессы изменения технического состояния и определения несущей способности тумб. Было установлено, что швартовные тумбы исследованных причалов пригодны к эксплуатации для обеспечения швартовки судов, не превышающих по своим параметрам расчетное значение, и соответствуют требованиям пп. а п. 191 «Технического регламента о безопасности объектов морского транспорта» от 12 августа 2010 г. № 620 (с изм. на 7 октября 2019 г.).

Приведены результаты органолептического и инструментального обследований с применением электронного динамометра АЦД/1Р-250/7И-2. Сделан вывод о том, что корректная оценка технического состояния причального оборудования достигается при должной организации экспертной службы в сочетании с непрерывным деформационным мониторингом.

В статье представлена методика планирования перевозки и выгрузки контейнеризованных грузов во внепортовых условиях, направленная на достижение наиболее эффективного по трудозатратам результата.

Отмечается, что эффективность использования средств морского транспорта для обеспечения перевозок в значительной степени зависит от наличия и технического состояния портов и портовых сооружений.

Исследование способов подготовки необорудованного морского побережья для организации временных перегрузочных пунктов имеет актуальное значение в связи с постоянной необходимостью осуществления снабженческих перевоок в арктические пункты назначения. В специфических условиях Арктической зоны Российской Федерации особую специальную подсистему перевозок формирует регулярный северный (экспедиционный) завоз.

Подчеркивается, что несмотря на значительный объем научных исследований в области транспортного обеспечения частные задачи научного обоснования транспортно-технологических систем перевозок во внепортовых условиях в настоящее время исследованы недостаточно.

Обоснована необходимость разработки новых технических решений для выполнения рассматриваемой задачи с учетом того, что современные условия реализации перевозок грузов предполагают в общем случае применение двух технологических схем транспортировки контейнеризованных грузовых единиц из трюма судна в прибрежную зону в каждом из пунктов назначения перемещением каждой отдельной единицы с использованием плашкоута или вертолета. Для повышения эффективности функционирования транспортно-технологической системы перевозок во внепортовых условиях в дополнение к существующим предлагается альтернативная схема, основанная на использовании саморазборных понтонов (лихтеров) при выгрузке грузов на необорудованное побережье.

Отмечается, что методика планирования перевозки и выгрузки контейнеризованных грузов во внепортовых условиях базируется на том, что частным объектом исследования являются технологические схемы транспортировки определенных объемов партий контейнеризованных грузовых единиц различных категорий, реализуемые в рамках заданного пункта назначения.

В статье представлены исходные данные и расчетные характеристики, используемые в процессе реализации методики, а также структура разработанной методики, описанной в виде блок-схемы. В предложенной методике выполнено вычисление комплексного показателя предпочтительности для каждой рассматриваемой технологической схемы. Рассматриваемая методика позволяет определить наиболее предпочтительную технологическую схему из набора альтернативных схем.

В статье рассмотрена задача проектирования контейнерной линии, являющаяся особенно актуальной в современных мировых политических и экономических условиях, когда поиск оптимальных решений для бизнеса жизненно необходимым. Обсуждаются современные подходы к формулировке задачи проектирования контейнерной линии и методы ее решения, рассматриваемые в отечественной и иностранной литературе.

Описываются четыре вида линейных сервисов, встречающихся в рамках проектирования контейнерной линии: простой сервис, «бабочка», «маятник» и сложный сервис. Основное внимание в работе уделено простому сервису, который может быть сведен к задаче коммивояжера.

Предложена новая формулировка задачи и на ее основе рассмотрен пример описания проектируемой линии: контейнерная линия, базирующаяся на один отечественный морской порт (Владивосток) и четыре морских порта КНР.

Отмечается, что задача может включать другие оптимизационные подзадачи, в том числе задачу распределения множества грузопотоков, решение которых является важным для нахождения рациональных вариантов проектируемой контейнерной линии, но в данной работе не рассматривается, поскольку выходит за пределы настоящего исследования.

Описана генерация вариантов линейных сервисов в виде последовательности обхода портов, проанализированы некоторые ее результаты. Среди сгенерированных вариантов выбран оптимальный, который в виде частного случая одновременно имеет как наименьшие затраты на введение контейнерной линии в эксплуатацию, так и наибольшее количество обслуживаемых контейнеропотоков.

Отмечается, что этот вариант является оптимальным лишь в сгенерированной области решений и может не являться оптимальным для рассмотренного примера задачи.

Темой работы является исследование отрицательного воздействия на окружающую среду угольных терминалов морских и речных портов в результате их деятельности. Отмечается, что работа технологического оборудования терминалов приводит к высоким концентрациям запыленности воздуха и пылевыбросам сыпучего груза. Основными источниками пылевыбросов и пылеуноса являются открытые склады хранения угля. В течение последних 8-10 лет для борьбы с пылением на открытых угольных складах и портовых терминалах получили применение пылезащитные экраны, однако процессы взаимодействия ветровых потоков со штабелями портовых открытых сладов и сетчатыми экранами изучены недостаточно. В связи с указанными обстоятельствами целью настоящей работы является оценка в лабораторных условиях работоспособности сетчатых экранов по снижению запыленности воздуха и пылевыброса сыпучего груза при его хранении на портовых открытых складах. В процессе проведенного лабораторного исследования модели штабелей открытых складов выполнялись в определенном масштабе, что позволило использовать натурный сыпучий груз и реальные сетчатые экраны. В работе представлены результаты исследований работоспособности мягких сетчатых экранов по снижению пылевыбросов с открытых портовых складов при хранении сыпучих грузов с учетом направлений и скорости ветровых потоков на штабели этих складов с различными формами поперечных сечений штабелей. В ходе проведения исследований были получены результаты, свидетельствующие о том, что сетчатые экраны являются эффективными устройствами, снижающими скорость ветрового потока внутри периметра экрана. При этом форма поперечного сечения штабеля не оказывает влияние на их работоспособность, а уровень работоспособности сетчатых экранов по уменьшению запыленности воздуха и размера выброса со штабелей складов с различной формой поперечного сечения зависит от направления и скорости ветрового потока. Применение мягких сетчатых экранов, расположенных по периметру штабеля открытого склада с углем, позволяет значительно уменьшить запыленность воздуха и пылевыброс при воздействии ветра.

Аргументировано предложение в пользу наземной радионавигационной системы e-Loran в качестве альтернативы глобальным навигационным спутниковым системам. Мотивация поиска дублирующего варианта вызвана необходимостью обеспечения надежности позиционирования как предмета противодействия спуфинговым и джамминговым рискам при реализации концепции кибернетической осведомленности на водном транспорте.

Гипотетически рассмотрена возможность использования e-Loran на трассе Северного морского пути в качестве резервной навигационной системы.

Проанализирован опыт эксплуатации пилотных проектов усовершенствованного Loran в вопросе прогнозируемого потенциала точности позиционирования.

Исследован оптимальный способ компенсации системной погрешности геолокации на основе использования дополнительных вторичных факторов. C учетом принципа функционала d-Loran, основанного на сравнении измеренных значений задержки прохождения радиосигнала с опубликованными аналогами для передачи уточнений морским потребителям, определена необходимость применения целостности как критерия доверительной оценки надежности обработки навигационной информации.

Выполнен критический анализ результативности попыток применения метода линейной интерполяции для вычисления промежуточных репрезентативных значений задержки прохождения радиосигнала с целью имитационного моделирования карты дополнительных вторичных факторов.

Выдвинута гипотеза перспективности синтеза изоповерхности поправок на основе В-сплайновой аппроксимации. Реализован повтор на корректном алгоритмическом уровне южнокорейского эксперимента синтезирования карты дополнительных вторичных факторов с измеренными показателями хронометражной задержки распространения радиосигнала в наносекундах от передающей станции Пхохан.

С целью демонстрации практической реализуемости сплайнового алгоритма выполнена компьютерная визуализация картографического фрагмента дополнительных вторичных факторов залива Йонгиль.

Выдвинуто предположение о целесообразности трехмерного представления дополнительного вторичного фактора для ситуационного восприятия вахтенным помощником навигации с коррекцией по карте как процесса в альтернативном позиционировании с целью повышения надежности контроля местоположения за счет визуального оценивания правильности использования поправок дифференциального варианта е-Loran.

Отмечается перспектива применения разработанного пакета прикладных паскаль-программ с реализациями на мониторах дисплейного типа в качестве интеллектуальной поддержки принятия решений судоводителем при апостериорной оценке точности обсервации за счет наглядности визуального представления поля поправок.

Рассмотрены вопросы современного состояния и стандартизации батиметрической съемки, регламентируемые Международной гидрографической организацией.

Отмечается, что четвертая редакция Стандартов S-44 явилась «революционной», ознаменовав собой начало эры современной электронной гидрографии, основанной на понятии «категорий съемки рельефа», обусловленной новыми возможностями глобальных навигационных спутниковых систем и электронных гидрографических информационных систем.

Дана характеристика изменений, внесенных в Стандарт S-44, с 4-й (1998 г.) по 6-ю (2022 г.) редакции.

Проанализированы основные отличия 5-й редакции (2008 г.) и уточненной 6-й версии редакции (2022 г.). Особое внимание уделено вопросу эволюции понятий «батиметрическая модель» и «обнаружение объектов».

Указано, что основой новой парадигмы Стандартов S-44 является требование «батиметрического покрытия» и отказ от понятия «полное обследование морского дна», впервые введенного в 5-й редакции S-44. В результате введения понятий «батиметрическое покрытие» и «обнаружение объектов» в 6-й редакции S-44 впервые оказалось возможным отказаться от такого важного гидрографического параметра, как подробность промера («междугалсовое расстояние»).

Подчеркивается, что совместное применение понятий «батиметрическое покрытие», «обнаружение объектов» и «поиск объектов» привело к необходимости использования в 6-й редакции S-44 такого нового инструмента для проектирования и формирования краткой характеристики съемки, как «матрица спецификаций». Отмечается, что в 6-й редакции S-44 впервые введено понятие «батиметрическая модель», связанное с гридом (регулярной сеткой глубин).

Даны критические комментарии к сведениям об использовании сеточных батиметрических моделей, приведенных в приложениях, не являющихся частью S-44(6.1).

Проанализированы предложения по формированию апостериорной модели неопределенностей результатов съемки рельефа дна, актуальной для площадной съемки с использованием многолучевых сонаров, необходимые для подтверждения выполнения заданной категории S-44.

Указано, что в трех последних редакциях S-44 для оценки планового положения использован термин «стандартное отклонение» без конкретного указания связанной с ним доверительной вероятности. Это требует дополнительных пояснений и уточнений в части рекомендации, касающейся применения коэффициента 2,45 для расчета величины суммарной горизонтальной неопределенности. Обращается внимание на недостаточную проработку в 6-й редакции S-44 вопросов, связанных с альтернативным способом определения поправок уровня на основе высокоточного определения высот нулей глубин в геоцентрической системе координат.

Обоснована необходимость включения в последующую редакцию S-44 спецификаций по контролю качества результатов площадной батиметрической съемки.

Отмечается отсутствие новых российских спецификаций выполнения гидрографических съемок, основанных на Стандартах S-44 Международной гидрографической организации, и необходимость их разработки, согласования и утверждения

Предложен метод определения места судна по глубинам на основе нейронной сети, которая принимает на вход последовательность глубин, измеренных при помощи эхолота, а прогнозирует широту и долготу судна на момент измерения последней глубины. Нейронная сеть имеет архитектуру сети прямого распространения с несколькими скрытыми слоями и полными связями, удовлетворяющую условиям универсальной аппроксимации в соответствии с теоремой Стоуна - Вейерштрасса. Для обучения используется алгоритм Adamax при условии контроля наибольшего значения модуля невязки на каждой итерации. Моделирование выполнялось с использованием языка программирования Python и библиотеки Tensorflow. Модельная поверхность рельефа дна была представлена в виде многочлена второго порядка. Образцы получены на основе виртуальных измерений глубин в узлах координатной сетки с пространственным разрешением не хуже, чем один кабельтов. После сбора образцов выполнялось обучение нейронной сети, в ходе которого не использовалась контрольная выборка. В обучении участвовало несколько нейронных сетей, отличающихся количеством скрытых слоев, а также количеством нейронов в них. После обучения было проведено тестирование, которое предполагало движение судна вдоль меридианов, в точности не совпадающих с используемыми для формирования обучающей выборки. При этом наряду с вариантом средних по долготе меридианов рассмотрен вариант выбора меридианов с использованием датчика случайных чисел равномерного распределения. В результате тестирования все рассмотренные сети показали примерно одинаковую приемлемую навигационную точность, близкую к точности, полученной на обучающей выборке.