ВЕСТНИК ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМ. АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Темой исследования является вопрос разработки имитационной модели для определения рационального варианта распределения входящего потока круизных и паромных судов в системе причалов морского пассажирского порта или терминала.

Разработка в данном исследовании нового программного инструментария, который на основе гибкости настройки интерфейса может быть применим к различным морским пассажирским терминалам с учетом возможности выполнения многосценарного моделирования, направлена на уточнение методов технологического проектирования морских пассажирских портов и терминалов.

Отмечается, что используемые детерминированные модели для расчета пропускной способности причала или необходимого количества причалов не позволяют учитывать в полной мере динамические параметры влияния внешней среды, что ограничивает их применение и формирует необходимость использования методов имитационного моделирования.

В исследовании отмечается, что наряду с основным параметром: ожидаемым годовым пассажиропотоком и количеством круизных и паромных судов, ключевым вопросом является структура потока судов.

Предложена модель приоретизации обслуживания входящих круизных и паромных судов, рассматривается возможность исследования наличия случайного потока судов, заходящих в порты, имеющих как низкий, так и высокий приоритет заявок в очереди.

На основе выполнения многосценарного моделирования в разработанном цифровом двойнике с использованием новой программы доказана возможность сформировать набор больших данных для последующего принятия решений при неопределенности стратегического развития морского пассажирского порта в регионе моря и методам привлечения новых круизных линий.

Исследования, представленные в работе, направлены на изучение гидравлики процесса наполнения судоходных шлюзов с головной системой питания из-под плоских подъемно-опускных ворот. В частности, рассмотрена задача о возможности компенсации первого обратного пика гидродинамической силы путем изменения площади отверстия наполнения.

Изменение площади отверстия наполнения рассмотрено в том числе для случаев постоянной величины площади и для случаев ее уменьшения. В теоретическом эксперименте временной промежуток и интенсивность изменения площади отверстия наполнения синхронизировались со скоростью распространения волн в камере шлюза.

Первую волну попуска от сформировавшегося в начале процесса наполнения необходимо компенсировать второй волной, которая создается принудительно путем уменьшения площади сечения отверстия наполнения с последующим переходом к ее увеличению.

В исследовании определялись параметры второй компенсационной волны, чтобы при взаимодействии с первой волной попуска отсутствовал первый пик обратной гидродинамической силы.

Исследовано также влияние на возникновение пика обратной силы режима изменения площади отверстия наполнения. Для реализации поставленной задачи использованы теоретические методы, основанные на решении уравнений неустановившегося движения воды, позволяющие определить колебания свободной поверхности воды в камере шлюза, в том числе на начальном этапе наполнения.

Результаты, полученные в исследовании, показывают для различных водоизмещений судна зависимости изменения величины гидродинамической силы от режимов изменения площади отверстия наполнения и от взаимосвязанного с площадью изменения приращения расхода воды.

Полученные результаты исследования могут быть направлены на создание безопасных условий для шлюзования как судов действующего флота, так и перспективного безэкипажного флота.

Темой исследования является всесторонняя оценка эффективного управления цепями поставок насыпных грузов в большегрузных контейнерах на морские контейнерные терминалы в целях накопления и отгрузки на морские суда.

Актуальность темы вызвана тем, что контейнеризация широко охватившая различные категории грузов, оставила без внимания массовые относительно недорогие насыпные грузы, для перевозки которых успешно используются мягкие контейнеры малой грузоподъемности, требующие для хранения крытых помещений, которыми, как правило, контейнерные терминалы не оборудуются.

Отмечается, что постановка задачи обусловлена необходимостью синхронизации логистических потоков, в силу того что управление функциональной схемой терминала требует системного подхода к разработке модели движения смежных видов транспорта, задания ритма подачи автомобилей и вагонов под выгрузку и погрузку и учета ряда других факторов.

Подчеркивается, что моделирование схем обработки контейнеров на морском терминале находится в прямой зависимости от его пропускной способности, расчет которой базируется на оценке емкости складских площадей порта, в границах которых может быть принято к обработке и хранению определенное количество контейнеров, а также от наличия средств механизации, необходимых для их обработки.

В предлагаемой работе рассмотрена возможность организации технологических процессов терминала на основе сокращения контейнеро-мест в зоне хранения в различных условиях работы транспортной системы, а именно в условиях задержки судна под погрузкой в силу метеорологических или иных причин.

Сделан вывод о том, что предлагаемые схемы обработки контейнеров могут способствовать сокращению издержек участников транспортного процесса, не нарушая заданных сроков поступления и обработки грузов, обеспечивая ритмичность и надежность технологических операций на морском терминале.

Рассмотрена концепция аппроксимации геометрической формы зоны навигационной безопасности судна в идеологии образов сплошных деформируемых сред как непрерывное множество точек N-фокусного эллипса, который также можно использовать применительно к задаче ограждения навигационных опасностей. Данная конфигурация позволяет точнее учитывать информацию о полях различных кинематических и динамических параметрах движения судна и генерировать управляющие воздействия по обеспечению заданного уровня безопасности плавания. Отмечается, что решение задачи обеспечения безопасности судовождения при формализации зоны навигационной безопасности судна в виде N-фокусного эллипса первоначально требует разработки принципов управления на кинематическом уровне. При этом возникает нетривиальная задача определения координат особых «характерных» точек на границе зоны навигационной безопасности, таких как точка, ближайшая к навигационной опасности, находящаяся на пересечении с линией относительного движения, «крайние» точки. В том числе из-за нелинейности уравнения N-фокусного эллипса, изменений размеров и формы зоны навигационной безопасности, вызванных движением собственного судна и меняющейся навигационной обстановки, предлагается решение, базирующееся на одном из классических методов определения местоположения в навигации - обобщенном методе линий положения. Основные положения изыскания подкреплены инфографикой и доведены до уровня непосредственного практического применения. Сделан вывод о том, что формализация предлагаемых методов и алгоритмов в автоматических навигационных комплексах или системах управления автономными судами позволит судоводителю на борту или управляющему ими дистанционно решать задачи судовождения на качественно новом уровне в неразрывной связи с традиционными методами контроля безопасности мореплавания.

Темой исследования является оценка и прогнозирование динамики заносимости судоходных каналов - важная составляющая обеспечения круглогодичной навигации крупнотоннажных судов в акватории Северного морского пути, поскольку арктические моря и соединяющие их проливы, особенно в восточном секторе, мелководны, что требует выполнения дноуглубительных работ для поддержания гарантированных безопасных глубин.

Статья посвящена описанию разработанного метода оценки и прогнозирования динамики заносимости судоходных каналов в акватории Северного морского пути.

Рассмотрены основные особенности условий выполнения дноуглубительных работ в арктических морях, к которым относятся наличие льда в течение 8-9 месяцев в году, когда проведение дноуглубительных работ является невозможным, короткий (3-4 месяца) период чистой воды, когда выполнение дноуглубительных работ становится возможным, при этом плавание транспортных судов и ледоколов по каналам осуществляется круглый год.

Отмечается, что наряду с традиционными факторами, влияющими на процессы заносимости морских каналов, такими как ветро-волновые явления и течения, существенное влияние оказывают движители крупнотоннажных транспортных судов и мощных ледоколов ввиду значительной осадки судов и мелководья каналов.

Приведено теоретическое обоснование модели заносимости на основе экспериментальных данных, полученных по результатам съемки рельефа дна с применением многолучевых эхолотов.

Детально показаны этапы обработки натурных данных для их подготовки и применения в математической модели заносимости. Приведены результаты прогноза расчетных величин объемов заносимости и соответствующие им доверительные интервалы.

Цель работы состоит в усовершенствовании методов компьютерного мониторинга и параметрической идентификации моделей расходных характеристик судов для анализа и прогнозирования показателей энергоэффективности объектов водного транспорта, а также оптимизации режимов работы дизель-генераторных агрегатов.

Предложен алгоритм параметрической идентификации характеристик «вход-выход» различных по природе технологических процессов и систем (технических, биологических, экономических, социальных, экологических и др.) по данным измерений с помощью аппроксимоторных (регрессионных) нейронных сетей с возможностью количественной оценки погрешности параметрической оптимизации по эвклидовой норме.

В отличие от известных методов параметрической пригонки модели по статистическим рядам предлагаемый способ базируется на обучении многослойной нейрон ной сети с обратным распространением ошибки отклонений значений выходных сигналов от эталонных с целью ее коррекции за счет введения поправок в значения весовых коэффициентов синаптических связей.

Реализация алгоритма идентификации на основе предлагаемого способа пригонки модели выполнена с помощью радиальных нейронных сетей, имеющих фиксированную структуру с одним скрытым и одним выходным слоями в соответствии с нелинейными и линейными функциями активации нейронов, обеспечивающих точность отображения образов на основе эвклидовой метрики.

Предлагаемый подход позволяет упростить режимы обучения и обеспечить приемлемую точность аппроксимации и идентификации. Алгоритм реализован при оценивании параметров расходной характеристики судна с известной структурой модели потребления топлива по соответствующему статистическому ряду при заданном начальном приближении. Алгоритм может быть применим для идентификации параметров моделей характеристик расхода энергоресурсов как на судах, так и в целом в отрасли внутреннего водного транспорта при вычислении целевых индикаторов и показателей ее развития.

Целью настоящей работы является исследование методов моделирования и формализованного описания управления технологическими процессами, связанными с повышением надежности функционирования систем водного транспорта посредством снижения вероятности реализации транспортных рисков.

В рамках поставленной цели решена задача разработки математических методов учета частичного запаздывания защитного эффекта в моделях управления рисками в условиях усиления требований к безопасной цифровизации водного транспорта при наличии широкого спектра риск-факторов как инженерно-материального, так и информационного характера. Теоретико-вероятностный подход к оптимизации затрат на снижение рисков в аспекте совместного рассмотрения этих затрат и возможных потерь от реализации рисков получил в настоящее время развитие в отраслевых исследованиях на водном транспорте.

Отмечается, что вне рамок рассматриваемых моделей остается возможное и подчас неизбежное запаздывание эффекта, поскольку затраты на антирисковые мероприятия не реализуются мгновенно в полной мере (по аналогии с распределенно-лаговом анализом незавершенного строительства, получившим развитие в условиях плановой экономики в ХХ в.).

Показано, как процедуры снижения рисковых потерь, формально определяемых как средние значения ожидаемых суммарных (рисковых и управленческих) потерь, могут быть дополнены как в моделях управления рисками на графах, так и в моделях математического программирования методами распределенно-лаговых моделей, что позволяет повысить их адекватность.

Результатом проведенного исследования является разработка оптимизационных математических моделей, учитывающих возможное запаздывание эффекта от дополнительных затрат, снижающих в целом рисковый ущерб.

В статье выполнена задача по определению способности судового дизельного масла к проникновению в структуру композиционного материала, изготовленного с применением армирующих стеклянных тканей и полиэфирного связующего элемента.

Способность судового дизельного масла проникать в структуру образцов, нарезанных из общей плиты полимерного композиционного материала, выполняется путем определения изменения веса образцов до и после их погружения в емкости с жидкой средой (судовое дизельное масло) на определенный период времени.

Установлена незначительная способность проникновения дизельного масла в состав данного материала в зависимости от его структуры, т. е. от расположения армирующего материала, а также от наличия или отсутствия обработки краев образцов полиэфирной смолой после их нарезания из общей плиты.

Рассмотрены механические свойства (предел прочности при растяжении, сжатии и изгибе) композиционного материала после его изъятия из емкости с дизельным маслом. Решается практическая задача определения возможности влияния обработки торцов нарезанных образцов для испытаний полиэфирной смолой на способность проникновения судового дизельного масла в структуру полимерного композиционного материала.

Установлено влияние нахождения образцов в жид кой среде (дизельное масло) с определенным соотношением слоев армирующего материала (стекломата и ровинговой стеклоткани) на их механические характеристики при изгибе, растяжении и сжатии.

Представлены результаты исследований, демонстрирующие непосредственную связь между пределом прочности, разрушающей силой и числом ровинговых слоев в структуре полимерных композиционных материалов образцов, подвергнутых обработке полиэфирной смолой.

В ходе выполнения экспериментов определена способность проникновения дизельного масла в структуру композиционных материалов и изменения механических свойств в результате погружения данных материалов в жидкую среду.

Результаты экспериментального исследования образцов полимерных композиционных материалов с различными схемами армирования подтверждают целесообразность их использования в корпусных конструкциях судов, в частности такие материалы могут быть рекомендованы для изготовления судовых цистерн, предназначенных для хранения дизельного масла.

В работе предлагается возможный вариант снижения перерасхода ядерного топлива на маневрирование за счет использования технологии скользящего давления пара. Отмечается, что с начала эксплуатации атомных ледоколов в Арктике существует значительный перерасход ядерного топлива на маневрирование ядерной энергетической установкой и актуальной целью является поиск решений для его снижения. Предлагается (кратковременный переход на скользящее давление пара в главном паропроводе по инициативе судоводителя, который осуществляет маневрирование ледоколом, имея возможность управлять мощностью только гребной электрической установки. В настоящее время судоводитель самостоятельно не имеет возможности увеличивать мощность реактора даже если это требуется по условиям безопасного судовождения. Отмечается, что на всех проектах атомных ледоколов предусмотрено ограничение мощности гребной электрической установки, которое устанавливается из центрального по ста управления оператором ядерной паропроизводящей установки, и судоводитель не может самостоятельно увеличить мощность реактора для экстренного маневра. Обращается внимание на то, что если судоводитель все же задает мощность гребной электрической установки больше заданного ограничения мощности, то нагрузка с главных турбогенераторов автоматически списывается и восстанавливается прежнее ограничение мощности. Предлагается модернизация, при которой судоводитель без запроса нового увеличения мощности реактора в центральный пост управления имеет возможность самостоятельно увеличить мощность реактора в период выполнения экстренного маневра. Это позволяет существенно снизить величину ограничения мощности гребной электрической установки и соответствующую мощность реакторов при выполнении работ в Арктике на конкретном участке пути без ущерба безопасности судовождения. Отмечается, что данное решение обеспечивает экономию ядерного топлива и увеличивает кампанию активной зоны. Выполненные в работе оценки показывают существенную экономию ядерного топлива при использовании технологии скользящего давления для преодоления кратковременных маловероятных препятствий, возникающих в сложных ледовых условиях Арктики.

Рассмотрено решение задачи корреляционно-экстремальной навигации на основе реконструированного сплайнового эталона информативности с учетом имеющейся априорной информации об особенностях безопасного перемещения судна в конфликтном навигационном пространстве.

Акцентируется внимание на практической реализации интеллектуального управления движением судна на основе соблюдения принципа изученности геометрии геофизического поля при организации автономного движения судна по электронной сплайн-траектории.

Приведено обоснование принципа ориентирования по рельефу местности как результата сравнения посредством экстремального функционала корреляции измеряемых навигационных параметров с предварительно созданным виртуальным эталоном информативности для постоянного обновления местоположения судна.

Выявлены преимущества и недостатки использования различных автономных вариантов картографической навигации в результате выполненного обзорного анализа проблематики альтернативного позиционирования в контексте исследования потенциала точности.

Рассмотрена гипотеза о навигации по пространственным и поверхностным полям как единственной альтернативы спутниковым системам. Предлагается использовать альтернативную навигацию как ассистирующую технологию, дополняющую традиционное спутниковое позиционирование с целью достижения максимальной помехоустойчивости и кибербезопасности при практической реализации ситуационной осведомленности. Исследован мониторинг целостности как современного критерия доверительной оценки правдоподобной валидности обработки навигационной информации.

Предположительно применение феномена целостности гарантирует практическое улучшение итерационного процесса расчета обсервованных координат для альтернативного позиционирования в режиме реального времени.

Разработана процедура поиска оптимизации распределения сеточных точек аппроксимации, основанная на принципе определения эффективной позиции скользящего узла. За счет универсальности модернизированных паскаль-программ обеспечивается вы числительная реализация широкого класса задач корреляционно-экстремальной навигации. Апробированный на методах сплайн-функций алгоритм предлагается в качестве гармонизированной поддержки судоводителю для расширения горизонта ситуационного восприятия вахтенным помощником процесса навигации в сложных ситуациях.

Выполнен анализ библиографического материала, в котором исследована проблема человеческого фактора. Составлена репрезентативная выборка, полнота которой определялась критерием отсутствия новых трактовок термина «человеческий фактор». Составлен перечень определений этого термина, в каждом из которых выделена его основная суть, имеющая в разных источниках различную интерпретацию.

Выполнена классификация основополагающих толкований данного термина, из которых выделено пять групп: ошибки человека, характеристика профессиональная деятельность, характеристика человека, наличие структуры, важность и сложность предмета исследования.

Сделан вывод о том, что исследуемая тема деятельности человека при выполнении им профессиональных задач может быть описана следующими терминами: «человеческий элемент», «человеческий фактор», «успешная профессиональная деятельность», «человеческие факторы», «индивидуально-психологические свойства личности человека», «физическая и социальная среда», «состояние человека».

Даны определения каждого из указанных терминов. Предложена структурно-логическая схема взаимосвязи данных понятий. В качестве общего предлагается использовать термин «человеческий элемент» в виде сущностной части (элемента) сложной системы, в данном случае сложного технического устройства - судна, используя его как проявление человека в процессе профессиональной деятельности.

Отмечается, что обширный спектр человеческих проявлений представляет собой континуум, на одном полюсе которого находятся «ошибки» человека («человеческий фактор»), а другой полюс не имеет общепризнанного определения, поэтому предлагается использовать термин «успешная профессиональная деятельность».

Мотивацией для проявления профессиональной деятельности человека являются «человеческие факторы», которые включают его индивидуально-психологические особенности, физическую и социальную среду, в которой осуществляется данного рода деятельность, а также состояние специалиста, ее реализующую.

Предложенная структурно-логическая схема взаимосвязи понятий позволяет формулировать актуальные научные задачи, решение которых должно способствовать повышению безопасности плавания судна с помощью учета человеческого элемента.

Темой исследования является оценка возможности организации доставки и обработки насыпных грузов на морских контейнерных терминалах, испытывающих снижение грузооборота вследствие санкционной политики западных стран.

Отмечается, что постановка такой задачи обусловлена необходимостью максимального использования транспортного потенциала видов транспорта, осуществляющих завоз грузов в порт и мощностей перегрузочных комплексов, не ориентированных на обработку насыпных грузов.

Моделирование транспортной системы, способной оптимизировать обозначенный процесс, требует всесторонней оценки эксплуатационных показателей работы средств транспорта на всем пути продвижения таких грузов от завода-производителя до морского контейнерного терминала.

В работе рассматривается возможность формулировки модели создания транспортной системы на основе формирования транспортной единицы контейнерного поезда «железнодорожная платформа - насыпные контейнеры» и дана ее краткая характеристика.

В ходе рассмотрения происходящих процессов подчеркивается, что накопление насыпных контейнеров находится в зависимости от периода обращения кольцевого контейнерного поезда, осуществляющего доставку грузов на терминал, периода подачи, грузоподъемности судна, подлежащего загрузке на терминале, а также метеорологических причин, способных привести к задержке судна под обработкой.

В исследовании приведены примеры расчета потребного количества на сыпных контейнеров при различных показателях проектируемой транспортной системы: времени завоза грузов на терминал, времени ожидания подачи морского тоннажа, времени ожидания по атмосферным показателям.

Сделан вывод о том, что с применением инновационных технологий обработки насыпных грузов морской терминал может ожидать значительного приращения грузооборота и расширения границ своего хинтерленда.