Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время сохраняется низкий уровень развития железных и автомобильных дорог в регионах Крайнего Севера, Якутии, Магаданской области и Чукотском автономном округе. Соответственно, морской каботажный транспорт осуществляет в этих районах основные объемы перевозок грузов.
С начала осуществления программы экономических реформ негосударственный сектор занял доминирующее положение на морском транспорте. Судоходные и стивидорские компании постоянно адаптируются к новым хозяйственным условиям. Однако многие вопросы работы и развития морского транспорта в условиях формирования рыночных отношений пока не получили удовлетворительного решения.
Каждая компания со своей стороны подходит к оптимизации своей работы и старается уменьшить затраты на поддержание на должном уровне инфраструктуры портов и модернизацию морского флота.
В этих условиях крупные владельцы каботажных грузов, в первую очередь предприятия, занятые добычей и переработкой полезных ископаемых, стали создавать автоматизированные транспортно-технологические комплексы (АТТК), включающие собственный флот и собственные автономные терминалы. Примером такого комплекса может служить комплекс, создаваемый ОАО «Горно-металлургическая компания Норильский Никель».
Одной из важнейших задач, возникающих в АТТК, является задача оптимального управления каботажными перевозками, т.е. выбор оптимального числа транспортных судов и числа причалов в терминалах. Для решения этой задачи необходимо осуществлять разработку моделей, адекватно описывающих транспортно-технологические процессы в автоматизированных комплексах.
В настоящее время традиционно используются детерминированные модели транспортно-технологических процессов переработки грузов. Однако при использовании детерминированных моделей принимаются допущения, существенно идеализирующие эти процессы. Вероятностная модель процесса обработки каботажных контейнерных судов на перегрузочном терминале в виде марковской модели замкнутой системы массового обслуживания была впервые предложена А.М. Тюкавиным.
Однако применение марковских моделей массового обслуживания (СМО) для исследования транспортно-технологических процессов не всегда является целесообразным, так как эти модели недостаточно адекватно описывают процессы переработки грузов в реальных условиях функционирования.
Целью исследования являются теоретическое обоснование и разработка математического и алгоритмического обеспечения оптимального управления каботажными перевозками, позволяющие адекватно описывать транспортно-технологические стационарные процессы (ТТСП) в автоматизированных комплексах, содержащих два или несколько автономных терминалов.
В соответствии с указанной целью в работе сформулированы, обоснованы и решены следующие задачи:
Анализ особенностей ТТСП и существующих методов их формализации.
Разработка вычислительных вероятностных моделей ТТСП в автоматизированных комплексах, содержащих два или несколько терминалов и судов с одинаковой и разной контейнеровместимостью.
Определение полиномиальных моделей четвертого порядка показателей качества ТТСП с целочисленными факторами.
Оптимальное управление каботажными перевозками в АТТК, включающих два и три терминала.
Методы исследования. Методической основой и общей формальной базой диссертационного исследования служат теория вероятностей, теория массового обслуживания и теория планирования эксперимента.
Объектом исследования в диссертации являются АТТК, содержащие два или несколько автономных терминалов и суда с одинаковой и разной контейнеровместимостью.
Предметом исследования диссертации являются теоретические разработки и практическая реализация вероятностных, вычислительных и полиномиальных моделей ТТСП, а также алгоритмы оптимального управления каботажными перевозками, основанные на указанных моделях.
Научная новизна полученных в диссертации результатов состоит в следующем:
Теоретически обоснована формализация ТТСП в автоматизированных комплексах, содержащих различное число причалов, в виде немарковских моделей замкнутых многоканальных систем массового обслуживания.
Разработаны вычислительные модели ТТСП в комплексах, содержащих два терминала, без учета и с учетом абсолютного приоритета.
Разработаны вычислительные модели ТТСП в автоматизированных комплексах, содержащие несколько терминалов и суда с одинаковой и различной контейнеровместимостью.
Определены условия оптимальной идентификации и произведен синтез квазиоптимальных планов вычислительного эксперимента четвертого порядка с целочисленными факторами, минимизирующих интегральную оценку ошибки аппроксимации. На основе указанных планов определены полиномиальные модели показателей качества ТТСП.
Практическая ценность. В результате проведенных исследований доказана целесообразность и эффективность использования теоретических разработок и предлагаемых вероятностных моделей для решения конкретных задач, возникающих при оптимальном управлении каботажными перевозками. Указанные вероятностные модели и алгоритмы позволяют повысить эффективность управления каботажными перевозками в АТТК.
Реализация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы получены в рамках выполнения федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002–2010гг.) - раздел Развитие инфраструктуры Мурманского транспортного узла». Полученные результаты доведены до алгоритмов и программного обеспечения, которое использовано при проектировании и строительстве Мурманского перегрузочного терминала ОАО «ГМК «Норильский никель» и выборе оптимальных решений при разработке технического задания.
Предложенные рекомендации апробированы и внедрены на производстве (Транспортно-логистический отраслевой комплекс ОАО «ГМК «Норильский никель») и в учебном процессе (Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций).
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на VII юбилейной международной конференции «Инновации в науке и образовании 2009», II межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» 2011 г., 6-ой международной научно-технической конференции «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе САПР, АСНИ, СУБД и систем искусственного интеллекта» (ИНФОС 2011) .
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе две статьи опубликованы в изданиях, имеющихся в перечне научных журналах ВАК Министерства образования РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников. Общий объем работы составляет 151 страницу, в том числе 17 рисунков, 24 таблицы и список использованных источников из 100 наименований.
