Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 STRONG . Системный анализ процессов управления технологическими средствами порта
STRONG 1.1. Анализ способов совершенствования технологических режимов портовых перегрузочных машин на базе информационных технологий... 11
1.2. Количественный анализ технологических и логистических процессов в порту на основе производственных моделей 14
1.3. Модели оптимизации технологических режимов работы портовых перегрузочных машин 34
1.4. Пути и способы совершенствования технологических процессов в порту 44
1.5. Выводы по главе 1 46
Глава 2. Математические модели типовых технических средств портовой техники 47
2.1. Математическая модель робота-манипулятора с двумя степенями свободы 47
2.2. Позиционирование робота - манипулятора перегрузочных машин на основе информационных технологий 60
2.3. Реализация аналитических методов совершенствования конструкций и процессов управления портовых перегрузочных машин .65
2.4. Математическая модель портовой погрузочной машины с ползунково-кривошипным механизмом 78
2.5. Выводы по главе 2 85
Глава 3. Моделирование процессов планировании и технологии обработки судна в порту
3.1. Особенности организации обработки судна в порту 87
3.2. Оценка продолжительности стоянки судна под грузовой обработкой 94
3.3. Алгоритмическое и программное обеспечение планирования расписания обработки судна в порту 98
3.4. Имитационное моделирование технологических процессов в порту. 106
3.5. Выводы по главе 3 114
Глава 4. Совершенствование организации и управления технологическими процессами в порту
4.1. Транспортный узел (порт) - единый технологический процесс 116
4.2. Критерии качества и эффективности производственных процессов в порту 123
4.3. Обобщенные показатели эффективности производственных процессов 128
4.4. Особенности инвестиций при замене оборудования в порту 130
4.5. Выводы по главе 4 147
Заключение 148
Библиографический список 154
- Количественный анализ технологических и логистических процессов в порту на основе производственных моделей
- Модели оптимизации технологических режимов работы портовых перегрузочных машин
- Математическая модель робота-манипулятора с двумя степенями свободы
- Особенности организации обработки судна в порту
Введение к работе
Анализ процессов управления портовыми перегрузочными машинами и задачи исследований
Развитие технической базы портов и повышение уровня их эксплуатации открывают перспективы весьма значительного снижения транспортных издержек.
Время пребывания судна в портах под загрузкой, разгрузкой, техническим обслуживанием и в ожидании этих операций составляет до 50-60% времени его оборота, а доля стоимости портовых работ в общей себестоимости перевозок грузов достигает 40-50%.
Роль порта в транспортном процессе определяется основными видами выполняемых работ:
перевалка грузов с одного вида транспорта на другой; в соответствии с планом перевозок;
обеспечение заданного грузооборота по отправлению грузов;
загрузка, разгрузка судов;
организация движения в границах порта, комплексное обслуживание флота и подвижного состава сухопутного транспорта с обеспечением выполнения графиков движения судов и вагонов:
хранение и в необходимых случаях сортировка и комплектация грузов;
обслуживание пассажиров;
организация местных перевозок грузов и пассажиров флотом, принадлежащим порту;
транспортно - экспедиционная и коммерческая работа;
обслуживание клиентуры водного транспорта и организация перегрузочных работ средствами порта на причалах промышленных предприятий;
добыча из подводных карьеров, перевозка, сортировка и перегрузка минерально-строительных грузов;
вспомогательные операции, обеспечивающие нормальную эксплуатацию порта и флота (ремонт технических средств, энергоснабжение, материально - техническое снабжение, хозяйственное и культурное обслуживание и т.п.).
Организация этих работ в порту опирается в первую очередь на кОхМплексную механизацию и автоматизацию производства, быстрое развитие и внедрение новой техники. Развитие средств комплексной механизации и автоматизации, позволяя резко снизить потребность в рабочей силе, повышает вместе с тем требования к квалификации рабочих, построению технологического процесса работы порта и развитию методов управления им на базе современных информационных технологий.
Для транспорта и, в частности, для портов имеет первостепенное значение организация их работы в оптимальных режимах, обеспечивающих существенное ускорение обработки судов и вагонов, общее снижение себестоимости перевозок, а также создание необходимых условий и осуществление перехода на автоматизированные системы управления в условиях непрерывного планирования.
В этой связи вопросы построения и совершенствования технологии работы порта в целом, его отдельных подразделений, технологических линий и перегрузочных комплексов на современной информационной базе приобретают исключительно важное народнохозяйственное значение. Именно на новых информационных технологиях и компьютерных системах высокой производительности возможно кардинально изменить перегрузочный процесс и организацию движения грузов в границах порта
и за его пределами, существенно повысить уровень обслуживания и предоставления транспортных услуг. Наиболее важным этапом автоматизации режимов работы перегрузочных машин и технологических линий, терминалов, а также отдельных производственных процессов является их оптимизация. Оптимизационные технологии позволяют решать проблемы управления на качественно новом уровне. Вместе с тем, они являются исключительно наукоемкими и требуют для практической реализации применения, в основно*м, численных методов оптимизации.
В связи с вышеизложенным, диссертация посвящена исследованиям, направленным на создание математического и программного обеспечения процессов оптимизации параметров и технологии работы портовых перегрузочных машин, которые составляют фундамент развития и совершенствования автоматизированных систем портов и других предприятий водного транспорта, независимо от форм собственности.
Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:
Разработка математической модели и вычислительной процедуры для количественной оценки технологических и логистических процессов в порту с помощью производственных моделей, учитывающих специфику производственных грузовых операций и номенклатуру грузов.
Создание математического и программного обеспечения для анализа процессов обслуживания транспортных средств в порту, определение и идентификация основных технологических показателей: интенсивности грузовой обработки судов, коэффициента использования причала и элементов причального фронта, ритмичности работы, показателей стационарного режима работы и устойчивости технологического процесса.
3. Разработка математических моделей и программного обеспечения
процессов оптимизации параметров и выбора конструктивных
элементов портовых перегрузочных машин:
двухзвенного робота-манипулятора;
решения задачи позиционирования манипулятора с помощью двух двигателей, расположенных в базовом узле и узле сочленения звеньев;
- для управления манипулятором по заданным узлам
интерполяции (точек интерполяции) на основе сплайнов;
оптимальная сборка узлов машин, обеспечивающая минимальную стоимость.
Математическое и программное обеспечение для решения минимальной задачи параметрической оптимизации режимов работы портовых машин. Цель исследований - минимизация пикового (максимального) давления в силовом цилиндре ползунково-кривошипного механизма портовой погрузочной машины, что обеспечивает повышение надежности и увеличивает сроки эксплуатации наиболее дорогостоящих элементов конструкций.
Для совершенствования процесса обработки судов у причала -разработка алгоритма и информационная поддержка оптимального составления расписания (критерий - минимальное время стоянки судна у причала под обработкой).
Имитационная модель и программное обеспечение моделирования работы причала специализированного порта (на примере п. Важины, р. Свирь; транспортируемый груз - гравийно-песчаная смесь для строительных организаций С.-Петербурга). Получение рабочих характеристик порта, как системы массового обслуживания в реальном масштабе времени.
Математическая модель совершенствования организации и управления звеньями технологической системы в составе комплекса порта со сложной структурой.
Алгоритмическое и программное обеспечение оптимизации финансовых операций на этапе заключения и выполнения договорных обязательств по инвестированию процесса замены оборудования и портовой подъемно-транспортной техники; получение сценариев периодических выплат по процентам, с учетом интересов инвесторов.
Методы исследований. Исследования проводятся на основе теории автоматического управления, численных методов оптимизации, структурной и параметрической идентификации, общей теории систем и системного анализа. В работе используются методы и модели исследования операций: модели распределения ресурсов и их методы решения, модели массового обслуживания (очередей и упорядочения), модели замен, управления операционными процессами. Вопросы параметрической оптимизации решаются на основе теории конструкций механизмов и деталей подъемно-транспортных машин, методов алгоритмизации и программирования, а также на основе использования методов организации и проведения машинного эксперимента.
Научная новизна результатов:
Математическое и программное обеспечение процедур количественной оценки технологических и логистических процессов в порту на основе производственных моделей.
Математическое, информационное и программное обеспечение процессов параметрической оптимизации и выборе конструктивных решений в классе инверсных задач в приложении к двухзвенным роботам-манипуляторам, их позиционированию и
управлению по заданным траекториям с помощью сплайн-аппроксимаций.
Алгоритмы и программы для численного решения минимальной задачи параметрической оптимизации величины давления в силовом цилиндре ползунково-кривошипного механизма портовых погрузочных машин и других конструкций.
Алгоритмическое и программное обеспечение процесса составления расписания, обеспечивающего минимальное время стоянки судна под выгрузкой у причальной стенки порта.
Алгоритм и программное обеспечение имитационной модели транспортного процесса в порту Важины (р.Свирь) при погрузке в суда гравийно-песчаной смеси, а также процедура использования модели в реальном масштабе времени для оценки показателей работы порта.
Алгоритмическое и программное обеспечение инвестиционного процесса замены оборудования и портовой подъемно-транспортной техники, позволившее на основе теории оптимального управления получить вектор периодических выплат по процентам, обеспечивающий существенное сокращение общего объема выплат к концу периода завершения действия договора.
Практическая значимость исследовании состоит в создании математического и программного обеспечения процессов параметрической оптимизации портовых перегрузочных машин и их элементов, развитии численных методов автоматизации технологических процессов в портах. Практическая значимость работы определяется новыми техническими решениями и алгоритмами реализации траекторных процессов манипуляторов, параметрической оптимизацией режимов работы портовых машин, содержащих ползунково-кривошипные конструкции с
силовым цилиндром. Безусловно, к значимым с позиций практики следует отнести алгоритм и программу для решения задачи имитационного моделирования технологии работы порта со специализированным причалом, оборудованным для загрузки судов песчано-гравийной смесью (другими сыпучими материалами). Модель применима, в частности, в порту Важины (р.Свирь) - основному поставщику гравия для строительных организаций Санкт-Петербурга. Большое прикладное значение имеет алгоритм оптимизации инвестиционных процессов при строительстве портов и замене оборудования, а также программное обеспечение для выбора сценариев инвестиций при составлении договора между портом и инвестором.
Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований докладывались на Международной научно-практической конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга «Безопасность водного транспорта», 10-11 сентября 2003 года, г.С.-Петербург, секция №7; на научно-технической конференции молодых научных работников, посвященной 195-летию транспортного образования в России, С.Петербург, СПГУВК,2004г., а также на постоянно действующих семинарах кафедр Автоматики, Вычислительных систем и информатики факультета Информационных технологий, а также на кафедрах факультета Портовой техники и электромеханики СПГУВК.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах, перечень которых приведен в библиографическом списке, помещенном в конце диссертации.
Количественный анализ технологических и логистических процессов в порту на основе производственных моделей
Деятельность системы порта как транспортного узла характеризуется параметрами потоков грузов, судов, средств сухопутного транспорта, пассажиров, материальных ресурсов, энергии и др. Особый поток -информационный, отражающий процесс управления и элементы самоорганизации системы. Этот процесс состоит в принятии, передаче и реализации решений, определяющих поведение системы на основе полученной информации. Принятое решение передается для исполнения (исходящая информация). Движение информации по каналам связи между операторами, различных рангов и исполнителями образует поток информации, представляющий основу управления [9, 16, 32, 51, 63]. Объем передаваемой информации зависит от содержания задачи управления и конкретизируется для каждой подсистемы, каждого оператора и линии связи между ними и часто представляется в виде информационной модели, которая строится обычно в форме графа или матрицы. Граф представляет собой сетевую схему, в узлах которой приводятся операторы, а стрелки изображают каналы связи между ними [60]. Информационная модель для упрощения анализа может быть разделена на блоки и подсистемы, каждая из которых представляется в виде отдельной локальной модели. Информационная модель отражает процесс управления, осуществляемый в порту. Она позволяет: уточнить перечень и содержание задач, решаемых на каждой ступени иерархии систем и подсистем; сократить объем информации, сроки и состав которой должны точно соответствовать потребностям каждой ступени; упорядочить организационную структуру системы с целью упрощения и ускорения передачи информации, принятия и осуществления решений; исключить излишнюю информацию и ее дублирование; улучшить методы и автоматизацию процесса сбора, хранения и обработки информации; усовершенствовать и повысить пропускную способность каналов связи, их разветвленность, направленность и надежность.
Модель должна быть адекватна производственному процессу. Она должна адекватно отражать воздействия внешней среды и, изменения вектора состояния х, моделировать законы функционирования и др. Структурная схема такой модели представлена на рис. 1.1. Здесь выделены блоки: S- внешняя система, х - состояние процесса, G - закон функционирования процесса, F - закон формирования результатов, А -закон формирования целенаправленного управления; характеристики: и -управление, х - состояние, у - результаты, R - производственные ограничения. Блоки G, х, F с их внутренней структурой взаимосвязей моделируют производственный процесс С. В такой модели по каналам 1 -передается воздействие внешней среды, а по каналу б -целенаправленное воздействие на С; по каналам 2 - текущее состояние процесса, а по каналу 4 - прогноз очередного (нового) состояния С. Результат функционирования процесса передается по каналу 3 как во внешнюю среду S, так и на блок целенаправленного управления А. Производственные ограничения R передаются по каналу 5. R . Структурная схема модели производственного процесса Модель функционирует по следующим законам: x = G(x,u), у = F (х, у), у = (Z, R), F - (И, D), 2--Н(х, и) -лорі, R =D (х, и) Є R и=Л (x,y,R ). Функционал G реализуется по текущему состоянию и управлению х, и формирует новое состояние процесса х. Блок F по текущему состоянию и управлению, а также по накопленной информации прогнозирует изменения вектора .
Функция Z оптимизируется по критерию Я. На D наложены производственные ограничения в форме множества R . Запись Л є R означает; результат R принадлежит множеству допустимых результатов R . По способу описания блоков G, F, Н, D, А и управления и модели делятся на аналитические, имитационные, ситуационные, диалоговые [9, 16, 17, 20, 24]. В аналитических моделях данные задаются таблицами, графиками, flf функциями. В имитационных моделях они формируются алгоритмически (соответствующим интерпретатором). В ситуационных моделях они строятся по специальным правилам синтаксиса и селекционируются по правилам семантики, в соответствии с поставленными целями. В диалоговых моделях законы формируются в процессе диалога человека с машиной в интерактивном режиме [25, 36, 67]. Модели, структура и параметры которых не зависят от времени, называются стационарными. В нестационарных моделях некоторые параметры (коэффициенты уравнений) зависят от времени.
Модели оптимизации технологических режимов работы портовых перегрузочных машин
Современные производственные процессы имеют сложную зависимость критериев эффективности от производственных факторов со сложной структурой производственных ограничений. Если эти зависимости возможно линеаризовать, то задачи оптимизации производственных процессов иногда удается привести к многошаговым задачам линейного программирования. Рассмотрим примеры некоторых задач: Пример 1. Грузовой участок порта имеет Jк групп средств производства, включая рабочих и разные группы перегрузочного оборудования. Каждое средство имеет свой максимальный фонд рабочего времени Rk за календарный период Т. Участок может перегружать множество разных грузов Jn. Известны нормы времени Нкп на перегрузку единицы груза п є Jп средством к є Jk и доходные ставки Dn от перегрузки единицы груза. Ставится задача: назначить на участок такие объемы работ Vn для каждого груза п є Jп за календарный период Т, которые обеспечили бы ему максимальные доходы Z от перегрузки груза при условии, что затраты рабочего времени по каждой группе средств не выше допустимого фонда, Rk Rk , к є Jk.Введем векторы: V - объемы работ с компонентами Vn по каждому грузу, D - доходные ставки с компонентами Dn, R - затраты времени с компонентами Rk по каждой группе средств, R - максимальный фонд рабочего времени с компонентами Rk , также матрицу Н - нормы времени с компонентами Нкп для всех групп средств и грузов, в которой выделим строки Нк нормы средств к и столбцы Нп -формы груза п. При таких обозначениях математическая формула задачи имеет следующий вид: maxZ = DV = D„-Vn Vr, и (1.18) Rk=HkV = Hkn-V„ Rk V 0,Vn 0,\/keJk,neJn. Первая строка отражает цель задачи - найти максимальный доход Z, равный скалярному произведению векторов D, V, варьируя компоненты Vn. Вторая строка фиксирует производственные ограничения - затраты времени Rk не должны быть больше предельного фонда Rk для всех групп средств. Они равны скалярным произведениям векторов Hk,V. В третьей строке записано требование неотрицательности вектора V, то есть всех его компонент Vn, так как объемы работ не могут быть отрицательными. В развернутом виде целевая функция имеет вид maxZ = DlVl+...+ D2V2+... + DnVn,yneJn, а строка ограничений для группы к выглядит так: Rk = Hk{Vx +... +HknVn, У к є Jk9 neJ„. Совокупность таких строк от первой (к=\) до последней к = .Д. составляет полный набор ограничений. Пример 2. На участке порта хранится множество грузов Jп, запасы которых для каждого груза Vn ,nEJn. Перегрузка их выполняется множеством средств Jk, включая портовых рабочих и разные группы оборудования. Известны производительности Рпк средств к є J к при перегрузке грузов п є Jп и доходные ставки Вк, равные сборам (тарифам) за работу одного рабочего и единицы оборудования каждой группы в единицу времени. Ставится задача организации работы средств по перегрузке запасов груза с наибольшими доходами от сборов за работу средств. Введем векторы: V - запасы грузов с компонентами Vn по каждому грузу, В -доходные ставки за эксплуатацию средств и работу портовых рабочих с компонентами Вк по каждой группе средств, V выработка средств за время работы Т с компонентами Vn по каждому грузу R - затраты времени средств на перегрузку груза с компонентами Rk, а также матрицу Р - производительности средств с компонентами Рпк по всем грузам и средствам со строками Рп для грузов и столбцами Рк для средств. В принятых обозначениях получаем краткую запись задачи: mdxZ = BR = Bk Rk Vn=PnR = Pnk Rk V» (1Л9) R 0,Rk 0,\/ueJnikeJk. Рассмотренные примеры составляют класс задач с ограниченными переменными V V V ,R R R экономическими ставками А, В, С, D, технологическими матрицами Н, Р и критериями эффективности Z. Пример 1 относится к задачам условной оптимизации с ограничениями. По методу множителей Лагранжа ее можно свести к безусловной, введя множители В. maxZ DV + BiR -HV). (1.20) У,в Здесь поиск оптимума ведется по переменным V, В. Так как R HV, то при В 0 справедливо неравенство B(R — HV) 0. В оптимальном режиме при значении параметров В , V , произведение должно быть равно нулю B\R"-HV ) = 0 О-21) Это принцип дополняющей нежесткости переменных. Из него следует: Bl 0,RZ=Htr,Bl=0,R» HkV. В оптимальном режиме частные производные по переменным должны быть равны нулю D-B H = 0, R l-HkV = 0. Помножив первое равенство на V , второе на В , получим Z =DV =B HV =B R". О-22) При отклонении от оптимума равенства нарушаются DV DV = B HV = B R" BR" . (1.23) Первое неравенство следует из того, что доходы произвольного режима не выше оптимальных, а второе - из нарушения принципа дополняющей нежесткости (1.21). Произведение BR равно возможным доходам, которые могут принести средства с максимальным фондом времени R и доходными ставками на их содержание в единицу времени В. В уравнениях (1.22), (1.23) утверждается, что реальные доходы не выше возможных в произвольном режиме, а в оптимальном - они равны между собой. Это утверждение называют теоремой двойственности, а переменные V,B - двойственными переменными относительно матрицы Н. Из первого неравенства (1.23) следует двойственная к исходной задача оптимизации m\nZ = BR" =Bk.R l D n=BHn=Bk-Hkn Dn, B 0,Bk 0,VkeJk,neJn. Здесь определяется режим с минимальным возможным доходом, равным
Математическая модель робота-манипулятора с двумя степенями свободы
При перегрузке тарно-штучных грузов на складских территориях порта довольно часто в технологической цепочке применяются промышленные роботы. Простейшими из них являются двухзвенные роботы-манипуляторы, обеспечивающие перемещение груза от транспортного средства на конвейерную линию или другой объект [10, 52, 56, 69]. При работе робота-манипулятора, состоящего из двух звеньев, требуется обеспечить траекторию движения груза т по прямой, параллельной оси х, при значениях у = аз = const и выполнении следующих условий в трех точках траектории: І Si Pi 1 UO 20 (2-1) 2 1,2 45 3 2,0 60 где щ - текущий угол наклона кривошипа; Si - текущий путь перемещения груза по горизонтали. Необходимо спроектировать устройство, отвечающее всем трем условиям. Установить значения длины кривошипа - dj, длины шатуна — #2 и координаты движения по высоте - аз, которые отвечают искомому решению [3]. Решение: Можно предположить, что должна быть однозначная связь между параметрами 7д, а2, аз и табличными данными. Чтобы ее реализовать, необходимо получить алгебраическое уравнение механизма (см. рис. 2.1), где обозначения переменных соответствуют положению 1,т.е. (pi uSj : Рис. 2.1. Схема двухзвенного механизма Введем дополнительные переменные /?j н /. Очевидно, расстояние от центра массы /;/ до вертикали, проходящей через узел соединения звеньев а\ и #2, равно: h2 = Sx-ax -cos , Расстояние до горизонтали 1гх = ах sin срх - аъ Из прямоугольного треугольника получаем hf + hi = а] ПЛИ .2 .2 S{ -2S{ ax Cos(px + ax -Cos (px+a{ Sin (p{+a3 -2a{ a3 Sinqy = a2 Далее получим Sf - 2Sl щ - Cos(px + a\ + a3 - 2ax a3 Sin px = a\, а затем в окончательном виде (2.2) \2 = 25 ! ах Coscp + 2ах аъ Sincpx + [а - а\ - а\ J. Для решения уравнения (2.2) введем обозначения: О 5 О (2.3) Кх=2а{, К2=2а1-а3 и К3=а1+а3-а2 Действительно, a2= al+a]-K3. Заметим, что в уравнении (2.2), согласно таблице, переменными являются только St и pt. Коэффициенты К{, К2 и К3 являются постоянными. Для текущих значений будем иметь: Кх S, Cos pt + К2 Sinp, -K3=Sfj = 1,2,3. Введем вектор искомых коэффициентов К = [КЇК2 К3\ и вектор выхода yv = [5 ! S2 S3 J . Тогда систему из трех уравнений можно записать в матричной форме: A- K = yv, где Sx Coscpx Sin(pv -1 А= S2- Coscp2 Sin(p2 -1 S3 Cosq)3 Sin(p3 -1 Решение (2.4) находим путем инверсии матрицы А: (2.4) -і Для нашего примера K A -yv ДФ = [1.0000 1.4400 4.0000] , "0.9397 0.3420 -1.0000" А= 0.8485 0.7071 -1.0000 1.0000 0.8660 -1.0000 Решение задачи выполним в среде MatLAB в режиме прямых вычислений (без составления программы) "12.3903" К= 4.2990 12.1135 Нетрудно проверить корректность операции инверсии "1.0000" А-К= 1.4400 _4.0000_ По приведенным выше формулам (2.3) рассчитаем а{, а2 и аъ\ ах =6.1952; а2 =5.1368; аъ =0.3470. Обозначим угол, образованный звеньями а{ и а2, с помощью р2, где, согласно рис.2.1, он состоит из р 2 и р2: Для механизма с известными ах, а2 и аъ можно синтезировать программное устройство, которое путем выполнения программы (рг 1\Р\) можст обеспечить перемещение груза m по прямой, параллельной оси абсцисс на расстоянии у = аъ — const в заданном диапазоне изменения (pv. Остановимся подробно на этом вопросе. Из рис. 2.1 видно, что при движении по заданной траектории hu = ах Sin(pu - аъ, и выполняется условие ax Sin pu - a2 Cos(p 2\ - a3 (2.5) Поэтому (p2i = arccos f ax Sin(pXi - аъ an (2.6) Поскольку (p 2i = (P\i, угол рг следует поддерживать равным г ax Sin pu - a3 \ (2.7) /Ы a 2/ = -- 1/ + arccos V Можно убедиться, что реализация программы (2.7) обеспечивает также прохождение груза через контрольные точки, приведенные в таблице. Для выполнения расчетов и построения траекторий движения элементов манипулятора составим программу Sah252.m. С помощью программы можно решить две задачи: синтезировать механизм, отвечающий условиям, определяемым двумя матрицами: Т,= 20 45 60" 1.0 1.2 2.0 и Т2 = 60 45 20 1.0 1.2 2.0 В представленном файле реализованы расчеты для 7J. Чтобы выполнить условия Т2, следует лишь установить знак % строкой программы и убрать его из второй строки. перед первой % sah252.ia % Mechanical construction of manipulator, % Changing vector fi fi=[20 45 60] ; % fi=[60 45 20] ; x2=fi; fil=fi (pi/180); %Trajectory points. Si=[1.0 1.2 2.0] ; уу=3і.л2; % Solution. A=[Si . cos(fil) sin(fil) -ones(3,1)]; K=inv(A) yv ; al=K(l)/2; a3=K(2)/(2 al) ; a2=sqrt(alA2+a3A2-K(3)); % Programming manipulator s arra trajectory. fi2=pi/2-fil+acos((al sin(fil)-a3)/a2); x=al cos(fil)-a2 cos(pi-fi2-fil); y=al sin(fil)-a2 sin(pi-fil-fi2); % Modeling. %%fi=20:0.5:60; fi=[20 45 60]; fil=fi (pi/180); fi2=pi/2-fil+acos((al sin(fil)-аЗ)/a2); xl=al cos(fil)-a2 cos(pi-fil-fi2); yl=al sin(fil)-a2 sin(pi-fil-fi2); plot (fi,xl, fi, yl, fi, fi2, fi, fil) , grid hold on % Checking points. y2=Si; plot(x2,y2, o ) pause hold off; У2; % Построение положения звеньев манипулятора % в трех точках: Yal=sin(fil). al Xal=cos(fil) . al Z=[0 Yal;0 Xal] Za=Z; Zb=[yl;xl]; Tl=[Za(2,l:2) Zb(2,1);Za(1,1:2) Zb(l,l)] T2=[Za(2,l) Za(2,3) Zb (2, 2) ; Za (1, 1) Za(l,3) Zb(l,2)] T3=[Za(2,l) Za(2,4) Zb (2, 3) ; Za (1,1) Za(l,4) Zb(l,3)] %T1=[Z(:,1),Z(:,2)] plot(Tl(l, :),T1(2, :) ,T2(1, :),T2(2, :),T3(1, :),T3(2, :), . .. T1(1,:),T1(2,:), . ,T2(1,:),T2(2,:), .-,T3(1,:),T3(2, : ) , - . ) , grid Программа содержит комментарии и реализует вычисления с помощью формул (2.2), (2.4) и (2.7). В частности, из исходных данных формируется матрица А, рассчитывается вектор К и по его элементам определяются аи а2 и аъ. Ниже комментария «Программирование траектории манипулятора» приведены формулы для вычисления векторов х и у, которые воспроизводят, соответственно, (pi и Sj исходной таблицы. В разделе «Моделирование» выполнены расчеты траектории движения массы т при изменении (ри в диапазоне 20- -60 с шагом дискретности 0,5. Программа завершается графическими построениями программируемой траектории ух1,у1), а также угла р2= /уРи) - в радианах, (рх= f\K(p) также в радианах. Затем приводятся численные значения соответствующих векторов и матриц. Нетрудно видеть, что на основе приведенной программы можно реализовать другие траектории движения массы (в пределах технических возможностей манипулятора), если предварительно определить для этих траекторий зависимости (р2= fyPi) и снять ограничение у = const.
Особенности организации обработки судна в порту
Работа порта по выполнению графика движения флота начинается с момента прихода судна или состава судов на рейд порта и заканчивается с уходом их в рейс. Период пребывания судна в порту называется временем полной обработки судна, которая состоит из грузовой обработки, включающей погрузочные, разгрузочные и связанные с ними вспомогательные работы; технической обработки судна, к которой относятся все остальные операции по комплексному обслуживанию судна; ожидания грузовых и технических операций [12, 14, 26, 28, 38, 60, 65]. В порту технология грузовой обработки судна оформляется в виде одного или нескольких документов (технологическая карта, график обработки судна, технолого-нормативный справочник и т. д.), которые по существу представляют собой проект грузовой обработки судна. Этот проект разрабатывают для конкретного причала, имеющего определенный комплекс сооружений, складов и оборудования. В тех случаях, когда по условиям работы необходима реконструкция причала, связанная с затратой средств, она предусматривается отдельно в плане организационно-технических мероприятий или в проекте развития порта. Характер грузовой обработки судна определяется его типом, характеристикой грузов, а также рядом местных условий, вследствие чего для одного причала нередко приходится составлять несколько вариантов технологических схем, характеризующих различный состав и последовательность выполнения операций перегрузочного процесса, расстановку людей и механизмов, применение разных грузозахватных устройств и приемов труда. Разрабатываемая система грузовой обработки судна должна обобщать лучшие приемы работы, обеспечивать соблюдение правил технической эксплуатации и охраны труда и содержать необходимые инструкции по производству работ, размещению груза в судне, расстановке рабочих и оборудования, применению приспособлений, а также нормативы затрат времени на перегрузочные работы и отдельные их элементы, данные о производительности оборудования, производительности труда и о себестоимости работ. В состав работ, выполнение которых должно быть предусмотрено, входят: подготовительные работы (подготовка и расстановка оборудования, приспособлений и инвентаря; подготовка судов, вагонов, автомобилей и складов к началу перегрузочного процесса); основные перегрузочные операции (захват, укладка и перемещение груза внутри судна, вагона, на складе или на кордоне набережной и передача груза с транспортных средств на склады и обратно различными видами перегрузочного оборудования); вспомогательные операции (открытие и закрытие дверей или люков вагонов," люков судов, складов, перемещение транспортных средств и оборудования, учет груза и т. п.); заключительные операции (зачистка остатков груза, уборка и мойка грузовых помещений и т. п.). По каждой из перечисленных в составе работ основной или вспомогательной операции должны быть даны инструктивные указания о порядке и приемах выполнения работы. Эти указания даются дополнительно к действующим общим инструкциям по производству грузовых работ и касаются важнейших специфических, главным образом новых приемов работы, позволяющих повысить производительность. Проект грузовой обработки судна должен обеспечивать работу причала в оптимальном режиме, характеризуемом ростом интенсивности грузовых работ и сокращением суммарных затрат по порту и флоту. Основной путь достижения этой цели - разумная специализация причалов по видам груза и направлениям перевозки и оптимальное сосредоточение на причале механизированных линий и людей.
Решение первой из указанных проблем, т. е. специализации причалов, позволяет упорядочить перегрузочный процесс, улучшить подготовку и комплектацию грузов на складах, закрепить и лучше обучить рабочих, оперативный и складской персонал, типизировать и совершенствовать технологию перегрузочных работ. Важнейшим условием, способствующим специализации причалов, является пакетизация и контейнеризация грузов как в порту, так и в процессе перевозок, сокращающая число видов груза и облегчающая подготовку технологической оснастки. Специализация причалов становится особенно целесообразной в сочетании с закреплением за ними однотипных судов, работающих на комплексных линиях движения, получающих все большее распространение на водном транспорте.
Вторая проблема - концентрация трудовых ресурсов и технических средств на причале с целью повышения интенсивности грузовых работ -решается путем максимального их сосредоточения на обработке судна с учетом ограничений, определяемых требованиями охраны труда, технической возможностью совместной работы нескольких линий, фронтом, необходимым для расстановки людей и оборудования, размещением складов и обеспечением условий повышения общей производительности труда и суммарных экономических показателей по порту и флоту.
Проектирование должно касаться каждого судна, прибывающего в порт для грузовой обработки, что, естественно, вызывает трудности вследствие большого числа судов и разнообразия их типов, видов груза и jfc т. п. Эти трудности преодолеваются предварительной разработкой типовых элементов проекта, на основе которых затем составляются необходимые для оперативной работы справочные, инструктивные и плановые документы (технологические карты и графики, сменно-суточные планы и т. п.). Проектирование грузовой обработки судна начинается с разработки способов размещения груза на судне, в вагоне, автомобиле пли на складе в зависимости от варианта работ. Затем рассматривают технологическую схему перегрузки грузов, приемы и средства ее осуществления, сопровождаемые необходимыми описаниями и расчетами технических и экономических показателей. Правильное размещение груза на судне, обеспечивающее возможно более полное использование его грузоподъемности и грузовместимости, имеет большое значение для повышения провозной способности флота. 4у Размещение и способы укладки груза на судне должны обеспечивать: сохранность груза, возможность комплексной механизации загрузки и разгрузки судна, необходимую очередность и порядок погрузки и выгрузки отдельных партий груза, сохранность судна, прежде всего его прочность и остойчивость. В тех случаях, когда разные грузы укладывают в отдельные грузовые помещения (трюмы) большого судна, составляют грузовой план, где указывается их распределение по трюмам.
