Введение к работе
Актуальность темы исследования. Во всем мире видна динамика объединения различных видов перевозок в единую глобальную транспортную сеть. При этом ключевую роль в этой сети занимают контейнерные перевозки. На этом фоне важность обладания точными данными о показателях качества процессов обработки судов возрастает вместе с усилением конкурентной борьбы, которая, зачастую, простирается за пределами государства.
До относительно недавнего времени нормальной считалась ситуация, когда половину своего жизненного цикла грузовое судно проводило под обработкой. В многом это было связано с необходимостью держать несколько типов линий под различные типы грузов. Это существенно ограничивало возможности терминалов по приему судов. Однако повсеместное внедрение контейнеров позволило унифицировать процессы обработки, что дало возможность увеличить пропускную способность терминалов. Сейчас, когда только 10% времени уходит на переработку грузов, экономически целесообразным стало увеличивать скорость движения судов.
С другой стороны, возможности расширения большинства существующих портов исчерпаны, т. к. они плотно окружены городской застройкой. Для того, чтобы они могли справляться с увеличивающимся потоком судов, необходимо оптимизировать существующие терминалы. Сделать это можно за счет увеличения интенсивности грузовых работ и максимального сокращения сроков переработки грузов.
За последнее время было успешно реализовано несколько проектов в области строительства и модернизации морских портов. Однако компаниям, реализующим подобные проекты, приходится преодолевать сопротивление действующей в стране системы согласований и экспертизы проектов, основанной на устаревших нормативах. Такая ситуация порождает задачу актуализации принятых методик в соответствии с изменившейся ситуацией в области.
В настоящее время при исследовании процессов переработки контейнерных грузов традиционно продолжают использоваться детерминированные модели. Б. В. Гнеденко в 60-х годах прошлого века впервые предложил использовать для решения задачи поиска оптимальных характеристик перегрузочного терминала теорию массового обслуживания. Однако разработанные им методики учитывают специфику переработки различных типов грузов и не позволяют достаточно адекватно описывать функционирование контейнерного терминала.
Попытка исправить сложившуюся ситуацию была предпринята в работах И. А. Русинова для экспортно-импортных судов и А. М. Тюкавина для судов, осуществляющих каботажные перевозки. Авторы в своих публикациях предложили вероятностные модели массового обслуживания, основанные на марковском подходе. Однако такой подход не всегда является целесообразным, т. к. он с недостаточной степенью точности описывает процессы переработки контейнерных грузов.
Следует также отметить работы А. П. Ныркова, посвященные математическому обеспечению оперативного управления транспортным узлом, в которых, в основном, рассматриваются экономические критерии оптимизации. Однако в условиях нестабильности мировой экономики использование таких критериев может быть недостаточно эффективным.
В связи с этим целью исследования является теоретическое обоснование и разработка математического и алгоритмического обеспечения в задачах моделирования и оптимизация процессов переработки контейнерных грузов, адекватно описывающего эти процессы.
В соответствии с указанной целью в работе сформулированы и решены следующие задачи:
Анализ существующих моделей процессов обработки контейнерных судов.
Разработка вычислительных вероятностных моделей процессов переработки контейнерных грузов без учета и с учетом приоритетов.
Алгоритмизация определения показателей качества процессов переработки контейнерных грузов и их оптимизация на основе различных требований к вероятностным характеристикам перегрузочного терминала.
Разработка программного комплекса, реализующего алгоритмы определения показателей качества и оптимизации на основе различных вероятностных характеристик перегрузочного терминала.
Методы исследования. Методической основой и общей формальной базой диссертационного исследования служат теория вероятностей, теория массового обслуживания, теория планирования эксперимента, теория логистики и методы решения алгебраических уравнений.
Объектом исследования в диссертации являются процессы обработки контейнерных судов с одинаковой и различной контейнеровместимостью.
Предметом исследования диссертации является реализация вероятностных и оптимизационных процессов переработки контейнерных грузов.
Научная новизна полученных в диссертации результатов состоит в следующем:
-
-
Теоретически обоснована формализация процессов обработки ограниченного и неограниченного числа контейнерных судов на специализированном терминале в виде немарковских моделей разомкнутых систем массового обслуживания.
-
Разработаны вероятностные вычислительные модели процессов переработки контейнерных грузов для судов с одинаковой и различной контейне- ровместимостью, а также для судов, обладающих абсолютным приоритетом.
Решены задачи выбора оптимального числа причалов и оптимальной загрузки контейнерного терминала на основе полиномиальных моделей, полученных методом вычислительного эксперимента.
4. Разработаны алгоритмы определения показателей качества контейнерного терминала и их оптимизации, на основе которых создан программный комплекс.
Практическая ценность. В результате проведенных исследований доказана целесообразность и эффективность использования теоретических разработок и предлагаемых вероятностных моделей для решения конкретных задач, возникающих при моделировании и оптимизации процессов переработки контейнерных грузов. Указанные вероятностные модели и алгоритмы позволяют повысить эффективность проектирования перегрузочных терминалов в морских портах, обрабатывающих экспортно-импортные суда.
Реализация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы доведены до алгоритмов и программного обеспечения, которое использовано при эксплуатации Мурманского перегрузочного терминала ОАО «ГМК «Норильский никель».
Предложенные рекомендации апробированы и внедрены в учебном процессе (Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова). На два программных продукта получены Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ №2012613603 и №2012661388.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
XII Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика (РИ-2010)». Санкт-Петербург, 2010 г.
II межвузовская научно-практическая конференция студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта в России». Санкт-Петербург, 2011 г.
6-я международная научно-техническая конференция. Вологда, 2011 г.
Форум молодых морских лидеров в рамках Всемирной морской технологической конференции (WMTC2012). Санкт-Петербург, 2012 г.
Некоторые актуальные проблемы современной математики и математического образования. Герценовские чтения — 2012. Санкт-Петербург, 2012 г.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в девяти печатных работах, из них три статьи в изданиях, имеющихся в перечне научных журналов ВАК Министерства образования РФ. Получены Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ №2012613603 и №2012661388.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Общий объем работы составляет 149 страниц, в том числе 24 рисунка и 19 таблиц. Список литературы включает 98 наименований на 12 страницах.
Похожие диссертации на Моделирование и оптимизация процессов переработки контейнерных грузов
-
