Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Создание многоцелевых судов для арктических и замерзающих морей по Стратегии развития судостроительной промышленности 25
1.1. Анализ направлений Стратегии развития судостроительной промышленности Российской Федерации 27
1.2. Суда ледового плавания и ледоколы, создаваемые в соответствии с федеральными программами и Стратегией развития судостроения 29
1.3. Многоцелевые научно-исследовательские суда ледового плавания, построенные в Российской Федерации и за рубежом 37
1.4. Многофункциональные ледоколы, создаваемые в Европе и Северной Америке 42
1.5. Опыт проектной модернизации и переоборудования многоцелевых ледоколов 46
1.6. Танкеры для перевозки сжиженного природного газа и танкеры для перевозки нефтепродуктов для арктических и замерзающих морей 55
1.7. Портовые и обслуживающие многофункциональные ледоколы 58
1.8. Функции многоцелевых судов ледового плавания, оцениваемые с позиций федеральных интересов 61
Глава 2. Многоцелевое судно ледового плавания как объект при определении характеристик на начальных этапах проектирования .67
2.1. Многофункциональность судна ледового плавания 73
2.2. Системные уровни при проектировании судна ледового плавания 79
2.3. Множества независимых числовых величин, характеризующих проект многоцелевого судна ледового плавания 84
2.4. Понятие общей комплексной системы, частью которой является проектируемое судно 89
2.5. Сопоставимость вариантов при определении оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания 94
2.6. Соответствие системных уровней при проектной оптимизации многоцелевых судов ледового плавания и серийных судов 95
2.7. Вероятностные свойства объекта при определении проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания 100
2.8. Предмет методологических подходов при определении проектных характеристик и элементов многоцелевого судна ледового плавания 104
Глава 3. Критерии прочности судна и ледовой проходимости при определении проектных ограничений . 107
3.1. Определение толщины форсируемого сплошного ледового поля в зависимости от характеристик судна и его элементов .112
3.2. Оценка общих характеристик силовой установки на начальных этапах проектирования многоцелевого судна ледового плавания 130
3.3. Условие прочности корпуса в ледовом поле для оценки конструктивных элементов на начальных стадиях проектирования судна .133
3.4. Определение дополнительной толщины обшивки и массы корпуса при соответствии судна заданным ледовым качествам 138
3.5. Конструктивные усиления корпуса судна ледового плавания 141
3.6. Влияние конструктивных усилений на массу корпуса судна ледового плавания. 143
3.7. Оценка проектных ограничений по ледовой проходимости на начальных этапах проектирования судна и в практике экспертных задач .148
3.8. Соответствие правил различных морских классификационных обществ по вопросам оценки ледовых категорий. 153
3.9. Оценка эксплуатационных качеств судна в ледовых условиях расчетными показателями выдерживаемой нагрузки .154
3.10. Совместная оценка показателей мореходности судна и прочности корпуса в условиях льда 158
3.11. Показатель безопасной скорости движения судна во льдах .160
3.12. Потеря ходовых качеств судна в битом льду .163
3.13. Оценка предельной толщины льда, выдерживаемой при обжатии корпуса 165
Глава 4. Характеристики размера судна ледового плавания и зависимости проектных элементов от характеристик судна . 169
4.1. Баланс водоизмещения многоцелевого судна ледового плавания как форма учета его вероятностных свойств 171
4.2. Характеристика размера многоцелевого судна ледового плавания и уравнение баланса водоизмещения 174
4.3. Учет прямых и косвенных приращений водоизмещения многоцелевого судна ледового плавания, вызванных проектными ограничениями. 182
4.4. Влияние на характеристику проектного водоизмещения заданных качеств судна в ледовых условиях .185
4.5. Оценка водоизмещения на примере многоцелевого учебного судна ледового плавания, укомплектованного модульным оборудованием .188
4.6. Зависимости между проектными элементами и характеристиками многоцелевого судна ледового плавания 201
4.7. Параметрические зависимости элементов многоцелевого судна ледового плавания от его проектных характеристик 203
4.8. Соотношения между проектными элементами многоцелевого судна ледового плавания 205
Глава 5. Критерии для определения оптимальных проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания 209
5.1. Критерии для определения проектных характеристик транспортного судна, планируемого в серийную постройку .212
5.2. Критерий оптимальности проектных характеристик многоцелевого судна для арктических и замерзающих морей .221
5.3. Инвестиционные затраты на постройку многоцелевого судна ледового плавания для оценки целевой функции 230
5.4. Показатель операционных расходов для многоцелевого судна ледового плавания, используемый в составе критерия эффективности .233
5.5. Выбор базового сочетания данных при определении проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания. 239
Глава 6. Нахождение функции полезности и ее использование в составе критерия оптимальности при определении проектных характеристик многоцелевого судна ледового плавания 244
6.1. Варианты функции полезности в составе критерия оптимальности многоцелевого судна ледового плавания 245
6.2. Выбор варианта функции полезности многоцелевого ледокола 252
6.3. Учет инвестиционного ограничения по размеру субсидий в постройку судна в форме штрафной поправки к целевой функции 245
6.4. Целевая функция с учетом штрафной или премиальной поправки за соблюдение инвестиционного ограничения по размеру субсидий в создание судна .257
6.5. Оценка инвестиционной поправки по относительной и абсолютной величине 263
6.6. Зависимости критерия с учетом инвестиционной поправки от размера судна 265
Глава 7. Факторы устойчивости оптимальных значений характеристик и проектных элементов судна .270
7.1. Устойчивость оптимальных проектных характеристик судна в окрестности экстремума целевой функции .273
7.2. Устойчивость оптимальных характеристик многоцелевого судна ледового плавания (устойчивость свойства оптимальности характеристик) 277
7.3. Устойчивость проектных характеристик при изменении экономических данных: инвестиционного ограничения, показателя рисков и транспортного тарифа 283
7.4. Устойчивость проектных элементов многоцелевого судна ледового плавания. 287
7.5. Взаимозаменяемость характеристик многоцелевого судна ледового плавания и его проектных элементов при нахождении их оптимальных значений .294
Глава 8. Характеристики и функции общей системы, в которую входит судно, влияющие на результаты проектной оптимизации многоцелевого судна ледового плавания 302
8.1. Влияние инвестиционного ограничения на оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания 304
8.2. Инновационные морские технические средства, как общая комплексная система, служащая для определения проектных ограничений 306
8.3. Функции судов, связанные с их конструкцией и с инновационными технологическими активами в судостроении .309
8.4. Приоритетность и отраслевой баланс в судостроении и судоходстве. 310
8.5. Цели субсидирования, соответствующие характеристикам общей системы, в которую создаваемое судно входит как подсистема .313
8.6. Классифицирование самостоятельных целей, для которых субсидируется постройка судов и развитие судостроительной промышленности 315
8.7. Нахождение инвестиционного ограничения субсидий в создание судна с учетом их распределения на инвестиционные цели .320
8.8. Определение субсидируемого размера судна с учетом обобщения показателей рисков инвестирования в самостоятельные цели. 327
8.9. Влияние инвестиционных ограничений на целевую функцию и оптимальный размер многоцелевого судна ледового плавания 330
Заключение 332
Список сокращений и условных обозначений 354
Список литературы .367
- Суда ледового плавания и ледоколы, создаваемые в соответствии с федеральными программами и Стратегией развития судостроения
- Оценка проектных ограничений по ледовой проходимости на начальных этапах проектирования судна и в практике экспертных задач
- Критерий оптимальности проектных характеристик многоцелевого судна для арктических и замерзающих морей
- Нахождение инвестиционного ограничения субсидий в создание судна с учетом их распределения на инвестиционные цели
Суда ледового плавания и ледоколы, создаваемые в соответствии с федеральными программами и Стратегией развития судостроения
С учетом того, что задачи пополнения флота различного назначения в значительной степени связаны с постройкой судов, пригодных для использования в ледовых условиях в замерзающих морях, то для формулирования методологических предпосылок и определения проектных характеристик этих судов ниже показан краткий обзор практики создания для Российской Федерации судов ледового плавания на судостроительных верфях в России и за рубежом в последние годы.
Многоцелевые суда ледового класса: «Витус Беринг» (Рисунок 1.1) и «Алексей Чириков» для судоходной компании «Современный коммерческий флот», Публичное акционерное общество («Совкомфлот», ПАО) построены на предприятиях: ПАО «Выборгский судостроительный завод» и Arctech Helsinki Shipyard, Inc. по проекту № R–70201, выполненному Aker Arctic Technology, Inc.
Характеристики и элементы многоцелевого судна по проекту № R–70201: водоизмещение при осадке по грузовую марку 10 700 т; расчетная длина (по ватерлинии) 99,9 м; ширина 22 м; осадка наибольшая 7,9 м; максимальная скорость 16 узл.; мощность силовой установки 13 тыс. кВт. Суда по проекту R–70201 способны преодолевать сплошной лед толщиной до 1,7 м.
Многоцелевые суда ледового класса: «Степан Макаров» (Рисунок 1.2), «Геннадий Невельской», «Федор Ушаков» и «Михаил Лазарев» для судоходной компании «Совкомфлот», ПАО строятся на предприятии Arctech Helsinki Shipyard, Inc. по проекту Aker ARC 121, выполненному Aker Arctic Technology, Inc.
Характеристики и элементы многоцелевого судна по проекту Aker ARC 121: водоизмещение при осадке по грузовую марку 12 984 т; габаритная длина 104 м; расчетная длина (по ватерлинии) 100 м; ширина габаритная 25 м; ширина расчетная 21,7 м; максимальная скорость 16 узл.; мощность силовой установки 13 тыс. кВт. Количество кают 45 шт., экипаж 28 чел., пассажиров 42 чел.
Помимо многоцелевых судов ледового класса в соответствии со Стратегией развития судостроения создаются также ледоколы с дизель-электрическими силовыми установками. Нужно обратить внимание на многофункциональность создаваемых ледоколов. Помимо обычных функций при обслуживании ледовых проводок при прокладке фарватеров в ледовых полях, при ведении спасательных операций во льдах и др. ледокольные суда, строящиеся по федеральным программам и по Стратегии развития судостроения, также пригодны для доставки грузов, в том числе укрупненных унифицированных, и для выполнения грузовых операций различными методами с применением собственных грузовых устройств, с использованием вертолетной разгрузки и пр.
Ледокол по проекту № 22600 («Виктор Черномырдин», Рисунок 1.3) с дизель-электрической энергоустановкой разработан в проектном бюро ООО «Пет-робалт». Судно построено на предприятии ООО «Балтийский завод – Судостроение» в Санкт-Петербурге.
Характеристики и элементы судна: водоизмещение при осадке по грузовую марку 22 258 т; длина расчетная 146,8 м; ширина 29 м; осадка наибольшая 9,5 м; максимальная скорость 17 узл.; мощность силовой установки 25 тыс. кВт. Судно способно преодолевать сплошной лед толщиной до 1,5 м.
Ледоколы по проекту № 21900М («Владивосток» и «Мурманск», рис. 1.4), разработанному в Центральном конструкторском бюро «Балтсудопро-ект», ФГУП, построены на предприятии ПАО «Выборгский судостроительный завод» и на предприятии Arctech Helsinki Shipyard, Inc.
Характеристики судна: водоизмещение при осадке по грузовую марку составляет 14 000 т, расчетная длина 119,4 м, ширина 27,5 м, осадка 8,5 м, максимальная скорость 17 узл., мощность силовой установки 17,4 тыс. кВт. На ледоколе по проекту № 22600М, как и на судне по проекту № 22600, предусматривается перевозка грузов, снабжения и выполнение различных грузовых операций.
Ледоколы по проекту № 21900 (ЛК-16, «Москва» и «Санкт-Петербург», Рисунок 1.5) построены на предприятии ПАО «Балтийский Завод» в Санкт-Петербурге. Характеристики судна: водоизмещение полное 14 300 т; длина расчетная 114 м; ширина 28 м; осадка 8,5 м; максимальная скорость 16 узл.; мощность силовой установки 16 тыс. кВт.
Ледокол «Илья Муромец» (Рисунок 1.6) с дизель-электрической энергоустановкой построен в Санкт-Петербурге на предприятии АО «Адмиралтейские верфи» по проекту № 21180, разработанному Конструкторским бюро по проектированию судов «Вымпел», ПАО.
Характеристики и элементы судна: водоизмещение судна при осадке по грузовую марку составляет 6 000 т; расчетная длина 85 м; ширина 19,2 м; осадка 6,6 м; максимальная скорость 15 узл.; мощность силовой установки 8 тыс. кВт. Судно способно преодолевать сплошной лед толщиной 1,0 м. На ледокольном судне «Илья Муромец» также имеются возможности перевозки грузов и выполнения грузовых операций.
На предприятии ПАО «Выборгский судостроительный завод» по проекту Aker ARC 130A, выполненному Aker Arctic Technology, Inc. (Финляндия) спущены на воду ледоколы «Александр Санников» (Рисунок 1.7, а) и «Андрей Вилькиц-кий», предназначенный для обслуживания арктических портов по приему судов, перевозящих сжиженный природный газ. Многоцелевые суда ледового плавания, построенные по проекту Aker ARC 130A, предназначены для сопровождения судов в акватории Обской губы.
Постройке судов по проекту Aker ARC 130A предшествовало создание в Финляндии судна «Polaris» проекта Aker ARC 130, которое несколько меньше судов «Александр Санников» и «Андрей Вилькицкий» по размерам и существенно отличается по типу силовой установки, так как на судне «Polaris» в качестве топлива может применяться природный газ.
В составе силовой установки используются двигатели, работающие как на природном газе, так и на дизельном топливе. В составе силовой установки применены четыре дизельных генератора суммарной мощностью 27 000 кВт и портовый генератор мощностью 1 200 кВт. Пропульсивный комплекс включает азимутальные движители мощностью 7 500 кВт (2 шт.) и 6500 кВт (1 шт.).
Судно способно форсировать ледовое поле толщиной 2,0 м (со снежным покровом до 30 см) со скоростью 2 узл., а также двигаться в ледовой каше при толщине кусков льда до 7 м и до 50 см смерзшегося слоя со скоростью 4 узл. и двигаться в открытой воде со скоростью 16 узл. Характеристики и проектные элементы судна по проекту Aker ARC 130A: ледовый класс Icebreaker8; длина наибольшая 121,7 м; длина расчетная 107,9 м; ширина по КВЛ 25 м; ширина наибольшая 26 м; осадка конструктивная 8,0 м; осадка наибольшая 8,2 м. Экипаж судна составляет до 35 чел.
На предприятии ПАО «Выборгский судостроительный завод» строится портовый ледокол «Обь» (Рисунок 1.7, б) по проекту Aker ARC 124, выполненному Aker Arctic Technology, Inc., предназначенный для обслуживания арктических портов по приему судов, перевозящих сжиженный природный газ.
Несмотря на относительно небольшой размер и мощность силовой установки, портовый ледокол «Обь» способен форсировать сплошное ледовое поле толщиной до 1,5 м, двигаясь как носом, так и кормой вперед. Помимо ледокольных функций судно может осуществлять буксировку, также имеется грузовой кран и возможность перевозки грузов на палубе в корму от надстройки, то есть, судно ледового плавания по проекту Aker ARC 124 фактически является многоцелевым.
Характеристики и проектные элементы портового ледокольного судна «Обь»: длина расчетная 84,3 м; ширина 21,3 м; осадка по грузовую марку 6,5 м; мощность движителей 42,5 МВт; максимальная скорость в открытой воде 15 узл. В качестве движителей используются четыре винторулевых колонки. Экипаж ле докольного судна «Обь» насчитывает 18 чел., помещения экипажа позволяют принять дополнительно 12 чел.
Нужно отметить, что Российской Федерации принадлежит наибольший ледокольный флот, что видно в Таблице 1.1, составленной по данным береговой охраны США (www.uscg.mil/hq/cg5/cg552/ice.asp), где представлена государственная принадлежность ледокольного флота.
Оценка проектных ограничений по ледовой проходимости на начальных этапах проектирования судна и в практике экспертных задач
В Российской Федерации и в некоторых станах Северного полушария порты и определенные участки морских акваторий в период навигации с осени по весну используются в ледовых условиях. В этот сезон интенсивность судоходства и грузооборот портов обычно снижаются. В судоходстве в целом накоплен большой опыт ледовых навигаций, в том числе в экстремальных условиях Арктики и Северного морского пути. Систематические плавания транспортных судов в этих условиях осуществлялись с 30-х годов двадцатого века. Опыт ледовых навигаций передавался в книгах /9, 30/. С этого времени для различных задач возникли вопросы о количественных показателях, характеризующих мореходность судов в ледовых условиях. Кораблестроители существенно расширили свои представления о прочности и ходкости судов во льдах на основе теоретических, модельных и натурных исследований. Морские классификационные общества отдельных государств развивали национальные системы классификации ледовых категорий судов. Основной акцент деятельности классификационных обществ часто смещался в область анализа ледокольных функций судов – проходимости в сплошном ледовом поле.
Академик Ю.А. Шиманский считал измерители ледовых качеств судов «условными». Несмотря на известную условность разных правил классификации категории и мореходности судна во льдах, при проектировании требуется оценка вариантов судна ледового плавания с позиции тех или иных критериев: способности форсировать сплошное ледовое поле определенной толщины, достаточной пропульсивной мощности для движения судна в сплоченном битом льду с учетом удовлетворительной управляемости в этих условиях, достаточной прочности обшивки и перекрытий корпуса как в оконечностях судна для условий форсирования сплошного льда, так и на уровне ледового пояса при обжатии судна с бортов, и других критериев ледовых качеств.
Различные требования в отношении ледовых качеств судна на начальных стадиях его проектирования затруднительно выразить единым общим критерием. Но в рамках системного подхода возможно установление иерархии показателей из числа названных или иных, и в соответствии с этой иерархией можно придерживаться наиболее важного критерия ледовых качеств как ограничения при нахождении проектных характеристик судна ледового плавания. А при выборе наиболее важного показателя мореходности судна в условиях льда для использования в качестве проектного ограничения предполагается, что остальные показатели эксплуатационных качеств судна во льдах находятся в зависимости от выбранного, наиболее важного, или подчинены ему по степени важности, а также могут выступать предметом для оценки на дальнейших стадиях проектирования при проработке деталей, то есть при нахождении проектных элементов как характеристик подсистем судна: его конструкций, механизмов, устройств и др.
Характерно, что в центре внимания морских классификационных обществ при определении ледовой или арктической категории судна обычно находится его способность двигаться ровным ходом в сплошном ледовом поле определенной толщины. Это предпочтение морского классификационного общества в выборе показателя ледовых качеств судна, в частности, означает иерархию в подходе к оценке ледовой или арктической категории судна.
Для иллюстрирования подхода классификационного общества к определению ледовых и арктических категорий ниже представлен краткий обзор обобщенных характеристик ледовых и арктических категорий и предельных условий по толщине льда по правилам Регистра /100/, а также используемых условных обозначений категорий: категория Ice1 (то есть ЛУ1) соответствует возможности автономного плавания в мелкобитом разреженном льду и в сплошном льду толщиной до 0,40 м в канале за ледоколом; Ice2 (или ЛУ2) то же в мелкобитом льду и в сплошном льду толщиной до 0,55 м за ледоколом; Ice3 (ЛУ3) в мелкобитом льду и в сплошном льду толщиной до 0,70 м за ледоколом, причем категории: Ice1, Ice2 и Ice3 не предусматривают возможность плавания в арктических морях.
Арктические категории: Arc4 (иначе ЛУ4) соответствует возможности автономного плавания в разреженных однолетних арктических льдах предельной толщиной от 0,6 до 0,8 м (в зависимости от сезона) и плавания за ледоколом в сплошных льдах предельной толщиной от 0,7 до 1,0 м (в зимне-весенний и летне-осенний сезоны соответственно); арктическая категория Arc5 (или ЛУ5) разрешает плавание судна в разреженных однолетних арктических льдах предельной толщиной от 0,8 до 1,0 м (в зимне-весенний и летне-осенний сезоны) и, соответственно, плавание за ледоколом в арктических льдах толщиной от 0,9 до 1,2 м в зависимости от сезона; категория Arc6 (или ЛУ6) означает возможность плавания в разреженных однолетних арктических льдах предельной толщиной от 1,1 до 1,3 м (большие значения соответственно относятся к летне-осеннему сезону) и за ледоколом в арктических льдах толщиной от 1,2 до 1,7 м соответственно по сезонам; арктическая категория Arc7 (то есть ЛУ7) разрешает плавание в сплоченных однолетних арктических льдах предельной толщиной от 1,2 до 1,7 м (по сезонам) и форсирование ледовых перемычек, а также плавание за ледоколом в однолетних арктических льдах наибольшей толщиной от 2,0 до 3,2 м в зависимости от сезона; категория Arc8 (или ЛУ8) дает возможность плавания в сплочённых однолетних и двухлетних арктических льдах при наибольшей толщине от 2,1 м до 3,1 м в зависимости от сезона за ледоколом во льдах толщиной до 3,40 м; арктическая категория Arc9 (то есть ЛУ9) разрешает плавание в арктических многолетних сплоченных льдах (обширных скоплениях подвижных несмерзающихся льдов разного вида, тесно сгруппированных между собою) толщиной до 4,0 м. В названных интервалах предельной толщины льда наибольшее значение относится к летне-осеннему периоду, в течение которого температура снижается, а наименьшее значение к зимне-весеннему периоду, соответственно.
Имеется определенное сходство в подходах при назначении категорий по Регистру и по правилам Финской морской администрации /149/ (то есть по Фин-ско-Шведским правилам), что более характерно для ледовых неарктических категорий и для меньших арктических.
Помимо ледовых и арктических категорий, устанавливающих возможность безопасной эксплуатации судна самостоятельно в битом льду, разреженном или сплоченном, или в ледовом канале за ледоколом, по Регистру устанавливаются также ледокольные категории (классы): ледокольный класс Icebreaker6 (или ЛЛ6) означает возможность осуществлять ледокольные операции при толщине льда до 1,50 м и способность судна непрерывно двигаться в сплошном льду толщиной до 1,0 м; ледокольный класс Icebreaker7 (то есть ЛЛ7) разрешает операции при наибольшей толщине льда от 2,0 до 2,50 м (в летне-осеннюю навигацию), судно может непрерывно двигаться в сплошном льду толщиной до 1,5 м (также вводится ограничение по мощности движителей (на валу не меньше 11 тыс. кВт); ледокольный класс Icebreaker8 (иначе ЛЛ8), разрешены ледокольные операции при толщине льда до 3,0 м, судно может непрерывно двигаться в сплошном льду толщиной до 2,0 м, мощность движителей не ниже 22 тыс. кВт; класс Icebreaker9 (ЛЛ9), допускаются ледокольные операции при толщине льда до 4,0 м, судно способно непрерывно двигаться в сплошном льду толщиной до 2,5 м, мощность движителей не ниже 48 тыс. кВт.
Таким образом, ледовый класс служит не только характеристикой мореходности в условиях льда, но и определенным образом характеризует назначение судна: движение ледокола в сплошном ледовом поле и осуществление ледовых операций, в то время как ледовая или арктическая категории судна характеризуются способностью безопасно двигаться в битом льду разреженном или при определенной сплоченности битого льда, а также двигаться в канале за ледоколом в условиях сплошного льда. В то же время способность судна высокой арктической категории двигаться в сплочённых однолетних и двухлетних арктических льдах при наибольшей толщине от 2,1 до 3,1 м и даже до 4 м может говорить о соответствии такого судна требованиям определенного ледокольного класса.
Обзор проектов и данные инновационных судов арктических категорий, создаваемых в соответствии с федеральными программами, в частности с Государственной программой Российской Федерации «Развитие судостроения на 2013– 2030 годы» или со Стратегией развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу, таких как рассмотренные выше танкеры для перевозки сжиженного природного газа (по проекту «Ямал», а также, LNG-танкера арктического DA-класса и др.), новых нефтеналивных танкеров, таких как «Капитан Готский» и «Енисей», арктических научно-исследовательских судов («Академик Трешников») и новых арктических судов снабжения, таких как «Витус Беринг» и «Алексей Чириков», показывает, что эти суда способны форсировать сплошное ледовое поле определенной толщины. Следовательно, помимо наличия арктической ледовой категории эти суда соответствуют требованиям определенного ледокольного класса и могли бы рассматриваться как многоцелевые ледоколы, способные непрерывно двигаться в сплошном ледовом поле толщиной не менее 1,0 м (для указанных LNG-танкеров толщиной более 2,0 м). При этом относящиеся к ледокольным классам требования к мощности движителей этих судов тоже выполняются.
Ледовые условия на этапе проектирования многоцелевого судна ледового плавания могут быть учтены в географической привязке к различным ледовым районам. А сезонная привязка может выступать предметом контроля изменений географической привязки при эксплуатации судна.
Критерий оптимальности проектных характеристик многоцелевого судна для арктических и замерзающих морей
Совокупность задач при определении оптимальных характеристик многоцелевого судна ледового плавания в процессе его проектирования включает формулирование адекватного критерия оптимальности, который отражал бы предпочтения федерального или корпоративного инвестора, осуществляющего финансирование постройки судна. Этот критерий охватывает как затраты и иные издержки, связанные с постройкой судна и его вводом в эксплуатацию, так и положительный эффект, характеризуемый функцией полезности судна.
Следует учитывать, что могут возникать методологические затруднения, связанные с тем, что суда для арктических и замерзающих морей обычно создаются для использования в тех районах, в которых не характерна экономическая активность, кроме выполнения федеральных задач. Данное обстоятельство может ограничивать применимость экономических критериев, основанных на показателях дохода и прибыли, для определения оптимальных проектных характеристик судов этих типов. Многоцелевые суда ледового плавания могут создаваться в соответствии с задачами федеральной политики, чем и предопределяется спрос. В то же время стартовые инвестиции и финансирование эксплуатационных затрат могут осуществляться совместно на основе федерального субсидирования и участия частных инвесторов или без них, что может являться методологическим затруднением на этапе определения проектных характеристик судна для необходимых экономических оценок. Этого затруднения обычно нет при определении проектных характеристик судов, планируемых в серийную постройку в соответствии с рыночным спросом: транспортных, промысловых, служебно-вспомогательных и судов технического флота.
Характерной особенностью формирования экономических показателей многоцелевого судна ледового плавания, которое создается для федеральных нужд, а спрос в отношении которого имеется не столько на открытом рынке, как было бы в отношении серийных гражданских судов, сколько с точки зрения целесообразности решения тех или иных социально-экономических задач в арктических и замерзающих морях по освоению месторождений ископаемых на шельфе, развитию побережий, обслуживанию транспортных потоков и, учитывая характерное бюджетное финансирование постройки и эксплуатационного обслуживания, является зависимость между основными экономическими показателями затрат и доходов I(C, RC), то есть зависимость федеральных субсидий (показателя дохода I) от целесообразных расходов (C и RC). При недостаточных возможностях финансирования частными инвесторами, вероятно, деятельность в указанных морских районах была бы невозможна без использования федеральных субсидий. Другими словами, для постройки и содержания многоцелевых судов ледового плавания предполагается федеральное участие как в судостроительных предприятиях и в судоходных компаниях, так и в субсидировании инвестиций в постройку судов RC и операционных расходов C. При этом возникает зависимость показателей субсидируемого в данном сегменте судостроения и судоходства совокупного годового дохода I от обоснованного размера инвестиций RC и операционных расходов C.
Для многоцелевого судна ледового плавания на первый план выходит функция навигации в ледовых условиях и вспомогательные функции в этих условиях для судов меньших ледовых категорий и несущественных ледовых категорий. Такое назначение обычно подлежит финансированию за счет федеральных субсидий, что означает предположение о федеральной собственности в отношении судна или о совместной собственности при условии федерального контроля. Тогда финансирование дохода из внебюджетных источников, связанного с обслуживанием корпоративных заказчиков, например оплата услуг многоцелевого судна ледового плавания по перевозке грузов или из внебюджетных источников услуг по навигационному обслуживанию во льдах, по снабжению электрической энергией судов в море или пунктов на побережье, обслуживание шельфовых платформ, участков или населенных пунктов на побережье и др., может рассматриваться как экономия бюджетных затрат CD (costs discount). Поэтому имеет смысл уточнить набор показателей, входящих в критерии эффективности многоцелевых судов ледового плавания, с учетом логичной замены показателя дохода I на показатель экономии затрат CD.
Нужно также пояснить, что некоторые экономические показатели, из которых формируются критерии эффективности, могут выступать в качестве ограничений (данных) в задачах определения оптимальных проектных характеристик судна, к числу таких ограничений можно, в частности, отнести инвестиционное: RC – предельный размер федеральной субсидии в постройку судна, которое затем служит федеральной или совместной собственностью при условии федерального участия или контроля. Однако инвестиционное ограничение при финансировании постройки многоцелевого судна ледового плавания в известной степени условно, поскольку помимо федеральных субсидий можно также привлекать дополнительные корпоративные финансы по стоимости, соотносимой с суммарными рисками i.
Обладая мореходными качествами в ледовых условиях, суда различного назначения могут одну часть времени использоваться в незамерзающих морях, а другую в ледовых условиях в зависимости от географической широты и сезонности. Совмещение функций судна, имеющего ледовый класс, таких как навигация в замерзающих морях и в умеренных широтах, может встречать экономические противоречия, которые не характерны, например, для специализированных судов, планируемых в серийную постройку. В этой связи возникает специфическая проектная задача выбора из двух предпочтений: постройка многоцелевых судов ледового плавания или совокупности специализированных судов, например ледокола и обслуживаемых ледоколом судов, не имеющих ледового класса или имеющих незначительный класс. Нужно заметить, что многоцелевое судно ледового плавания в методологическом отношении служит более общим объектом, чем специализированный ледокол. Поэтому вывод относительно предпочтительности многофункционального или специализированного ледокола в каждом конкретном случае в зависимости от заданных проектных ограничений может следовать из результата определения оптимальных проектных характеристик судна, в частности от его размера: проектного дедвейта и зависимых характеристик размера, смотря в какой степени они соответствуют иным функциям судна, помимо ледокольной.
Для оценки эффективности вариантов многоцелевого судна ледового плавания на начальных этапах проектирования при варьировании значений проектных характеристик с системной точки зрения нужно критерий приведенных затрат PW оценивать не по абсолютной, а по удельной величине – в расчете на единицу полезного эффекта (функции полезности судна, то есть функциональной эффективности).
Годовая провозоспособность QG выше использована в качестве показателя эффекта в рассмотренном примере определения оптимальных характеристик серийного LNG-танкера. Выбор функций полезности имеет вполне очевидный характер для гражданских судов основных классов, таких как транспортные или промысловые и др., а функция полезности многоцелевого судна ледового плавания может иметь существенные методологические отличия.
Вариантами характеристики полезности многоцелевого судна ледового плавания могут быть:
– характеристика транспортной функции судна QG (годовой провозоспособности) в единицах массы груза, кубатуры или в укрупненных унифицированных единицах;
– характеристика размера судна, которая показывает его пригодность для выполнения служебно-вспомогательных функций, навигационного обслуживания иных судов, не имеющих ледовой категории, пригодность для несения на борту специального оборудования, предназначенного для тех или иных функций в замерзающих морях, из числа: проектный дедвейт DW, водоизмещение судна при осадке по грузовую марку D, грузоподъемность PG, регистровая вместимость (валовая GRT или чистая NRT) и др., а также связанная с размером судна та или иная характеристика судовых источников энергии или механизмов (эффективная мощность Ne, потребная мощность во льдах NICE, суммарная мощность судовой силовой установки NP и т.д..
Нужно заметить, что названные и другие характеристики размера судна, а также характеристики судовых источников энергии являются взаимозависимыми и находятся в балансовых отношениях /163/.
Нахождение инвестиционного ограничения субсидий в создание судна с учетом их распределения на инвестиционные цели
Рассматривая при определении инвестиционного ограничения субсидий в создание судна методологическое понятие общей комплексной системы, к которой принадлежит проектируемое многоцелевое судно ледового плавания, в отрыве от конкретных примеров этой системы (1–4, п. 2.3 и 1–3, п. 8.4) или иных ее вариантов, можно охарактеризовать общую комплексную систему как совокупность самостоятельных целей, для осуществления которых создается судно. Распределение инвестиций в создание судна производится с учетом рисков инвестирования и баланса инвестиций в самостоятельные цели, методологически характеризующие общую комплексную систему.
Предпосылка баланса суммы инвестиций в создание инновационных судов, морской техники и инновационных активов судостроительных предприятий, то есть новых верфей и в обновление методов судостроительной технологии, с одной стороны, и суммарного количества субсидированных средств для достижения самоценных целей (I, II, III и IV) - хозрасчетной (имущественной), технологической, конструктивной и функциональной - с другой стороны, может использоваться для логичного распределения субсидий на эти цели, для достижения которых создается судно.
Ограничением суммы инвестиций выступает общее количество финансовых субсидий RCZ , предусмотренных на инвестирование в решение задач по Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу и по федеральным программам, в частности по Государственной программе Российской Федерации «Развитие судостроения на 2013-2030 годы», а предметом служит подход для логичного распределения денежной суммы на части и, в конечном счете, на объекты инвестирования - создаваемые суда, а также иные объекты, в отношении которых предусмотрены указанные субсидии.
Для каждого объекта инвестирования, в частности для многоцелевого судна ледового плавания, предусматривается субсидия RCFMQK, соответствующая инвестиционному ограничению RC , применяемому при нахождении проектных характеристик, находящаяся в зависимости от суммарных субсидий RCZ и от способа их распределения по объектам инвестирования. Таким образом, субсидия RCFMQK выступает как характеристика общей комплексной системы, к которой проектируемое судно принадлежит, этот показатель RCFMQK отражает суммарные субсидии и способ их распределения по объектам.
Условие баланса инвестиций RCFMQK в создание многоцелевого судна ледового плавания или иного объекта из числа инновационных технических средств, устройств, конструкций, оборудования и др., а также, активов судостроительных предприятий и суммарных субсидий RCZ имеет вид где RCZ - ограничение субсидируемой суммы инвестиций, в частности финансовые средства, предусмотренные для осуществления Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу и соответствующих федеральных программ создания инновационных судов, морской техники и развития судостроительных предприятий; RCFMQK (или RCK) субсидия, соответствующая инвестиционному ограничению RC , применяемому при нахождении проектных характеристик, равная для каждого объекта, в частности судна, сумме инвестиций в цели его создания по признакам: К-ой функции назначения создаваемого судна (KFMQ), характеризующей ценность его функции, предусмотренной по Стратегии развития судостроения или по соответствующим целевым программам, (2-му конструктивному целевому признаку (QFM ), обозначающему ценность создания главной подсистемы судна: инновационных технических средств, устройств, конструкций, оборудования и др., не являющихся серийно освоенными до создания судна, в проект которого они предназначены, разрабатываемых до осуществления проекта судна и включаемых в состав данных и проектных ограничений, М-му технологическому признаку (MF), соответствующему созданию инновационных технологических возможностей в судостроении, с учетом того, что эти возможности тесно связаны с конструкцией строящихся судов и могут также на начальных этапах проектирования судна указываться в качестве проектного ограничения в отношении необходимой пригодности проектируемого судна для его создания с применением новых технологических возможностей, F-му имущественному признаку, то есть хозрасчетному признаку цели, направленной на экономический результат, оцениваемый на принципах самоокупаемости и возврата субсидий в бюджет и платы за пользование корпоративными (внебюджетными) субсидиями.
Группирование индексов суммирования в записи (FMQK) или их пропускание не является отменой последовательности суммирования в уравнении (8.1 и 8.2). Каждый из индексов суммирования - К, Q, Ми F - применяется внутри совокупности более общих индексов суммирования в предложенной их последовательности, которая соответствует перечню признаков самостоятельных целей субсидирования: I, II, III и IV. Несмотря на то, что этот перечень целей субсидирования не означает приоритета тех или иных из них и последовательность индексов условна, для корректного использования условия баланса инвестиций и для единообразия следует придерживаться указанной последовательности: К, Q, M и F.
Нужно обратить внимание, что возможное введение дополнительных признаков целей субсидирования помимо используемых (I, II, III и IV) не меняет сумму инвестиций RCZ в создание инновационных судов, морской техники и в развитие судостроительных предприятий, и эта сумма является ограничительной предпосылкой, то есть исходным данным для условия баланса инвестиций.
При использовании удельного показателя инвестиций rcFMQK в расчете на единицу размера судна (в сокращенной записи гск) условие баланса субсидий (8.1 и 8.2) принимает вид
RCZ = (rcKxDWK), (8.3)
FMQK
где DWK (то есть DWFMQK ) – размер K-го (то есть FMQK-го) создаваемого судна (в частности, по характеристике его проектного дедвейта, т) для K-го признака самоценности функционального назначения создаваемого судна ( KFMQ ), Q-го признака самоценности инновационного конструктивного типа (QFM ), M-го признака ценности создания инновационных технологических методов для судостроения, предназначенных для постройки этого судна, ( MF ) для F-го признака хозяйственной цели субсидирования, оцениваемой на принципах самоокупаемости.
Условие баланса инвестиций (8.1, 8.2 и 8.3) в создание инновационных судов и активов судостроительных предприятий приводится в функции от характеристики размера создаваемого судна. Это логично потому, что размер судна связан с потребностью в затратах на его постройку и ввод в эксплуатацию (в пополнение оборотных средств), и потому, что размер характеризует не только судно, но и судостроительное предприятие, осуществляющее постройку судов этого размера, а также размер характеризует технические средства, устройства, конструкции, иное оборудование или части создаваемого судна. Нужно заметить, что характеристика снабжения, применяемая по правилам Регистра для определения проектных элементов устройств судна и иного оборудования, устанавливаемого на судне, рассчитывается в зависимости от его размера.
В условии баланса инвестиций в качестве характеристики размера судна применяется проектный дедвейт DW. Помимо дедвейта в этом уравнении могут использоваться иные характеристики размера судна, которые не только говорят о его способности перевозить грузы, но и показывают пригодность судна для выполнения служебно-вспомогательных функций во льдах, навигационного обслуживания иных судов в условиях замерзающих морей, пригодность для несения на борту специального оборудования, предназначенного для выполнения тех или иных функций в замерзающих морях, в том числе в условии баланса инвестиций могут использоваться такие характеристики размера судна, как: водоизмещение по грузовую марку D, грузоподъемность PG, регистровая вместимость (валовая GRT или чистая NRT) и др., а также та или иная характеристика судовых источников энергии или механизмов: эффективная мощность Ne, потребная мощность во льдах NICE, суммарная мощность судовой силовой установки NP и т.д.