Введение к работе
Актуальность исследования
Перспективы развития гражданского судостроения и морского судоходства на современном этапе прогнозируются с позиций инвестора. В настоящее время для мировой экономики характерна международная специализация в отраслях судостроения и судоходства. Инвестор, являющийся судоходной компанией, зачастую обращается к зарубежным судостроительным предприятиям и заказывает транспортное судно, выбирая его из числа серийно освоенных производством.
Для подготовки исходных технических требований необходимо оптимизировать характеристики и элементы морского транспортного судна.
В настоящее время существует множество программ автоматизированного проектирования для судостроительной отрасли, которые в основном охватывают общемашиностроительные расчеты и графические построения, а также, технологическую подготовку судостроительного производства, комплектацию, учет, архивирование и хранение данных для дальнейшего использования (Рис. 1).
Математические модели проектной оптимизации характеристик и элементов морских транспортных судов на начальной стадии проектирования не охвачены существующей совокупностью моделей автоматизированного проектирования, т.е. подлежат исследованию и разработке (выделено серым цветом на Рис. 1).
Следует отметить, что возрастающая роль подходов к оптимизации проектных характеристик судна по экономическим критериям, помимо социально-экономических причин, характеризуется также тенденцией роста стоимости единицы размера судна, что обусловлено изменениями технологии судостроительного производства и усложнением конструкции морских транспортных судов.
При разработке моделей проектной оптимизации характеристик транспортного судна использованы результаты исследований известных ученых в области проектирования судов: Л.М. Ногида, В.В. Ашика, А.В. Бронникова, В.М. Пашина, И.Г. Захарова, Б.А. Царева, А.И. Гайковича, Г.Ф. Демешко, А.Н. Вашедченко, В.А. Зуева, А.Л. Васильева, В.И. Любимова, А.Н. Панченкова, Г.В. Егорова и др., в области экономических подходов для судостроения - результаты исследований В.И. Краева, Л.Б. Бреслава, Н.П. Любушина, В.П. Соколова.
Цель исследования: разработка прикладных методик и рекомендаций для определения на начальных стадиях проектирования оптимальных с позиций инвестора характеристик и элементов морского транспортного судна с использованием моделей оптимизации в совокупности моделей автоматизированного проектирования.
Модели
оптимизации
характеристик по
экономическим
критериям
(предмет
исследования)
Модели оптимизации
элементов
транспортного
судна
(предмет
исследования)
ев С/2
О ев
И.
< ей и < ' и
С S о
(N
я о
С/2 <
Z О
с/2
о ^-»
. з ей <
z <
ей о
і и
н .S < з
4 о
С С/2
Автоматизация
расчетов
мореходности и
конвенционных
показателей и др.
Оптимизация характеристик
морского
гражданского
судна
Определение элементов морского
гражданского судна
Построение трехмерной
модели теплохода
Построение
чертежей и
подготовка
спецификаций
Подготовка
рабочей
документации
Технологическая
подготовка
производства
Разработка инструкций по эксплуатации
Процесс проектирования
судна и управления
судостроительным
производством
Предмет исследования
Определение
зависимостей
характеристик и
элементов
Расчеты
мореходных
качеств
Построение теоретического
чертежа,
чертежей общего
вида
Построение
узлов конструкций
Составление
заказа на
судостроительное
предприятие
Надзор за
постройкой
судна и контроль
Контроль
технического
состояния судна
в эксплуатации
Модели расчетов
мореходных
качеств,
характеристик
прочности и др.
(предмет исследования)
ShipModel,
КЗ-SHIP,
Sea Solution,
САПС,
AutoCAD,
Компас
Модели
автоматизации
технических
средств контроля
Модели оценки
технического
состояния судна
Рис. 1. Применяемые средства автоматизации процессов на стадиях проектирования и управления судостроительным производством
Объектами исследования являются: морское транспортное судно и математическая модель оптимизации его характеристик.
В процессе проектирования методами математической оптимизации по экономическим критериям транспортное судно оценивается с позиций инвестора -субъекта морской промышленной деятельности.
В тестовых вычислениях (численном эксперименте по использованию разработанных математических моделей и методик) в настоящем исследовании рассмотрены морские транспортные суда двух типов: универсальный сухогрузный теплоход, предназначенный для перевозки генерального груза с возможностями многоцелевого использования для перевозки других видов сухого груза (навалочного, контейнерного, лесного, др.), и судно для перевозки жидких грузов (сырой нефти и нефтепродуктов).
Модель оптимизации проектных характеристик гражданского транспортного судна по экономическому критерию - совокупность зависимостей между характеристиками (или элементами), параметрами и данными, с одной стороны, и основными показателями, на основе которых определяются критерии экономической эффективности, с другой стороны.
Задачи исследования. Для достижения целей работы решались следующие задачи:
анализ методов оптимизации при проектировании транспортного судна, определение подхода по классификации математических величин в составе целевой функции, анализ данных на сегментах рынков судостроения и транспортного судоходства;
определение зависимостей характеристик от элементов транспортного судна, анализ устойчивости элементов транспортного судна по относительной величине, оценка параметрической устойчивости элементов судна;
определение соотношений элементов по типам судов (для сухогрузного теплохода и наливного судна), построение статистических зависимостей элементов транспортного судна и эксплуатационных характеристик, построение уравнений масс транспортных судов выделенных типов;
определение экономических показателей, разработка математических моделей проектной оптимизации и анализ инвестиционных ограничений проектной оптимизации транспортного судна;
проверка математических моделей и прикладных методик в порядке тестовых вычислений многофакторных зависимостей целевых функций от переменных характеристик транспортного судна, элементов, параметров и данных, разработка
прикладных рекомендаций по использованию программ оптимизации проектных характеристик транспортного судна.
Методы исследования
В работе используются методы математического моделирования и оптимизации по экономическому критерию. Используемые для оптимизации проектных характеристик судна данные обобщаются методами статистического регрессионного анализа. Уравнения масс транспортного судна и соотношения между характеристиками транспортного судна и элементами определены методами проектирования судна с использованием статистических обобщений. Экономические критерии определены методами теории эффективности инвестиций. Математические модели определения проектных характеристик транспортного судна и алгоритмы построены методами математического программирования.
Новизна полученных результатов обусловлена системным определением объекта - транспортного судна в структуре имущественного комплекса инвестора и разработкой математических моделей проектной оптимизации, используемых в вариантных расчетах, предшествующих применению типовой совокупности моделей автоматизированного проектирования:
-объект проектной оптимизации определен как исследуемое с позиций инвестора морское транспортное судно, являющееся частью имущественного комплекса судоходной компании. Оптимизация проектных характеристик морского транспортного судна в составе имущественного комплекса инвестора исследуется впервые;
-вариантная оценка характеристик транспортного судна по критерию оптимальности на начальной стадии проектирования производится за пределами автоматизации типовых построений и общемашиностроительных расчетов и предшествует им;
- судно в составе имущественного комплекса инвестора исследуется с позиций системного подхода как сложная вероятностная система, структура которой определяет форму целевой функции, характеризуемую составом аргументов, классифицируемых в группы по оценке степени их влияния на критерий оптимальности;
-элементы судна, с учетом их устойчивости по относительной величине, определяются в подсистемах по статистическим приближениям или на основе анализа мореходных качеств, а данные являются результатами оптимизации в более общих системах.
Практическая ценность диссертации заключается в следующем:
Разработаны прикладные методики для оптимизации характеристик и элементов на ранних стадиях проектирования морского транспортного судна по различным критериям эффективности. Методики сопровождаются комментариями в достаточном объеме, что позволяет их использовать без специальной подготовки в области программирования.
В составе разработанных методик оптимизации используется собранная информационная база (статистические зависимости в отношении характеристик и элементов транспортного судна, а также, экономических показателей), которая имеет собственное прикладное значение.
Диссертация содержит практические рекомендации по построению моделей оптимизации проектных характеристик морского транспортного судна.
Разработанные прикладные методики наряду с другими видами программного обеспечения, традиционно используемого для автоматизации построений, для типовых машиностроительных расчетов, для технологической подготовки производства, для испытаний, для документирования и др. являются частью общей совокупности моделей автоматизированного проектирования судна.
На защиту выносятся разработанные теоретические положения:
математическая модель проектной оптимизации характеристик транспортного судна как части имущественного комплекса инвестора по экономическим критериям;
методика определения на начальных стадиях проектирования оптимальных с позиций инвестора характеристик и элементов морского транспортного судна;
аппроксимирующие зависимости расчета характеристик транспортного судна и инвестиций от выбранных характеристик и элементов, построенные по результатам машинного эксперимента.
Достоверность полученных результатов подтверждается: использованием научных методов проектирования судна в составе алгоритмов оптимизации; применением математического программирования и выполнением тестовых вычислений; выполненными статистическими исследованиями с оценкой приемлемой погрешности результата; близким совпадением результатов расчетов с характеристиками транспортных судов при использовании разработанной информационной базы; сопоставимостью результатов расчетов, полученных разными методами.
8 В порядке апробации основные результаты диссертации докладывались на научных конференциях:
Международных научно-технических конференциях: TEAM'2004, 2005, 2006, 2007, 2008 (Владивосток, Сингапур, Сеул, Йокохама, Стамбул),
научно-технической конференции «Вологдинские чтения», Кораблестроение и океанотехника (Владивосток, 2004),
Международной научно-технической конференции «Shipbuilding and ocean engineering. Problems and perspectives» (SOPP'01, Владивосток, 2001),
Международной научно-технической конференции «Проблемы транспорта Дальнего Востока» (Владивосток, 2005),
научно-практической конференции «Проблемы антикризисного управления предприятиями и оценки активов» (Хабаровск, 2001),
на совместном семинаре кафедр Кораблестроительного факультета Нижегородского государственного технического университете (Нижний Новгород, 2008).
Результаты исследования внедрены в практику:
судоходная компания ЗАО «Пасифик Рифер Шиппинг Компани»,
судоходная компания ОАО ХК «Дальморепродукт»,
судоходная компания ОАО «Дальрыба»,
судоходная компания ОАО «Преображенская база тралового флота»,
экспертная сюрвейерская компания ООО «МАРИНЕКС Ай Эл Си Эс»,
экспертная компания НП «Клуб Профессионал»,
ОАО «Холдинговая компания Дальзавод»,
ГОУ ВПО Дальневосточный государственный технический университет (внедрение в учебный процесс Морского института и МРЦПК ДВГТУ).
Внедрены следующие результаты: прикладные методики для оптимизации характеристик и элементов на ранних стадиях проектирования морского транспортного судна по различным критериям эффективности, информационная база (статистические зависимости в отношении характеристик и элементов транспортного судна, а также, экономических показателей), практические рекомендации по построению моделей оптимизации проектных характеристик морского транспортного судна.
Структура и объем исследования
