Оптимизация состава флота и характеристик проектируемых судов
Задачи оптимизации состава флота и характеристик, указываемых в задании на проектирование, включает прогнозирование развития различных типов судов и установление потребности в них. Первая часть задачи решается на основе тенденции развития судостроения, а также предположений по совершенствованию судов традиционных типов или созданию новых.
В общем виде задачу можно сформулировать следующим образом: установить оптимальный в экономическом отношении состав флота обеспечивающий планируемые грузоперевозки при выполнении условий, сопутствующих постройке и эксплуатации судов (при наличии ограничений в части использования существующих судов, возможностей судостроительных предприятий, ограниченности глубин фарватера, размеров партий груза и т.п.).
Будем считать, что тип судна определяется такими характеристиками, как грузоподъемность, грузовместимость, тип и мощность СЭУ (или скорость судна) и другими требованиями технического задания.
Прежде всего, определяют, подбирают и анализируют характеристики: грузопотоков, природно-навигационных условий, морских портов и других элементов береговых служб морского флота.
К характеристикам грузопотоков, прежде всего, относятся: количество и структура подлежащих перевозке грузов, виды плавания, направления, дальность и сезонность перевозок, партионность грузов.
Затем определяют продолжительность навигационного периода на всех направлениях и условия поставок товаров, что необходимо знать для оценки сезонности перевозок. Уточняются количество и размер партий грузов, предъявляемых к перевозкам, и их основные транспортные характеристики, в первую очередь, удельный погрузочный объем.
Таким образом, анализ перспективных грузопотоков позволяет наметить следующие технико-эксплуатационные характеристики будущих судов, способных выполнить запланированные перевозки грузов:
1. назначение судов и степень их специализации – по номенклатуре грузов;
2. грузоподъемность – исходя из партионности грузов (т. е. по количеству грузов, подлежащих к отправке одной партией, в адрес одного получателя);
3. удельную грузовместимость и архитектурно-конструктивный тип – по транспортным характеристикам грузов;
4. класс Регистра – по району плавания.
Кроме того, определяются и такие существенные для эксплуатационно-экономических расчетов исходные данные, как степень загрузки судов в прямом и обратном направлении и необходимое количество судов каждого типа.
Изучение природно-навигационных условий на направлениях предстоящей работы новых судов необходимо для выявления требований, предъявляемых к их мореходным качествам, а также возможных ограничений, налагаемых на размерения этих судов. При этом определяют вероятные штормовые условия: преобладающие силу и направление ветров, параметры волнения, частоту и продолжительность штормов и ураганов. Выявляют ограничения глубин в прибрежных водах, на подходах к портам и на их акваториях, а также в проливах и каналах. Принимается во внимание габариты шлюзов в каналах. Выявляют колебания глубин в результате приливно-отливных явлений, что существенно для судов докового типа и судов с горизонтальной грузообработкой, а для судов, эксплуатирующихся на внутренних водных путях, изучают характеристики судоходных фарватеров. Особому анализу подлежат условия эксплуатации судов в высоких широтах: уточняют характер ледовых условий, период навигации при самостоятельном плавании и при их плавании за ледоколами.
Характеристики торговых портов включают описание их технический оснащенности, определяющей условия стоянки, грузообработки и обслуживания судов. К ним относятся данные о протяженности, специализации и оснащенности перегрузочным оборудованием причалов, а также о состоянии и размерах акваторий, возможности выполнения перегрузочных операций на рейдах и т.д.
Для обоснования решения вопроса о назначении целесообразной дальности плавания рассматриваемых судов необходимы детальные сведения о размещении и мощности бункеровочных баз, марок и стоимости топлива.
Принимаются во внимание и данные о возможности докования и проведения ремонта судов в районах их эксплуатации.
Необходимость оптимизационных исследований при обосновании развития флота вытекает из очевидных положений о том, что для максимального удешевления строящихся судов, предназначенных для выполнения заданного объема перевозок, желательно сокращение количества их типоразмеров (в пределе – один типоразмер), а для наиболее полного удовлетворения требованиям перевозок – возможно большее количество типоразмеров (в пределе – судно конкретного типоразмера для каждого рейса). Определяющим критерием является максимальная экономическая эффективность всей оптимизируемой транспортной системы, способной выполнить требуемый объем перевозок в планируемом периоде времени.
Оптимизация структуры флота (включающая определение оптимальных характеристик и количества новых судов) возможна в двух постановках:
1. Выбор необходимого числа судов различных типов осуществляется из заданного множества всех судов, принимаемых к рассмотрению (так называемых судов-претендентов). Данное множество судов-претендентов формируется на начальной стадии решения задачи таким образом, чтобы в нем был представлен весь диапазон возможных значений оптимизируемых характеристик судов. Такая оптимизационная модель называется вариантной.
2. В число оптимизируемых параметров включаются характеристики и количество судов без предварительного формирования множества судов-претендентов. Такая модель называется непрерывной.
Достоинства моделей вариантного типа заключаются в удобной для обработки форме и автоматической сбалансированности заданной работы (например, объема перевозок) и имеющихся ресурсов. Недостатки вариантной модели заключаются в ограниченности выбора исходных характеристик из предварительно заданных значений. Например, если суда-претенденты имеют дедвейт 10, 25, 50 … тыс. т и, таким образом, в число оптимальных могут войти только указанные значения дедвейта.
Непрерывные модели более гибки в этом отношении, так как оптимальные характеристики определяются непосредственно в ходе решения задачи. Однако использование данной модели затруднено из-за большого числа искомых величин. Уменьшение числа переменных приведет к неверным решениям, что исключает возможность объективной оптимизации.
Чтобы в наибольшей степени использовать достоинства обеих моделей, целесообразно решать оптимизационную задачу в два этапа. На первом, используя вариантную модель, определить принципиальное направление пополнения флота (определить типы новых судов) и сбалансировать заданные объемы перевозок и имеющиеся ресурсы. Так как данная модель учитывает уже имеющиеся суда, в результате решения можно установить объемы грузоперевозок приходящиеся на суда пополнения, которые необходимо построить в планируемый период. На втором этапе для установленного объема и направлений перевозок решается задача определения характеристик новых судов с учетом уточненных эксплуатационных условий. Для этого целесообразно использовать непрерывные модели.