авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Оптимизация процессов переработки каботажных грузов на основе вероятностных моделей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ТЮКАВИН АЛЕКСЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ КАБОТАЖНЫХ ГРУЗОВ НА ОСНОВЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ МОДЕЛЕЙ

Специальность: 05.13.18 – « Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт - Петербург

2008 г.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций (СПГУВК).

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Зубарев Юрий Яковлевич

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Климов Евгений Николаевич

Кандидат технических наук, доцент Вирьянский Залман Яковлевич

Ведущая организация:

Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт морского флота (ЦНИИМФ)

Защита диссертации состоится «29» января 2009 г. в 16:00 часов в ауд.№235а на заседании диссертационного совета Д 223.009.03 при Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, д.5/7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПГУВК.

Автореферат разослан «12» декабря 2008г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук,

доцент Барщевский Е.Г.

  1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы исследования. В настоящее время возможности экстенсивного роста большинства существующих портов исчерпаны, так как все они в той или иной степени «зажаты» активно развивающейся в последнее время городской инфраструктурой. В связи с этим дальнейшее развитие портов возможно только за счет оптимизации работы действующих терминалов в целях повышения интенсивности погрузочно-разгрузочных работ и максимального сокращения сроков обработки морских судов.

Переработка экспортно-импортных и каботажных грузов имеет свои специфические особенности. Так при переработке экспортно-импортных грузов считается, что ограничена только интенсивность прихода судов в порт, а не их число. При перевозке каботажных грузов число судов всегда ограничено, и процессу переработки грузов соответствует модель замкнутой системы массового обслуживания.

В настоящее время имеется большое число работ, посвященных проблемам многокритериальной оптимизации. Однако большинство указанных публикаций посвящено либо поиску ограниченного числа паретно-оптимальных вариантов, либо свертыванию показателей (критериев) качества в один обобщенный показатель, представляющий собой средневзвешенную степенную функцию. При выборе числа причалов или оптимальной загрузки перегрузочного терминала традиционно используются детерминированные модели процессов переработки грузов. Однако при использовании детерминированных моделей принимаются допущения, существенно идеализирующие процесс переработки грузов.

Более адекватная модель переработки экспортно-импортных грузов на перегрузочном терминале в виде централизованной системы массового обслуживания с взаимопомощью была предложена И.А.Русиновым. Однако при переработке на терминале каботажных грузов, число обрабатываемых судов ограничено, что требует создания специальных моделей.

В связи с этим целью исследования диссертационной работы является теоретическое обоснование и разработка основ построения вероятностных моделей, на основе которых осуществляется оптимизация процессов переработки каботажных грузов на перегрузочных терминалах морских портов.

В соответствии с указанной целью в работе сформулированы, обоснованны и решены следующие задачи:

1. Анализ особенностей процессов переработки каботажных грузов на перегрузочных терминалах морских портов и существующих методов формализации и оптимизации этих процессов.

2. Разработка вероятностных вычислительных моделей процессов переработки каботажных грузов, учитывающих ограниченное число судов, прибывающих в порт, и время перехода судов между центральным и периферийным портами.

3. Определение полиномиальных моделей показателей качества процессов переработки каботажных грузов.

4. Оптимизация процессов переработки каботажных грузов на основе технико-экономических показателей.

5. Эвристическая оптимизация процессов переработки каботажных грузов.

Методы исследования. Методической основой и общей формальной базой диссертационного исследования служат теория массового обслуживания, теория планирования эксперимента и отдельные разделы теории принятия решений.

Объектом исследования в диссертации является процесс переработки каботажных грузов на перегрузочных терминалах морских портов, предусматривающий обработку ограниченного числа судов с учетом времени перехода судов между центральным и периферийным портами.

Предметом исследования диссертации являются теоретические разработки и практическая реализация вычислительных и полиномиальных моделей вероятностных процессов переработки каботажных грузов, а также методы оптимизации, основанные на указанных моделях.

Научная новизна полученных в диссертации результатов состоит в следующем:

  1. Теоретически обоснована формализация процессов переработки каботажных грузов с учетом ограниченного числа судов и времени перехода судов между портами в виде модели замкнутой многоканальной системы массового обслуживания.
  2. Разработаны вычислительные модели процессов переработки каботажных грузов на перегрузочных терминалах морских портов в динамических и стационарных режимах с учетом и без учета частичной взаимопомощи.
  3. Определены условия оптимальности и произведен синтез оптимальных и квазиоптимальных планов вычислительного эксперимента второго и третьего порядков с целочисленными переменными, минимизирующих интегральную оценку ошибки аппроксимации. На основе указанных планов определены полиномиальные модели показателей качества процессов переработки каботажных грузов.
  4. Формализованы экономические критерии эффективности, в основу которых положены разработанные автором вероятностные модели процессов.
  5. Обоснованы и предложены неаддитивные и нелинейные функции предпочтения для многокритериальной оптимизации процессов переработки каботажных грузов.

Практическая ценность. В результате проведенных исследований доказана целесообразность и эффективность использования теоретических разработок и предлагаемых вероятностных моделей для решения конкретных задач, возникающих при многокритериальной оптимизации процессов переработки каботажных грузов. Указанные вероятностные модели и алгоритмы многокритериальной оптимизации позволяют повысить эффективность проектирования перегрузочных терминалов в морских портах с учетом противоречивых требований, предъявляемых к качеству процессов переработки грузов.

Реализация работы. Основные результаты получены в рамках выполнения раздела «Развитие инфраструктуры Мурманского транспортного узла» ФЦП «Модернизация транспортной системы России (2002-2010г.г.)».

Полученные результаты доведены до алгоритмов и программного обеспечения, которое использовано при проектировании перегрузочного терминала ОАО «ГМК «Норильский никель» в морском порту Мурманск.

Предложенные рекомендации апробированы и внедрены в учебном процессе (Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций) и на производстве (Транспортно-логистический отраслевой комплекс ОАО «ГМК «Норильский никель»).

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на Международных научно-практических конференциях «ICE DAY» (г.Рованиеми, Финляндия, февраль 2008г.), «75 лет с начала планомерного изучения и развития Севморпути» (г.Санкт-Петербург, февраль 2008г.) и «AРКТИЧЕСКОЕ СУДОХОДСТВО 2008» (г. Санкт-Петербург, апрель 2008г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 8 печатных работ, в том числе одна из статей опубликована в издании, имеющемся в перечне научных журналов ВАК Министерства образования РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников. Общий объем работы составляет 162 страницы, в том числе 16 рисунков, 22 таблицы и список использованных источников из 97 наименований.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В первой главе формулируется задача исследования. Показывается, что одним из наиболее эффективных способов интенсификации процесса переработки грузов является широкое внедрение контейнерных перевозок. Показываются преимущества использования контейнеров при перевозке и переработке каботажных грузов. Рассматривается техническое обеспечение процессов переработки каботажных грузов в центральных (Мурманск, Архангельск) и периферийном (Дудинка) портах. Рассматривается два различных варианта функционирования центрального порта. Согласно первому варианту центральный порт перерабатывает как экспортно-импортные, так и каботажные грузы как единый перегрузочный терминал. Во втором варианте центральный порт разделен на отдельные перегрузочные терминалы, специализирующиеся на переработке грузов по разным направлениям, причем каботажные грузы перерабатываются на одном из таких терминалов.

Приводится используемая в настоящее время детерминированная модель пропускной способности перегрузочного терминала. Показывается, что указанная модель не отражает специфику функционирования перегрузочных терминалов, предназначенных для переработки каботажных грузов. Моменты прихода в порты судов с каботажными грузами представляют собой нерегулярные потоки событий. Это объясняется следующими причинами:

- для каботажных судоходных линий не существует жесткого графика заходов в порты и, соответственно, величины интервалов между приходами судов существенно отличаются друг от друга;

- сроки прихода судов в порт зачастую отклоняются от расчетных по причинам, связанным с ледовыми и метеорологическими условиями, корректировкой маршрутов и т.д. При этом указанные отклонения носят, как правило, случайный характер.

  • на сроки выхода судов особенно из периферийных портов зачастую оказывают влияние сбои в процессе производства продукции в расположенных рядом с этими портами предприятиях.

Кроме того, необходимо учитывать, что время переработки грузов, зависящее от ряда случайных факторов, также является случайной величиной. В связи с этим не обеспечивается ритмичность работы перегрузочного терминала, что приводит в одних случаях к образованию очередей судов, а в других к простою причалов. Поэтому для описания процессов обработки судов на перегрузочных терминалах в морских портах необходимо пользоваться не детерминированными, а вероятностными моделями, в основу которых положена теория массового обслуживания.

Вторая глава посвящена разработке вероятностных вычислительных моделей процессов переработки каботажных грузов. При этом учитывается ограниченное число каботажных судов, совершающих перевозку грузов из одного порта в другой. Соответственно интенсивность прихода судов в порт в общем случае зависит от числа судов, находящихся в очереди на обработку. Таким образом, интенсивность обработки судов на перегрузочном терминале, предназначенном для переработки каботажных грузов, влияет на процессы вне терминала, т.е. на окружающую среду. Поэтому процесс переработки грузов на каботажном перегрузочном терминале необходимо рассматривать как замкнутую систему массового обслуживания.

Составление моделей функционирования совместной работы двух перегрузочных терминалов при перевозке каботажных грузов является достаточно сложной, хотя и теоретически возможной задачей. Поэтому представляется целесообразным искать приближенное решение задачи, например, представлять каждый терминал как автономную систему, а остальные элементы транспортной системы рассматривать как окружающую среду.

Рассматривается процесс переработки грузов на втором терминале, находящемся в периферийном порту. Интенсивность прихода каждого судна на этот терминал будет зависеть от времени пребывания судна вне этого терминала и определяется выражением:

(1)

где: - время переработки грузов на центральном терминале

и - время движения по маршруту в обоих направлениях.

Соответственно результирующая интенсивность моментов прихода судов на второй терминал будет определяться интенсивностью и числом судов, находящихся вне второго терминала:

(2)

где: - математическое ожидание суммарного числа судов, находящихся во втором терминале, как в очереди, так и под обработкой.

Аналогичные выражения могут быть получены для перегрузочного терминала центрального порта, если этот терминал предназначен для переработки только каботажных грузов определенного направления. Таким образом, интенсивность прихода судов на перегрузочный терминал зависит от времени их обработки на другом перегрузочном терминале. Поэтому решение задачи определения интенсивностей и , а, следовательно, и остальных вероятностных характеристик осуществляется методом последовательных приближений.

Принятые допущения о пуассоновском потоке прихода судов и показательном распределении времени цикла одного судна и его составляющих позволяет использовать для описания процессов в перегрузочных терминалах аппарат Марковских случайных процессов. Применение этого аппарата позволяет описать процесс обработки судов на перегрузочном терминале с помощью линейных дифференциальных уравнений и во многих случаях представить выражения для статистических вероятностных характеристик в аналитической форме.

Рассматривается перегрузочный терминал, включающий S грузовых причалов, на вход которого поступает поток судов. Интенсивность прихода каждого судна в порт равна , а расчетная интенсивность обработки судна . Однако результирующие интенсивности прихода судов в порт и обработки судов всеми причалами могут меняться в зависимости от состояния процесса. Результирующая интенсивность обработки судов в состоянии , где - коэффициент интенсивности обработки, может быть как целым, так и дробным числом. Если заняты все причалы, т.е. , предполагается что .

Дифференциальные уравнения процесса переработки грузов можно представить в виде:

(3)

Будем считать, как указано выше, что процесс переработки грузов является Марковским случайным эргодическим. Режим работы перегрузочного терминала, при котором вероятность нахождения системы в состояние не зависит от времени, называется стационарным режимом. Для определения значений вероятностей состояний системы в стационарных режимах необходимо приравнять к нулю значения производных состояний, т.е. левых частей системы уравнений (3).

Введем обозначение и назовем его приведенной плотностью потока прихода каждого судна. В результате получим следующее:

(4)

Используя выражения (4) и учитывая, что получим:

(5)

Выражение (5) является наиболее общим выражением для вероятности того, что в момент прихода судна в порт все причалы свободны. В зависимости от дисциплины обработки судов (без взаимопомощи или с частичной взаимопомощью, а также в случаях, когда интенсивность обработки судов отдельными причалами меняется в зависимости от состояния системы) значение коэффициентов rn, будет меняться. Соответственно будут меняться и выражения для вероятностей состояний системы. Но все они могут рассматриваться как частные случаи выражения (5).

Определим среднее число судов находящихся в очереди:

(6)

Соответственно, среднее число судов, находящихся на терминале:

(7)

Среднее время пребывания судна в очереди в соответствии с (2) определяется выражением:

(8)

Среднее время пребывания судна на терминале:

(9)

В работе были подробно рассмотрены вычислительные модели процессов переработки грузов без взаимопомощи, с полной и частичной взаимопомощью и получены выражения для вероятностных характеристик этих процессов.

В третьей главе рассматриваются вопросы построения полиномиальных вероятностных моделей показателей процесса переработки каботажных грузов, полученных путем обработки оптимальных непрерывных планов вычислительного эксперимента на основе обобщенного метода наименьших квадратов.

Полиномиальные модели (ПМ) процессов представляют собой полиномиальные зависимости так называемых функций отклика от управляемых факторов. В работе рассматриваются две группы моделей. К первой группе относятся модели, у которых функции отклика представляют собой показатели качества процессов переработки грузов, в частности, приведенные значения средних времен ожидания судов в очереди и пребывания в терминале , математические ожидания числа судов, находящихся в очереди и в терминале , а также значение коэффициента загрузки терминала . Факторами в указанных моделях являются характеристики процессов, к которым относятся приведенная плотность прихода в порт каждого судна , число судов и число причалов . Применение первой группы моделей позволяет оперативно определять значения показателей качества процессов.

На основе второй группы моделей устанавливается в явном виде взаимосвязь между отдельными показателями качества процессов, в частности, между средним приведенным временем ожидания судна в очереди и коэффициентом загрузки причалов при различных значениях плотности прихода в порт каждого судна . Указанные модели были положены в основу метода последовательного анализа эффективных оценок.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.