Оптимизация характеристик транспортного судна в совокупности моделей автоматизированного проектирования

Перспективы современного судостроения и судоходства, по-видимому, следует прогнозировать с позиций инвестора, т. е. субъекта морской промышленной деятельности, а общим побудительным мотивом к индустриальному развитию служит доступ инвестора к морским ресурсам.

Причем перспективные направления прикладных исследований, науки и системы образования в судостроении и судоходстве неразрывно связаны с общими перспективами этих отраслей, а прогноз научных направлений и образования нужно строить исходя из анализа перспектив мирового судостроения и судоходства, развиваемых инвесторами в разных государствах в целях доступа к морским ресурсам.

В широком смысле морскими ресурсами являются не только водные биологические ресурсы или шельфовые месторождения углеводородов, но любые свойства морской среды, в отношении которых выражены интересы инвестора [22]. В данном контексте под морскими ресурсами понимается и сама водная среда, существование которой является необходимым условием для передвижения судна.

Инвестор (в совокупности его свойств — интересов, прав и инвестиционных возможностей), как и морская среда, являются элементом комплекса, в который входят также морские технические средства, главным образом, гражданские морские суда, используемые инвестором для доступа к морским ресурсам. В каждом отдельном случае комплекс в указанном составе представлен как промышленное предприятие или бизнес нескольких предприятий, частью которого является гражданское судно или несколько судов. Методологическое значение понятий морское предприятие или бизнес опирается на повторяемость свойств этих объектов.

Судостроительные и судоходные отрасли в отдельных государствах и в мире строятся из предприятий, а повторяемые свойства предприятий трансформируются в качества отраслей, причем в основе каждого морского предприятия расположен комплекс, охватывающий инвестора с мотивами доступа к морским ресурсам и технические средства, главным образом морские суда.

Имеет смысл строить совместный прогноз перспектив судостроения и судоходства, охватывающих будущие прикладные научные направления в судостроении и системе образования. Это важно, поскольку результаты прогноза перспектив судостроения и судоходства представлены во многом общим сочетанием показателей — характеристики судостроительных предприятий соответствуют характеристикам производимых морских судов, а возможности судостроения и концентрация капитала, в конечном счете, определяются интенсивностью судоходства. По указанной причине целесообразно методологически обособить судостроение и судоходство как единый объект на предмет анализа общих перспектив.

Современное судостроение и судоходство развиваются в условиях мировой политической глобализации. Характерно принципиальное сходство в понимании устройства гражданского общества, которое создается в каждом отдельном государстве. По этой причине постепенно утрачивают значение политические границы, предоставляется свобода перемещения капитала, труда и информации, развивается международная кооперация в отдельных отраслях и в группах отраслей, в науке и в образовании, и, в конечном счете, государства объединяются в политические союзы.

Помимо частичной утраты значения политических границ в период глобализации, прогнозируемый на XXI век, меняется общая мировая политическая структура. В экономике стираются государственные границы, и в геополитическом отношении глобальное общество приобретает многополюсную структуру (вместо границ возникают центры и направления), т. е. создаются центры политического устройства, расположенные, к примеру, в Северной Америке, Европе И в Восточной Азии. Центры политического устройства глобального общества совпадают с центрами образования, науки и технологий.

В предшествующий исторический период, включая XX век, сложились общие предпосылки для формирования к началу текущего столетия структуры современного мирового судостроения и судоходства. Общие предпосылки можно охарактеризовать следующими показателями:

— с одной стороны, максимальной локальной концентрацией мирового капитала в отраслях гражданского судостроения в государствах Восточной Азии — в Японии, в Республике Корея и в Китае, а также в меньшей степени в европейских государствах, и экспортом капитала перечисленных государств в судостроение других стран (общий анализ современной конъюнктуры рыночных секторов судостроения и судоходства представлен в Приложении 1);

— с другой стороны, глобальным распределением морских ресурсов, осваиваемых преимущественно отраслями гражданского судоходства на основе использования основных средств (морских транспортных судов разных типов, промысловых и иных), производимых в отраслях судостроения.

Причем гражданское судостроение в государствах Восточной Азии и в меньшей степени в европейских государствах осуществляется преимущественно серийным производством на основе использования стандартных типовых элементов, и стандартизация предусматривается уже на этапе проектирования судна.

Другими словами, поскольку современное гражданское судно проектируется и производится из стандартных типовых элементов, то процесс проектирования и производства судна может в большей степени включать определение главных характеристик с точки зрения экономической конъюнктуры и «компьютерную сборку» судна из типовых элементов на основе использования специализированного программного обеспечения, чем конструирование отдельных элементов судна или выполнение традиционных расчетов, в частности, в рамках строительной механики, гидромеханики, статики и динамики судна, которые по большей части автоматизированы.

При этом основные результаты строительной механики, гидромеханики, статики и динамики судна и других традиционных дисциплин применяются узкими" специалистами и учеными прикладных направлений на уровне разработки типовых проектов гражданских судов, осваиваемых серийным производством, разработки отдельных стандартных элементов судна, а также разработки программного обеспечения, используемого в проектировании и в серийном гражданском судостроении.

Необходимо отметить, что глобальное распределение морских ресурсов на Земле, как в пределах, так и за пределами национальных юрисдикций большинства государств, не совпадает с основными центрами мирового судостроения. Как морские транспортные потоки, так и водные биологические ресурсы, а также другие ресурсы морской среды, подлежащие освоению отраслями судоходства, в основной части находятся за пределами государств, осуществляющих судостроение.

В основной части морские транспортные грузопотоки осуществляются с обширных территорий в порты промышленных центров Европы, Северной Америки и индустриальных государств Восточной Азии, имея в виду грузопотоки сырьевых ресурсов, и главным образом нефтепродуктов, конечные потребители которых расположены именно в промышленных центрах, а также между портами, расположенными в глобальных промышленных центрах. Отметим, что не все указанные глобальные центры в современных условиях характеризуются развитым гражданским судостроением, а в большей степени промышленные центры в Восточной Азии.

Не предусматриваются соразмерные по интенсивности обратные грузопотоки в порты отправления ресурсов и нефтепродуктов, а из промышленных центров производятся грузопотоки в другие индустриальные центры. Другими словами, после доставки сырьевых ресурсов в промышленные центры дальнейшие грузовые перевозки имеют «внутренний» характер между портами промышленных центров, поскольку с глобальными промышленными центрами географически совпадают глобальные рынки потребления.

Морские грузопотоки промышленного продукта между индустриальными центрами не настолько интенсивны, как грузопотоки ресурсов и энергоносите л ей с обширных территорий в глобальные промышленные центры. Скорее всего, главными конечными географическими точками для морских перевозок являются глобальные промышленные центры, и грузы накапливаются преимущественно в этих пунктах, а пункты отправлений распределены повсеместно.

Таким образом, основные морские грузопотоки формируются преимущественно за пределами глобальных центров, но направлены в эти центры извне.

В качестве единиц измерения интенсивности морского транспортного судоходства целесообразно использовать показатели грузопотока, учитывающие как количество груза (по массе, по кубатуре, по количеству мест и т. д.), так и расстояние, например тонно-мили и т. д. При использовании подобных показателей интенсивность морского транспортного судоходства зависит от протяженности рейсовой линии, которая может начинаться и в основном проходить за пределами районов глобальных промышленных центров.

Судоходные компании тяготеют географически и в национальном отношении к источникам грузопотоков. Поскольку источники грузопотоков расположены преимущественно за пределами глобальных центров, в части которых сконцентрировано судостроительное производство, можно судить о различиях национальной принадлежности судоходства и судостроения.

В частности, может отдаваться предпочтение для географической локализации судоходных компаний в так называемых «оффшорных» зонах, в «удобных» государствах и в тех странах, которые в изобилии обладают морскими ресурсами (являются источниками грузопотоков нефтепродуктов, омываются «промысловыми» морями, имеют большую протяженность береговой линии и т. д.), например, в Государствах Северной и Южной Америки, в России, в Австралии, в африканских государствах. Перечисленные государства не обладают развитым гражданским судостроением, уровень которого можно было бы соизмерять с судостроительным производством в государствах Восточной Азии, не имеющих достаточных морских ресурсов.

Несмотря на то, что основная часть населения в государствах Восточной Азии проживает в близости от морских побережий, в значительной степени осуществляет жизнедеятельность за счет использования морских ресурсов (импортных нефтепродуктов, добываемых на шельфе в других государствах, и национального прибрежного рыбного промысла) и располагает основной частью мирового капитала в гражданском судостроении, нельзя сказать, что государства Восточной Азии богаты морскими ресурсами, если соотносить количество национальных морских ресурсов с численностью или с плотностью населения, проживающего в Восточной Азии вблизи побережий.

Развитие в оборонительных целях военного кораблестроения, более характерно для США, России и государств Европейского союза составляет по общему тоннажу производимых судов менее 2% от гражданского судостроения (с учетом тенденций дальнейшего сокращения тоннажа). Данное развитие не является отрицанием общих выводов о национальных различиях в судоходстве и судостроении, относя судостроение преимущественно к государствам Восточной Азии, а судоходство — к государствам, в том числе развитым в промышленном отношении, из числа тех, которые владеют морскими ресурсами. Как раз развитие военного кораблестроения и судоходства для защиты морских ресурсов в этих государствах при менее интенсивном, чем в Восточной Азии, гражданском судостроении, подкрепляет общие выводы о неравномерном распределении морских ресурсов и капиталов судостроительных отраслей по национальной принадлежности.

К концу XX века при условии неравномерности распределения судостроения и судоходства не оказалось государств, «самодостаточных» внутри этих отраслей, т. е. таких, гражданское судостроение которых в основной части удовлетворяло бы потребности судоходства на внутреннем рынке и не было бы ориентировано на экспорт. Таким образом, нет отдельных государств, способных развивать современное судостроение и судоходство обособленно от других государств, для этого требуется международная кооперация, и указанное обстоятельство является глобальным фактором индустриального развития в судостроении и судоходстве.

Таким образом, в начале XXI века в основном исчерпаны возможности национального развития судостроения и судоходства, включая развитие прикладных научных направлений и образования, в обособленных государствах и глобальным фактором перспективного развития выступает международная кооперация.

Международная кооперация оказывает заметное влияние на стадии постройки, включая проектирование, на стадии продуктивного использования и даже на стадии утилизации судна.

Наиболее существенное влияние на качественном уровне перспективы международной кооперации в судостроении и судоходстве, продвигающейся по мере политической глобализации, оказывают на объект, метод и предмет проектирования гражданского судна, поскольку проектирование судна является первичной операцией, отражающей в наибольшей степени отраслевую специфику участвующих сторон — предприятий судостроения и судоходства — и устанавливающей исходные методологические связи.

С учетом международной кооперации в судостроении и судоходстве меняются основные функции науки и образования. Сохраняется значение прикладных исследований строительной механики, гидромеханики, статики и динамики судна и других традиционных дисциплин, обеспечивающих типовые расчеты. В то же время на первый план выходит основная функция прикладной науки и образования — установить связь судостроительного производства и судоходной отрасли, учитывая, что судоходная отрасль является по отношению к судостроительной заказчиком, а инвестор в судоходстве следует мотивам доступа к морским ресурсам.

При этом основная связь (межотраслевая и межнациональная) судостроительного производства и судоходной отрасли устанавливается на уровне экономических понятий и имеет направленный характер, начиная от инвестора, а результаты представлены в виде оптимальных для инвестора характеристик судна. Это могут быть суда из числа серийно освоенных производством.

Актуальность экономических подходов при проектировании судна объясняется также ростом стоимости единицы размера судна. К примеру, двести лет назад стоимость постройки судна, отнесенная к дедвейту (как наиболее общей характеристике судна), была значительно ниже по сравнению с сегодняшней стоимостью, даже при учете инфляции и других экономических изменений. Увеличение стоимости единицы размера судна вызвано совершенствованием технологии постройки, применением новых материалов, привлечением все большего количества специалистов в связи с углублением специализации и разделения труда, усилением требований экологии, безопасности на море и т. п.

Традиционно проектирование судна начинается с выяснения того, какое судно необходимо инвестору для выполнения определенной задачи (перевозки грузов, буксировки судов, добычи морских ресурсов и др.) и какое количество судов данного типа потребуется для выполнения этой задачи. Установленные таким образом требования, называемые характеристиками судна, оформляют в виде задания на разработку проекта. Видно, что определение характеристик судна, по сути, перекладывается на заказчика.

В процессе проектирования определяют элементы судна, т. е. размеры и обводы корпуса, состав и расположение помещений, особенности конструктивного оформления, основное оборудование и механизмы. Этот процесс разбивается на ряд ступеней или этапов, предназначенных для последовательного уточнения принимаемых технических решений и расширения состава рассматриваемых вопросов. На заключительном этапе разработки проекта выполняют комплект рабочей документации, на основе которого строится судно. Комплект рабочей документации включает в себя все чертежи и указания на отдельные стандартно выпускаемые детали, необходимые для постройки судна на судостроительном заводе.

Такая схема проектирования и постройки судов достаточно успешно действовала в условиях плановой экономики при государственном финансировании в судостроение.

С учетом международной специализации предмет проектирования судна подлежит существенному корректированию. Например, все стадии проектирования судна, начиная с определения элементов, выполняются, по существу, в судостроительной отрасли, например, за рубежом. Причем при серийном типовом судостроении элементы судна, как правило, разработаны заранее и предлагаются инвестору при выборе проекта после определения характеристик серийного судна, что инвестор (заказчик) в данном случае должен осуществить самостоятельно.

За прошедший исторический период выполнено большое количество исследований в области проектирования судов. Вопросами проектной оптимизации характеристик транспортного судна занимались известные ученые и специалисты в области проектирования судов: JI.M. Ногид, В. В. Ашик, A.B. Бронников, В. М. Пашин, И. Г. Захаров, Б. А. Царев, А. И. Гайкович, Г. Ф. Демешко, А. Н. Вашедченко, В. А. Зуев, A.JI. Васильев, В. И. Любимов, А. Н. Панченков, Г. В. Егоров и др., вопросами экономических подходов для судостроения занимались: В. И. Краев, Л. Б. Бреслав, Н. П. Любушин, В. П. Соколов и др.

К настоящему времени созданы компьютерные технологии, позволяющие автоматизировать решение многих научных задач и прикладное проектирование, что по ряду научных направлений дает возможность сократить затраты, например, на экспериментальные или теоретические исследования.

Таким образом, в настоящее время вклад исследователей по старым направлениям в области проектирования и постройки судов имеет тенденцию уменьшаться в связи с тем, что ложится на весь предшествующий опыт исследований с учетом появления в смежных областях новых методов исследований, а также в связи с появлением новых методов исследований в смежных областях. Поэтому для повышения эффективности научных результатов в проектировании судов требуется поиск новых направлений, учитывающих общие перспективы судостроения и судоходства.

Предмет и содержание теории проектировании судов менялись с изменением круга задач. Претерпевали существенную эволюцию взгляды на то, что является предметом теории проектирования судна: только ли определение элементов проектируемого судна или же и разработка задания. К 80-м гг. XX века этот цикл завершился — пройдя через период монозадачи, связанной только с определением элементов судов, теория проектирования судна вновь, как и ранее, рассматривала две основные задачи: внешнюю (определение характеристик судна в задание) и внутреннюю (все стадии проектирования, начиная от определения элементов судна).

Однако совершенствование методов проектирования судна шло не по кругу, а по спирали, и новый виток развития теории проектирования судна качественно отличался от прежнего. Это обстоятельство проявилось, прежде всего, в требовании оптимальности получаемых результатов.

Другим существенным отличием явился принципиально иной подход в части объекта проектирования. Если ранее все проблемы и вопросы, связанные с разработкой задания, рассматривались применительно к отдельно взятому судну (серии однотипных судов), то в указанное время речь шла уже об оптимальном пополнении флота (транспортного, промыслового и др.), рассматриваемого с позиций народнохозяйственной эффективности.

В качестве третьей характерной черты состояния теории проектирования судна в конце XX века следует отметить развитие исследований, связанных с разработкой общих требований к судам и технико-экономических критериев эффективности, используемых при решении обеих задач.

Следует отметить, что автоматизация процессов проектирования судна и судостроительного производства и использование разработанных средств (технических и программных) осуществляются преимущественно на стадиях конструирования и на более поздних технологических этапах, которые имеют общий машиностроительный характер (Приложение 2).

На схеме (рис. 1) представлены процессы проектирования судна и управления судостроительным производством с указанием используемых средств автоматизации на каждом выделенном этапе. Как видно на приведенной схеме, в настоящее время разработаны и широко используются разнообразные программы для автоматизации процессов конструирования судна, выполнения расчетов мореходных качеств, построения чертежей и трехмерных моделей и т. д.

Модели оптимизации характеристик по экономическим критериям (предмет исследования).

Модели оптимизации элементов транспортного судна (предмет исследования).

Онпшшация характеристик морского гражданского судна Ірсдмеї исследования 1 s.

Определение элементов морского гражданской > судна.

Построение чертежей и подготовка спецификаций.

Подготовка рабочей документации.

Автоматизация расчетов мореходности и конвенционных показателей и др.

Разработка инструкций по эксплуатации.

Определение зависимостей характеристик и элементов.

Построение трехмерной модели теплохода V.

Технологическая подготовка производства.

Процесс проектирования I судна и управления судостроительным производством.

Расчеты мореходных качеств.

Построение узлов конструкций.

Построение теоретического чертежа, чертежей общего вида.

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) н Я О m м н S.

59 ^.

CP.

PQ H S.

H Oh U? 2.

C3 s і ^.

D S И U О.

Рч со e.

Он p о.

• га S S «C и рц W Q.

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.

В меньшей степени средства автоматизации разработаны для использования на этапах предварительного проектирования гражданского судна, а математические модели, предназначенные для использования на ранних стадиях проектирования судна, имеют специализированный характер.

В то же время с учетом международной специализации в гражданском судостроительном производстве предварительное проектирование и определение характеристик и элементов судна в заказ на постройку производится обычно специалистами инвестора, как правило, судоходной компании, которая обращается с заказом на постройку судна на иностранное судостроительное предприятие.

Как раз вопросы автоматизации на этапе определения с позиций инвестора оптимальных по экономическому критерию характеристик и элементов судна наименее разработаны в отличие от автоматизации общих расчетов, графических построений и технологических процессов.

В данной работе представлены прикладные методики и рекомендации 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.

В качестве объектов оптимизации рассматриваются 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.

Для целей иллюстрации использования разработанных математических моделей и методик в данной работе рассмотрены морские транспортные суда двух типов:

1) универсальный сухогрузный теплоход, предназначенный для перевозки генерального груза с возможностями многоцелевого использования для перевозки других видов сухого груза (навалочного, контейнерного, лесного и др.);

2) 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, от которых определяются критерии экономической эффективности — с другой.

Модель проектной оптимизации характеристик транспортного судна разрабатывается с позиций системного подхода. Морское транспортное судно рассматривается при оптимизации характеристик как сложная вероятностная система, т. е. такая, которая состоит из подсистем, представленных мореходными качествами и эксплуатационными характеристиками, а при объединении подсистем судна в общую структуру возникают качества, свойственные судну и отсутствующие в подсистемах.

Данными для использования разработанной модели проектной оптимизации характеристик судна являются величины, которые, как предполагается, определены в более общей задаче при оптимизации имущественного комплекса инвестора — судоходной компании. Этими данными являются финансовые ограничения инвестора, отраслевая характеристика — назначение транспортного судна, а также характеристики по данным аналогичных судов, представленных в предложениях к постройке, макроэкономические показатели и характеристики транспортной ситуации (расстояние между портами, уровень цен на топливо, ставки налогов, пошлин и др.).

Имущественный комплекс судоходной компании рассматривается как более общий объект по отношению к проектируемому судну, поскольку в отношении имущественного комплекса определены права собственности инвестора, что соответствует Гражданскому Кодексу. Кроме этого более общий объект, чем оптимизируемое судно, может вводиться с точки зрения методологии, например, как «морская техника», которая является более общим понятием, чем судно, как отрасль судоходства и др.

Надо сказать, что до начала периода рыночных реформ (до принятия Конституции и Гражданского Кодекса в начале 90-х) не предусматривались права собственности инвестора. При этом для внешней задачи более общим объектом, чем судно, оптимизируемое на этапе проектирования, предлагалось рассматривать состав и пополнение флота [56], а в составе оптимизируемых характеристик определялось, также, количество судов в составе флота.

Поскольку флот, как объект прав собственности инвестора, не предусматривается по действующему Законодательству, то оптимизация по экономическому критерию отнесена к имущественному комплексу судоходной компании. Данное уточнение в отношении структуры оптимизируемого объекта, которое соответствует правилам действующей экономики, по сути, не меняет идеи двухуровневого системного подхода, а, влияет на выбор состава характеристик в задаче внешнего проектирования судна.

При условии достаточно крупных инвестиций, которые определены в более общей задаче за пределами данного исследования, количество однотипных судов пополнения флота соответствует отношению финансового ограничения инвестора и размера инвестиций в расчете на одно судно, характеристики которого оптимальны для инвестора.

В рамках принципов системного подхода определение характеристик составляет предмет «внешней задачи» теории проектирования судна, а оптимизации подлежат только независимые характеристики. Что касается зависимых характеристик, то они связаны и определяются по отношению к независимым характеристикам с использованием уравнений баланса, в частности весовой нагрузки, а также баланса вместимости (объемов), возможно, уравнения энергобаланса и т. д.

Отметим, что уравнения масс, описывающие зависимость связанных характеристик судна от независимых, подлежащих определению методами оптимизации с позиций инвестора по экономическим критериям, имеют вероятностный смысл.

Другими словами, уравнение масс характеризует соотношение между зависимыми и независимыми характеристиками судна с учетом большого количества факторов (например, большого количества зависимых слагаемых весовой нагрузки), влияние каждого из них в отдельности незначительно, а совокупное влияние характеризует соотношение между характеристиками судна в соответствии с уравнением масс.

Причем уравнение масс характеристик судна не содержит явный физический смысл, как, например, то или иное условие мореходности при определении элемента судна (соотношения размерений) решением внутренней задачи, а только характеризует совокупность вероятностных факторов.

Тем самым в задачах внешнего проектирования проявляется вероятностный характер судна как сложной системы при оптимизации характеристик с позиций системного подхода.

Определение элементов судна (в частности, размерений и их соотношений) в подсистемах обычно производится с той или иной физической точки зрения, например на основе анализа мореходности или прочности конструкций и др., что составляет предмет «внутренней задачи» предмета теории проектирования судна.

В качестве данных при определении элементов судна используются характеристики, например, дедвейт, грузоподъемность, водоизмещение или его наиболее полные составляющие, грузовместимость, удельная грузовместимость, эксплуатационная скорость, мощность силовой установки и другие данные.

Модель оптимизации проектных характеристик транспортного судна на ранних стадиях проектирования разработана методами математического программирования и находится в общей структуре моделей автоматизированного проектирования судна, постройки и эксплуатации.

Учитывается, что структура моделей автоматизированного проектирования судна упорядочена относительно общей технологической последовательности, а модели проектной оптимизации характеристик судна и элементов используются на исходных стадиях указанной технологической последовательности, чем и обусловлено влияние моделей проектной оптимизации характеристик и элементов судна на общее качество судостроительного производства, которое проявляется на всей совокупности технологических этапов.

Общая характеристика работы.

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.

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 инвесторасубъекта 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 оптимизацииприменением математического программирования и выполнением тестовых вычисленийвыполненными статистическими исследованиями с оценкой приемлемой погрешности результатаблизким совпадением результатов расчетов с характеристиками транспортных судов при использовании разработанной информационной базысопоставимостью результатов расчетов, полученных разными методами.

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'Ol, 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.

Материал диссертации изложен в пяти главах на 166 страницах машинописного текста, включая 40 страниц с рисунками.

Список литературы

включает 66 наименований. Приложение к диссертации состоит из трех частей.

Основные выводы и результаты:

1. Выполнен анализ тенденций развития теории проектирования судна и формирования предмета оптимизации проектных характеристик гражданских судов по экономическим критериям. На основе анализа сделан вывод о дальнейшем росте значимости экономических критериев при оптимизации характеристик транспортных судов.

2. В процессе подготовки данных для использования при осуществлении проектной оптимизации и в тестовых вычислениях проанализирован состав и.

• структура предложений к продаже морских транспортных судов.

3. Для построения модели проектной оптимизации предложен методический подход в отношении классификации аргументов на группы по степени их влияния на критерий.

4. Разработаны практические рекомендации по выбору состава переменных проектной оптимизации.

5. Получена параметрическая форма для аппроксимации данных при определении стоимости постройки транспортного судна.

6. Уравнение масс транспортного судна определено как стандартная сумма составляющих нагрузки, но в конечном виде вводится с числовыми коэффициентами и показателями степени по результатам статистических обобщений.

7. Уравнение масс в исследовании использовано как компонент в составе оптимизационных моделей для сокращения факторной размерности за счет Исключения при оптимизации зависимых характеристик, определяемых уравнением масс через независимые характеристики, а также для решения «внутренней задачи» по созданию модели оптимизации элементов судна.

8 і Устойчивость элементов по относительной величине при оптимизации характеристик судна определена на соотнесении диапазона их изменчивости и интервала варьирования оптимизируемой характеристики, что позволяет учитывать элементы судна по относительной величине как условно постоянные при определении характеристик судна.

9. С учетом устойчивости элементов по относительной величине при оптимизации характеристик транспортного судна построены статистические зависимости характеристик от элемента совокупно влияющего на водоизмещение. Статистические зависимости между элементами транспортного судна и характеристиками разработаны для определения элементов судна с учетом их устойчивости по относительной величине.

10. Для определения критериев эффективности морского транспортного судна в форме целевых функций от оптимизируемых характеристик, данных и параметров, представленных преимущественно элементами судна, и для оценки инвестиционного ограничения построены статические зависимости инвестиций от выбранных характеристик и элементов судна.

11. Основные экономические показатели транспортного судна (совокупный годовой доход, себестоимость эксплуатации, инвестиции), являющиеся компонентами критериев оптимальности, определены алгоритмически в зависимости от варьируемых переменных, данных и параметров.

12. Разработана математическая модель проектной оптимизации характеристик транспортного судна на начальной стадии проектирования. Представлены примеры результатов оптимизации характеристик транспортного судна по различным экономическим критериям, полученные в результате тестовых вычислений с использованием разработанной математической модели.

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.

По материалам диссертации опубликованы научные статьи и доклады (общее количество — 23 публикации):

1. Методология анализа рынка гражданских судов // Всероссийский научный журнал «Регион: экономика и социология», журнал Сибирского отделения РАН № 3, 2007 — С. 243 — 249. (соавторы Безуглова М. Б., Войлошников М.В.), журнал включен в перечень ведущих рецензируемых периодических научных изданий, в которых ВАК рекомендует публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций.

2. Маркетинговые исследования для судостроения и судоходства // Региональная экономика. Теория и практика. Научно — практический и аналитический журнал № 3 (60) — 2008 январь — С. 37−40. (соавторы Безуглова М. Б., Войлошников М.В.), журнал включен в перечень ведущих рецензируемых периодических научных изданий, в которых ВАК рекомендует публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций.

3. Принципы классификации для оптимизационного проектирования гражданских судов // Труды ДВГТУ «Кораблестроение и океанотехника».- Владивосток: ДВГТУ, 2004.

4. Подход к определению характеристик теплохода снабжения на основе оптимизации по экономическому критерию // Труды ДВГТУ «Кораблестроение и океанотехника».- Владивосток: ДВГТУ, 2004 (соавторы Бугаев В. Г., Войлошников М.В.).

5. Анализ маркетинговых данных для использования в составе критериев оптимальности промысловых судов // Материалы науч. тех. конф. «Вологдин-ские чтения» Кораблестроение и океанотехника.- Владивосток: ДВГТУ, 2004 (соавторы Войлошников М. В., Безуглова М.Б.).

6. Экономические модели промысловых судов // Материалы науч. тех. конф. «Вологдинские чтения» Кораблестроение и океанотехника, — Владивосток: ДВГТУ, 2004 (соавторы Войлошников М. В. Безуглова М.Б.).

7. Внешний износ, затруднения при продаже нового теплохода и скидка к стоимости // Материалы науч. тех. конф. «Вологдинские чтения» Кораблестроение и океанотехника — Владивосток: ДВГТУ, 2004 (соавторы Войлошников М. В., Безуглова М.Б.).

8. Economic obsolescence of civil vessel, handicapping of the vessel sale and the discount of value // Материалы Международной научно-технической конференции TEAM'2004 Владивосток — С. 286 — 292.

9. Economical simulation for optimization of fishing vessel particulars // Материалы Международной научно-технической конференции ТЕАМ'2004 Владивосток — С. 281 — 285 (соавторы Войлошников М. В., Безуглова М.Б.).

10.Data analyses of the fishing vessel market for the application in the structure of vessel design optimization criteria // Материалы Международной научно-технической конференции ТЕАМ'2004 Владивосток — С. 130 — 135 (соавторы Войлошников М. В., Безуглова М.Б.).

11. Анализ рынка промысловых судов для использования данных в составе критериев оптимальности // Материалы Международной научно-технической конференции УГМТУ, Николаев, 2004 (соавтор Войлошников М. В.).

12. Анализ спроса и предложения на рынке транспортного судна // Труды шестой Междунар. конф. «Проблемы транспорта Дальнего Востока» — Владивосток: ДВО PAT, Администрация Приморского края, МГУ им. адм. Г. И. Невельского 2005, С. 22−23.

13.Определение стоимости права пользования при передаче в аренду морского транспортного причала // Труды шестой Междунар. конф. «Проблемы транспорта Дальнего Востока» — Владивосток: ДВО PAT, Администрация Приморского края, МГУ им. адм. Г. И. Невельского 2005, С. 114−115 (соавторы Безуглова М. Б., Войлошников М.В.).

14. Систематизация рыночных данных для целей проектирования морских гражданских судов // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта: Сб. науч. тр. Вып. 45. / Под ред. В. И. Быкова,.

B. Т. Луценко, Г. П. ТурмоваВладивосток: Изд-во ДВГТУ, 2005. — 278 е.,.

C. 31−42 (соавтор Войлошников М.В.).

15.Признаки и единицы подобия при аппроксимации данных в структуре параметрических зависимостей, входящих в состав математических моделей оптимизации теплохода // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта: Сб. науч. тр. Вып. 45. / Под ред. В. И. Быкова, В. Т. Луценко, Г. П. Турмова — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2005. — 278 е., С. 43−50. (соавторы Войлошников М. В. Безуглова М.Б.).

16. Нематериальные активы, коммерческие риски и стоимость ресурсов // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта: Сб. науч. тр. Вып. 45. / Под ред. В. И. Быкова, В. Т. Луценко, Г. П. Турмова — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2005. — 278 е., С. 51−57 (соавторы Ильяшенко Н. Г., Войлошников М. В., Безуглова М.Б.).

17.Initial data development for civil vessel characteristics optimization after economical criteria under the shipping demand and shipbuilding supply // Материалы Международной научно-технической конференции ТЕАМ'2005, Сингапур, Национальный университет Сингапура — С. 453 — 458 (соавторы Войлошников М. В. Безуглова М.Б.).

18.Абсолютные значения элементов внутренней задачи проектной оптимизации гражданского теплохода // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта: Сб. науч. тр. Вып. 46. / Под ред. В. И. Быкова, В. Т. Луценко, Г. П. ТурмоваВладивосток: Изд-во ДВГТУ, 2006. — 343 е., С. 80−88.

19. Ликвидационная скидка к стоимости, связанная с ограничением длительности экспозиции при продаже актива // Дальневосточный оценщик: Науч.-практ. Журнал № 1 (14) 2006 год — Хабаровск, ХабРОО (соавторы Войлош-ников М.В., Безуглова М.Б.).

20. Absolute values of the civil vessel particulars for the design optimization by the economical criteria // Материалы Международной научно-технической конференции ТЕАМ'2006, Сеул, Национальный университет Сеула (соавторы Бугаев В. Г., Войлошников М.В.).

21.Multicriterion optimization of the civil vessel characteristics and particulars // Материалы Международной научно-технической конференции TEAM'2007, Йокохама, Национальный университет Йокохамы (соавторы Бугаев В. Г., Войлошников М. В., Безуглова М.Б.).

22. Методы оценки активов // Учебное пособие. — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2006. — 164 с. (соавторы Безуглова М. Б., Войлошников М.В.).

23.Методы оптимизации проектных характеристик транспортного судна // Учебное пособие. — Владивосток: Изд-во МГУ им. адм. Г. И. Невельского, 2008. — 117 с. (соавтор Войлошников М.В.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.