Синтез процесiв та об’єктiв у матеріальних потоках транспорту затвердiваючих рiдин

Размещено на http://www.allbest.ru/

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені Володимира Даля

УДК 656.073.436:502(043.3)

СИНТЕЗ ПРОЦЕСІВ І ОБ'ЄКТІВ У МАТЕРІАЛЬНИХ ПОТОКАХ ТРАНСПОРТУ ЗАТВЕРДIВАЮЧИХ РІДИН

Промисловий транспорт

Берестовой А. М. Синтез процесiв та об'єктiв у матеріальних потоках транспорту затвердiваючих рiдин. Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук із спеціальності 05.22.12. - промисловий транспорт. Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, м. Луганськ, 2002 р.

Проведені теоретичні та експериментальні дослідження транспорту затвердіваючих рідин, які містять: структурний аналіз транспорту; методики вибору та реалізації його варіантів з урахуванням транспортної економетрії та комплексної еколого - економічної оцінки шкідливого впливу на навколишнє середовище; комплементарного зниження впливу; трендової моделі розвитку параметрів та ситуацій; комплекс нових інженерних та наукових рішень по винаходах автора. Запропонована та розроблена нова концепція процесного синтезу розвитку транспорту затвердіваючих рідин, сутність якої полягає в поданні та дослідженні системи ТЗР за принципами декомпозиції її на окремі взаємодіючі між собою процеси, змодульовані у вигляді потоків з виділенням головних системоутворюючих потоків (матеріального, техногенного, енергетичного, інформаційного, інноваційного) з роздрібленням останніх на модуль-потоки з структуризацією їх об'єктів та процесів, з дослідженням функцій кожного з них, оптимізацією їх параметрів і наступним синтезом потоків в єдину керовану процесну систему ТЗР, де всі суб'єкти управління діють на підставі економічної зацікавленості на компромісній основі з акцентуванням уваги на захист навколишнього середовища і енергоресурсозбереження.

Ключові слова: транспорт затвердіваючих рідин, процесний синтез, система, модуль-потоки, технічна безпека, енергоресурсозбереження, оптимізація, інновація, моделювання процесів, практичні методи, логістика.

The annotation

Berestovoj A.M. Synthesis of processes and objects in material flows of solidifying liquid transfer. The manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of engineering science on a specialty 05.22.12- industrial transport. East Ukrainian state university, Lugansk, 2002.

An extensive theoretical and investigation into solidifying liquid transfer ( SLT ) has been carried out. These investigations include: structural transport analysis; trend models of parameter and situation development; complex of new engineering and research solutions; methods for selection and realization of different ways of transportation with consideration of economic assessment of transportation, energy resource saving technologies and overall economic - ecological assessment of harmful effect upon environment. These investigations constitute part of a follow - up research program on the inventions implemented by the author previously. The investigation concept of process synthesis for transport development has been developed and proposed. The concept is based on presentation and investigation of SLT by means of decomposing the latter into individual interactive processes simulated as flows. The main system - forming flows are identified (material, technological, information, innovation, energetic). They are categorized into module flows involving structurization of their processes and objects, studies of their functions, optimization, of their parameters and their consequent integration into the SLT uniform control process system. The personnel involved in management and control processes operate on the principle of mutual interest seeking compromise in solving the problems of environmental protection and resource management.

Key words: solidifying liquid transfer, process synthesis, system flows, model-flow, technically advanced safety, optimization logistic, innovation, modeling of processed, practical methods, energy (resource) saving technologies.

АННОТАЦИЯ

Берестовой А. М. Синтез процессов и объектов в материальных потоках транспорта затвердевающих жидкостей. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.22.12 - промышленный транспорт. Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля, г.Луганск, 2002г.

Диссертация посвящена вопросам проектирования и перспективного развития системы промышленного транспорта: "Транспорта затвердевающих жидкостей" (ТЗЖ), охватывающего перевозку железнодорожным транспортом техногенно опасных грузов, имеющих температуру плавления - затвердевания в пределах +80 С...+300 С, изменяющих при транспортных операциях свое агрегатное состояние в зависимости от температуры окружающей среды и требующих, при этом, значительного потребления энергетических и природных ресурсов. К таким грузам, названным "затвердевающие жидкости" (ЗЖ) относятся: природная сера, каменноугольный пек, металлический натрий, желтый фосфор, нафталин, капролактам, канифоль живичная, нефтебитумы, ортофосфорная кислота, паста сульфонола, латексы и т.п., которые производятся и потребляются, как правило, в жидком (расплавленном) состоянии, а перевозятся (в зависимости от используемого подвижного состава) в комовом, жидком, затаренном, порошкообразном, коллоидном, формованном или гранулированном виде, в большинстве случаев, на значительные расстояния (до 5 тыс. км. и более) между предприятиями, находящимися в различных климатических зонах и относящимися к различным отраслям промышленности (порой различных государств): нефтегазодобывающей, химической, черной и цветной металлургии, атомной энергетики, агропромышленного комплекса, транспорта и др. В работе предложена и разработана новая методология "процессного синтеза" развития ТЗЖ, сущность которой состоит в представлении и исследовании ТЗЖ на принципах декомпозиции его на отдельные взаимодействующие между собой процессы, смоделированные в виде потоков, с выделением главных системообразующих потоков (материального, техногенного, энергетического, информационного), с разбиением последних на модуль-потоки со структуризацией их объектов и процессов, с исследованием функций каждого из них, оптимизацией их параметров и последующим синтезом потоков в единую управляемую процессную систему ТЗЖ, где все субъекты управления действуют на основе экономической заинтересованности, на компромиссной основе, с акцентированием внимания на защиту окружающей среды и энергоресурсосбережение. Методология процессного синтеза, использующая новые принципы современной логистики (управление процессами, комплексность подхода, компромиссность в хозяйствовании), позволила сформировать новую теорию развития и прогнозирования ТЗЖ (как человеко-машинной системы), основанную на комплексной многокритериальной оптимизации процессов и объектов ТЗЖ с применением многоцелевого программирования, использующего человеко-машинные процедуры, в алгоритме которых участвует лицо, принимающее решение и использующее подготовленную в работе соответствующую процессную информационную базу данных. На основе предложенных принципов, методологии и конкретных методик решены теоретические и практические задачи оптимизации энергоресурсопотребления и защиты окружающей среды от вредных воздействий на нее ТЗЖ, для чего разработаны и применены новые модели техногенной безопасности, тепломассообмена на этапах транспортировки ЗЖ и развиты инновационные направления совершенствования транспортных технологий и объектов ТЗЖ. Впервые на новой процессной основе осуществлена декомпозиция взаимодействия ТЗЖ с окружающей средой, с выделением техногенного потока вредного воздействия ТЗЖ на окружающую среду и потока комплементарного подавления вредных воздействий в обобщенных координатах времени и пространства, с выделением аккумулирующих функций накопления последствий вредных воздействий и функций восстановления окружающей среды, причем предложены методы качественного и количественного параметрирования, осуществлена структуризация ресурсосбережения на эконометрической основе, пригодная для непосредственного практического использования. В результате исследований в работе разработаны и предложены аналитические зависимости по установлению основных параметров перевозочного процесса с ЗЖ, в частности, по установлению температурных режимов жидкости в котле цистерны при ее охлаждении и разогреве, а также времени разогрева ЗЖ перед сливом в конкретных условиях эксплуатации на примере перевозки серы и пека. Предложена схема, содержащая оценочные инструменты (теории), методы оценок и показатели логистических критериев, практической реализации и оценки процессного синтеза ТЗЖ, от его проектирования до рециклинга. Создана база данных, включающая комплекс технико-экономических показателей, норм, оценок, ограничений, критериев, параметрических рядов и т.д., структурированных для целевого использования в процессном синтезе ТЗЖ. Впервые предложена систематология формирования стратегического уровня процессного синтеза ТЗЖ, в виде балансовых матриц, исходя из конкретных условий Украины, с учетом реформирования экономики, в том числе транспорта, с ориентацией на интеграционные процессы со странами мирового содружества. По всем основным процессным функциям и объектам ТЗЖ разработаны алгоритмы в виде блок-схем и пакеты прикладных программ для расчетов и моделирования на персональных компьютерах современного уровня, которые могут непосредственно использоваться для теоретических исследований и практических расчетов. Основные результаты работы нашли промышленное применение в проектировании, эксплуатации, учебном процессе вузов, техническом обслуживании и ремонте транспортных средств для перевозки ЗЖ, а также в реализации транспортно-технологических процессов в системе ТЗЖ с улучшенными техническими характеристиками.

Ключевые слова: транспорт, затвердевающая жидкость, синтез, потоки, модуль-потоки, техногенная безопасность, энергоресурсосбережение.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. Важливою проблемою промислового транспорту є удосконалювання перевезення техногенно небезпечних і енергоємних високотемпературних речовин, названих відповідно до прийнятої в промисловості термінології "Затвердіваючими рідинами" (ЗР). А комплекс транспортно-технологічних операцій і об'єктів, що беруть участь у процесі їхнього перевезення від виробників до споживачів, названий "Транспортом затвердіваючих рідин" (ТЗР). До затвердіваючих рідин відносять речовини, що мають температуру плавлення - затвердіння +80 ⁰С, ... ,+300 С: природну сірку, пек, нафталін, металевий натрій, жовтий фосфор, аміачну селітру, капролактам, каніфоль живичну, сульфаноли, бітум, латекси, фталевий ангідрид, парафін, ортофосфорну кислоту, багато синтетичних і природних смол, а також ряд інших подібних речовин. Вони виробляються і споживаються в рідкому вигляді, а транспортуються в рідкому, грудковому (навалом), гранульованому, порошкоподібному, колоїдному, формованому, затареному стані в залежності від використовуваного рухомого складу і навколишнього середовища. Виробники і споживачі рідини, як правило, мають відмінності в транспортно-технологічних виробництвах і відносяться до різних галузей промисловості (кольорової і чорної металургії, хімічної і нафтогазовидобувної промисловості, агропромислового комплексу, атомної енергетики, транспорту та ін.) іноді різних держав. Основним аспектом транспортування є процесне забезпечення необхідного агрегатного і температурного стану вантажу, його якості і кількості, енергозбереження, захисту навколишнього середовища, інтересів виробника - споживача і транспорту. Існуючі транспортні рішення розрізнені, здійснюються незалежно у виробника, перевізника і споживача. У цьому випадку удосконалюються окремі об'єкти, а потім проводиться узгодження зв'язків існуючих між ними. Такий підхід можна назвати "об'єктним синтезом", він недостатньо ефективний. Процес більш динамічний і сприйнятливіший (ніж об'єкт) до інновацій і варіювання за технологіями й об'єктами, координування в часі і просторі, параметрування енергетики й екології та ін., тому у дисертації проблеми транспорту затвердіваючих рідин пропонується вирішувати з урахуванням його процесної основи. Такий підхід можна назвати "процесним синтезом".

Актуальність теми. Становлення України, як незалежної держави, вимагає розробки нових підходів у стратегічному розвитку її виробничих галузей, у тому числі промислового транспорту. Підходи повинні забезпечувати: підвищення ефективності роботи всієї транспортної системи України з урахуваням захисту навколишнього середовища і енергоресурсозбереження, інтеграцію у світові промислово-транспортні системи, гармонізацію вітчизняного транспорту з міжнародними вимогами до якості й ефективності перевезень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі "Промисловий транспорт" інституту транспорту і логістики Приазовського державного технічного університету (м.Маріуполь) у рамках програм і законодавчих актів України: Програми основних наукових напрямків Приазовського державного технічного університету "Удосконалювання керування і технічних засобів промислового транспорту", затвердженої Міносвіти України 18.11.1997р.; Українсько-Угорсько-Німецької програми "Логістика Приазов'я", затвердженої Міносвіти України 28.01.1997р.; законів України: "Про охорону навколишнього природного середовища" від 25.06.1991р.; "Про охорону праці" від 14.10.1992р.; "Про залізничний транспорт" від 04.07.1996р.; Розпорядження Президента України від 11.06.1997р. №235/97-РП "Про проведення еколого-економічного експерименту у місті Маріуполі Донецької області"; Плану 5-ти основних науково-дослідних госпдоговорних робіт (НДР), виконаних по темі дисертаційної роботи під загальною назвою: “Розробка і впровадження комплексу заходів щодо організації експлуатації і ремонту спеціального рухомого складу на промтранспорті ВПО "Союзалюміній"” // НДР, кер. Берестовой А.М., технічні звіти ПДТУ, м. Маріуполь: 1982р. -105с., № Д.Р. 02850017025; 1983р. - 90с., № Д.Р. 02840010780; 1984р. - 196с., № Д.Р. 02870017031; 1985р. - 329с., № Д.Р. 02850015335; 1986р. - 98с., № Д.Р. 02830011381. Роботи пов'язані з розробкою наукових основ і теорії удосконалювання системи транспорту затвердіваючих рідин; створенням її перспективних транспортних об'єктів і технологій з поліпшеними технічними, екологічними й енергетичними характеристиками; організацією експлуатації і ремонту транспортних засобів для затвердіваючих рідин; створенням для рухомого складу централізованої ремонтної бази; розробкою державної нормативної експлуатаційної і ремонтної документації. Автор був науковим керівником і основним виконавцем названих робіт.

Мета і завдання досліджень. Метою даної дисертаційної роботи є розробка методології синтезу процесів і об'єктів у матеріальних потоках транспорту затвердіваючих рідин, що забезпечує вибір раціонального варіанта функціонування транспорту в цілому і складових його частин, з урахуванням зниження енерговитрат і забезпечення захисту навколишнього середовища. транспорт екологічний економічний шкідливий

Основні завдання, вирішенням яких досягається мета:

-виконати аналіз сформованих способів транспортування затвердіваючих рідин з виявленням шляхів і методів досягнення мети дослідження;

-на підставі аналізу існуючих процесів транспортування затвердіваючих рідин розробити загальну методологію його досліджень і моделювання, що дозволяє сформулювати й оцінити основні напрямки удосконалювання транспорту;

-установити фактори й особливості транспорту затвердіваючих рідин, які впливають на його розвиток і з урахуванням їх запропонувати принципи, моделі й алгоритми синтезу процесів і об'єктів у його матеріальних потоках;

-розробити загальну методологію синтезу процесів і об'єктів транспорту затвердіваючих рідин, що дозволяє здійснити підхід до компромісного вирішення проблем транспорту з урахуванням: інтересів усіх його учасників, енергозбереження і захисту навколишнього середовища;

-виявити енергоємні й енергозберігаючі фактори транспорту і на їхній основі розробити шляхи енергозбереження;

-розробити методи оцінки і зниження шкідливих впливів транспорту на навколишнє середовище на різних етапах його функціонування і на їхній основі виявити і досліджувати найбільш техногенно небезпечні його елементи з метою зниження шкідливих впливів на навколишнє середовище і комплементарного їхнього усунення;

-розробити метод вибору раціонального варіанта транспорту, що враховує багатокритеріальну основу транспорту і вплив на його загальну ефективність значної кількості його процесів і об'єктів;

-виконати системне узагальнення практичних результатів синтезу транспорту, що підвищують його ефективність .

Об'єкт дослідження. Транспорт, що забезпечує на промислових підприємствах перевезення техногенно небезпечних і енергоємних високотемпературних рідин у транспортно-технологічному ланцюзі: "виробництво - транспорт - споживання затвердіваючих рідин".

Предмет дослідження. Транспортно-технологічні процеси й об'єкти транспорту затвердіваючих рідин.

Методи дослідження. Як основний метод дослідження транспорту затвердіваючих рідин, що полягає у вивченні транспорту як цілої системи у єдності і взаємному зв'язку її частин, з їхнім аналізом, узагальненням і зведенням у єдине ціле - покладений синтез. Теоретичну основу синтезу транспорту складає діакоптика (розчленування - як систематичний метод), що поєднує два джерела інформації: факторизований граф-топологічний портрет системи і матриці або рівняння, що описують її. Під факторизованим граф-топологічним портретом розуміються істотні об'єкти і технології системи з їх процесними зв'язками і причинно-наслідковим розвитком. Як науку про планування, організацію, керування, контроль і регулювання руху матеріальних та інших потоків у просторі і часі від їхнього первинного джерела (виробника) до кінцевого споживача, прийнято логістику. Використовується її новизна, що полягає в трьох аспектах: керуванні процесами товароруху в інтересах споживача, комплексному підході до питань руху матеріальних потоків (узгодження процесів, пов'язаних з матеріальними потоками, виробництвом і маркетингом), використанні теорії компромісів.

При вирішенні завдань ефективного функціонування транспорту використано теорію пізнання з її методами упредметнення і розпредметнення, а також теорію прийняття рішень з використанням її методу цільового програмування, у поєднанні з людино-машинними процедурами, у яких бере участь особа, яка приймає рішення. При моделюванні багатоваріантності транспорту використана теорія графів і її метод графоаналітичного аналізу, метод варіаційних рядів, а також метод імітаційного моделювання.

Стосовно до окремих рішень використані методи: матричний, вірогіднісної апроксимацїї, системного аналізу і багатокритеріальної оптимізації, поділу складних систем на частини, ранжування об'єктів і процесів, імітаційного і трендового моделювання, структурного аналізу, теплотехніки, енергозбереження, економіко-математичного моделювання, оцінок впливів транспорту на навколишнє середовище у поєднанні з комбінаторними методами, експертних оцінок, статистики, теорії надійності, дослідження операцій, контролінгу і регламентації, експериментальних досліджень та інші..

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше розроблена методологія синтезу процесів і об'єктів у матеріальних потоках транспорту затвердіваючих рідин з урахуванням транспортних, енергетичних, техногенних, інформаційних, інноваційних і економетричних процесів. Синтез охоплює процеси із затвердіваючими рідинами: виробництво, транспорт, споживання, складування, збереження, навантаження, перевезення і вивантаження, а також виявлення закономірностей функціонування і параметрів технологій і об'єктів, з наступним їхнім об'єднанням на багатокритеріальній основі в єдину керовану систему. Такий підхід дозволяє розробити методи підвищення ефективності транспорту затвердіваючих рідин, формування стратегічних програм його розвитку і здійснення інтеграції у світові транспортні системи. Це також дозволяє установити закономірності розвитку єдиного транспортно-технологічного процесу з гармонізацією інтересів всіх учасників процесного ланцюга: "виробництво - транспорт - споживання затвердіваючих рідин", сформувати критерії і визначити розрахункові параметри ефективного розвитку кожного процесу й об'єкта, розробити структуру керування транспортом у цілому, а також його складовими.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці нових моделей та алгоритмів з інноваційних, енергозберігаючих, екологічних та інших процесів транспорту затвердіваючих рідин. На основі запропонованих моделей виконані відповідні дослідження, розрахунки і побудовані перспективні структури організації і розвитку транспорту. Результати дисертаційної роботи мають прикладний характер, рекомендовані і використані для керування матеріальними потоками транспорту затвердіваючих рідин, а також при проектуванні й експлуатації транспортних засобів і технологічного устаткування для затвердіваючих рідин. Крім того, вони використані: при проведенні науково-дослідних робіт на промислових підприємствах, у навчальному процесі вищих навчальних закладів.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Основними впровадженнями є: *При виготовленні в концерні "Азовмаш" спеціального рухомого складу для затвердіваючих рідин використані винаходи: А.С. №№ 485020, 694428, 706272, 703394, 708098, 882801, 939337, 971726 (довідка "Азовмаш" № 901/286-8 від 31.01.2000р., а також акти "Ждановважмашу" від: 4.01.89р.(2 акти); 15.01.81 (2 акти); 16.01.80 та ін.). *При випробуваннях цистерн у науково-виробничому іспитовому центрі "Азовмаштест", використані розроблені прогнозно-статистичні математичні моделі (акт впровадження від 6.04.99р.). *При виготовленні цистерн для сірки у Фінляндії за ліцензією УКВВ (облікова справа №810) впроваджені в 1983-1987 р.р. винаходи за А.С. №№ 214579, 485020, 694428, 706271 (лист Федерального інституту промислової власності (Роспатент) № 68/14-446 від 24.03.2000р. і лист Держкомвинаходів (СРСР) №60/5-13/439 від 06.03.91р.). *При проведенні навчального процесу у Приазовському державному технічному університеті (акт від 7.02.2000р.). *При підготовці студентів вузів залізничного транспорту спеціалізації "Промисловий транспорт" (навчальний посібник "Ремонт вагонів промислового транспорту", затверджений УМК МШС Росії, 1996. 180 с.). *При виконанні науково-дослідних робіт у Приазовському державному технічному університеті. (довідка від 21.01.2000р.). *При організації перевантаження природної сірки у Маріупольському державному морському торгівельному порту (довідка №275 від 7.02.2000р.). *При організації перевезення небезпечних хімічних вантажів через морські порти України (довідка ООО-МП “Айна Трейдинг Лтд” від 15.02.2000р.). *При організації транспортування кам'яновугільного пеку в рідкому вигляді на підприємствах чорної і кольорової металургії України (Галузева інструкція з експлуатації і технічного обслуговування цистерн для пеку, № 22.2.18, затверджена Міністерством кольорової металургії 28.10.87р.). *При організації деповського і капітального ремонту цистерн пековозів на підприємствах кольорової металургії (Галузеві технічні умови ТУ 22.2.25 на деповський і технічні умови ТУ 22.2.26 на капітальний ремонти, затверджені Мінкольорметом, відповідно, 22.06.88р. і 11.04.88р.). *При організації транспортування сірки на підприємствах хімічної промисловості України (Методичні вказівки з обслуговування вагонів-цистерн для сірки в системі постачальник-споживач, м. Черкаси, відділення ЦНДІТЕХІМу, 1979р.). *При очищенні котлів цистерн-пековозів від опадів на заводах кольорової металургії України (акт №60/82 від 6.08.86р.). *При будівництві централізованої бази ремонту цистерн-пековозів на Саянському алюмінієвому заводі. (Склад устаткування і техпроцес ремонту цистерн. НДР: 1984р., № Г.Р. 02850017025 і 1985р., № Г.Р. 02850015335.). *При впровадженні механізованої поточно-вузлової лінії ремонту цистерн для пеку на Саянському алюмінієвому заводі. (акт від 7.10.87р.). *При впровадженні заходів щодо поліпшення якості транспортування імпортної сировини на заводи алюмінієвої промисловості. (Протокол Іркутського заводу від 8.01.85.).

Загальна ефективність склала більше 33,5 млн. гривень (за курсом 1999р.), що підтверджено більше ніж 19-ма документами.

Обґрунтування і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій обумовлені коректністю постановки і вирішення завдань; адекватністю моделей реальним об'єктам; коректним використанням сучасних чисельних методів і методів математичного програмування; значною кількістю експериментальних даних, що отримані в реальних умовах роботи транспорту; використанням сучасних методів експериментальних досліджень; експериментальним підтвердженням моделей і методів розрахунків.

Особистий внесок здобувача. Усі положення і результати, що виносяться на захист, отримані автором самостійно. Йому належать:

-теорія процесного синтезу технологій і об'єктів транспорту затвердіваючих рідин [3, 5, 4, 7, 13, 17];

-концепція розвитку структури процесів і об'єктів транспорту затвердіваючих рідин на основі гармонізації і інтеграції вітчизняного транспорту у світові транспортні системи [3, 40, 41, 47];

-методологія синтезу процесів і об'єктів у матеріальних потоках транспорту затвердіваючих рідин, що забезпечує вибір раціонального варіанту функціонування транспорту в цілому і його складових, з урахуванням його багатокритеріальності, зниження енерговитрат і забезпечення захисту навколишнього середовища [1, 11, 37, 38];

-моделі і методи з розробкою алгоритмів їхньої реалізації для вирішення прикладних завдань з установлення основних параметрів процесів і об'єктів транспорту затвердіваючих рідин, що забезпечують його ефективне функціонування [6, 10, 11,];

-методологія економічного регулювання на транспорті з використанням принципів екологічного моніторингу і логістики, питань захисту навколишнього середовища, економії енергетичних, природних і трудових ресурсів [2, 19, 21, 38, 40, 42-44, 46];

-методи розрахунку і зниження енерговитрат у системах, об'єктах і процесах транспорту затвердіваючих рідин [11, 15, 16, 22];

-метод імітаційного моделювання на ЕОМ процесів охолодження і розплавлення затвердіваючих рідин, що дозволяє аналізувати і приймати рішення із зниження темпів затвердівання рідини, прискореного її розплавлення у межах раціонального використання ресурсу облаштування транспортних засобів [16, 20];

-обґрунтування конструктивних схем і технічних рішень по процесах і об'єктах транспорту, що забезпечують ефективність перевезення затвердіваючих рідин [8, 20, 23-33];

-рекомендації з діагностики і відновлення працездатності транспортних засобів [9, 12, 14, 18, 20, 34-36, 39, 45, 48].

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали і результати дисертаційної роботи доповідалися й одержали схвалення на: *Всесоюзній науково-технічній конференції транспортного управління Мінкольормету з організації експлуатації, ремонту термоцистерн для пеку й очищення котла від осадку, м. Братськ, БрАЗ, 1983р.; *міжнародних екологічних конференціях, м.Маріуполь, 1996, 1997 р.р.; *науково-практичній конференції кафедри "Промисловий транспорт", Запорізький державний техуніверситет, 4.10.97р.; *міжнародній науково-практичній конф.: "Логістика Приазов'я - євротехнологія матеріальних потоків", м. Маріуполь, 22-24 вересня 1998р.; *науковому семінарі при спеціалізованій ученій раді із захисту докторських (кандидатських) дисертацій Д18.02.02 при Східноукраїнському державному університеті, м.Луганськ, 8.04.98р.; *регіональних науково-технічних конференціях ПДТУ з промислового транспорту щорічно в 1991- 2001 р.р.., м. Маріуполь; *науково-практичному семінарі відділу екології Маріупольської міськради "Екологія транспорту", м. Маріуполь, 16.Х1.99р.; *науково-технічному семінарі науково-виробничого центру випробувань "Азовмаштест" концерну "Азовмаш", м.Маріуполь, 5.4.99р.; *науково-практичній конференції: "Промисловий транспорт: наука, виробництво, кадри", Східноукраїнський державний університет, м. Луганськ, 30.09.- 1.10.99р.; *розширеному науково-технічному семінарі кафедри "Транспортні технології", Східноукраїнський державний університет, м. Луганськ, 30.03.2000р.; *науково-практичній конференції "Актуальні проблеми винахідницької і раціоналізаторської роботи в Україні", Державний інститут штучного інтелекту, м. Донецьк, 15.09.2000р.; *II-й Всеукраїнській науково-практичній конференції "Судноплавство України - інновації флоту, портів і вантажоперевезень", м. Феодосія 30 травня - 1 червня 2001р.; *III-й міжнародній науково-практичній конференції "Ринок послуг комплексних транспортних систем і прикладні проблеми логістики", м. Київ, жовтень 2001р. *Дисертаційна робота розглянута й у цілому схвалена на науково-технічному семінарі Східноукраїнського національного університету ім. В.Даля 2 листопада 2001р.

Публікації. Основою дисертації є 63 публікації, у тому числі: 21 (з них 15- без співавторів) у професійних виданнях ВАК, 5 -патентів України, 6- авторських свідоцтв на винаходи (СРСР), 1- монографія, 1- навчальний посібник, 21 теза доповідей, 5- звітів з НДР, 3- нормативно-технічних державних документи. Перераховані публікації не включені в кандидатську дисертацію й у її реферат. Усього з теми дисертації здобувачем особисто й у співавторстві опубліковано 142 роботи, у тому числі- 43 патенти й авторських свідоцтва на винаходи.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, семи розділів і шести додатків. Дисертаційна робота містить 542 сторінки, з яких 276 сторінок основного тексту, 15 табл. на 13 сторінках, 70 рис. на 56 сторінках, шість додатків на 177сторінках, 219 літературних джерел на 21 сторінці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. Обґрунтовано актуальність розглянутої проблеми, сформульована мета роботи, позначені наукова новизна і практична цінність роботи, відзначені її кількісні і якісні результати.

У першому розділі розглянуто стан проблеми, виконаний аналіз розвитку транспорту затвердіваючих рідин і здійснена постановка завдань. Встановлено, що агрегатний стан ЗР, що перевозиться орієнтований не на технологію основного виробництва та ні на споживача, а на транспорт. Відповідно сформувалися схеми варіантів транспорту, рис.1. З кінця 60-х років (зародження ТЗР, за участю автора) і дотепер склалася специфічна для промислового транспорту система ТЗР. Значний внесок у створення конструкції нових транспортних засобів для ТЗР внесли в той час інженери Беспалов Г.А., Івченко Г.С., Заєць Ф.М., Бубнов В.М., Клопков Л.Н., Князєв Н.С., Кельрих М.Б., Солодкий Г.П., Шкутов Е.М. та інші.. Починаючи з 80-х років у сфері ТЗР одержують розвиток системні методи дослідження. На цьому етапі значний внесок здійснили вітчизняні вчені: Губенко В.К., Бубнов В.М., Кельрих М.Б. та інші. Питанням синтезу окремих аспектів промислового транспорту в останні роки присвятили свої роботи вчені д.т.н. Мартинов А.В., Смирний М.Ф., Шишов В.П., Рамазанов С.К. та ін. Питанням аналізу складних систем (подібних ТЗР) присвячені роботи Солодовникова В.В., Тумаркіна В.І., а в роботах Било Д.М. описані і проаналізовані матеріальні й енергетичні потоки сучасних систем промисловості. У цих роботах системи представлені в основному сукупністю певних об'єктів. Проаналізовано певні наукові підходи до організації ТЗР за рубежем, зокрема вчених: США- М. Рейтмонта,

А.Гопкінса, А. Глускіна, Х. Бугса; Китаю - Чен Дзу Ди, У Хуан та ін., а також практичний досвід країн: Канади, США, Японії, Польщі, Індонезії, Китаю, Індії, Австралії, Бразилії, країн Європи й Африки. Слід зазначити, що переважним є підхід, при якому спочатку здійснювалося проектування окремих об'єктів, а потім уже проводилося узгодження зв'язків між ними. Виконано аналіз процесності як основи методів ефективного дослідження і перспективи розвитку транспорту. Запропоновано синтез транспорту затвердіваючих рідин робити на процесній основі. Виконано аналіз ролі інноваційних рішень у становленні транспорту затвердіваючих рідин. Визначено, что інноваційний потік є інструментом здійснення процесного синтезу транспорту і вирішення його проблем. Синтез процесів і об'єктів у матеріальних потоках транспорту затвердіваючих рідин допускає вирішення великої кількості завдань, представлених таким набором інформації, будь-який елемент якого служить класифікаційною ознакою завдань синтезу транспорту

<T,A,K,Х,F,G,L,M,N,C,P,Y,Q,D> (1)

де T - види постановок завдань: Т = {t_1, t₂, t₃, t₄}; А -безліч узагальнених функціональних підсистем: А = {а_{1 ,}а₂}; К -безліч критеріїв оцінки варіанта транспорту: К = {к₁, к₂}; Х - безліч методів виміру переваг альтернатив: Х = {х₁, х₂, х₃, х₄, х₅, х₆}; F -відображення багатьох припустимих альтернатив у безліч критеріальних оцінок: F = {f₁, f₂, f₃}; G - система переваг вирішального елемента: G = {g₁, g₂}; L - способи дослідження системи: L = {l₁, l₂}; M-методи оцінки варіантів: M = {м₁, м₂}; N - процедури вибору варіантів: N = {n₁, n₂, n₃, n₄}); C -вид цільової функції: C = {з₁, з₂, з₃}; Р - число розглянутих рівнів системи: Р = {р₁, р₂}; Y - рівень формалізації постановки і рішення задачі: Y = {y₁, y₂, y₃}; Q - рівень комп'ютеризації процедур: Q = {q₁, q₂, q₃}; D - правило, що відбиває систему переваг.

Визначено завдання оцінки ефективності транспорту, яка припускає, що він характеризується трьома станами: динамічним (робочим) U_p, статичним U_с і дискретним (неробочим) U_д .

Кожен стан характеризується затратністю (U_i)

U_i = (Р_i + В_i ) _. (2)

Під затратністю розуміються сумарні обсяги економічних витрат і природно - енергетичних ресурсів (Р_i), шкідливих впливів на навколишнє середовище (В_i) на кожному i-м з n синтезованих процесів і об'єктів, що підтримують відповідний U_i стан транспорту. Перехід з початкового в кінцевий результат кожного стану вимагає певних економічних витрат Э_з, які повинні зводитись до мінімуму при найбільшій (Э_с) ефективності транспорту в цілому. Динамічний стан транспорту враховує процес U_тр (найбільш витратний елемент) транспортування рідини від виробника до споживача на макрорівні. Статичний стан транспорту, коли рідина в транспорті не перевозиться (відсутня), але його взаємозалежні елементи процесно підтримуються в робочому стані. Дискретне - коли окремі елементи транспорту створюються з витратами U_дi на мікрорівні незалежно один від одного, але між ними існує певна процесна відповідність. Завдання зводиться до

U_тр=U_р -(U_с -U_д)=U_р+U_д-U_с> min; при: U_с> min; Э_с> мах; Э_з> min. (3)

Якщо затратність окремого процесу або об'єкта транспорту буде збільшуватися до максимуму, то сума усіх , з урахуванням компромісного підходу до вирішення проблем U i-го стану транспорту повинна

? U_i > min.(4)

На підставі виконаного аналізу сформульована мета досліджень і основні завдання, вирішенням яких вона досягається.

У другому розділі розроблена методологія дослідження транспорту затвердіваючих рідин. Виконано вибір і обґрунтування методів досліджень і розроблені основи моделювання транспорту. Як основний метод наукового дослідження системи, що полягає в пізнанні її як єдиного цілого, у єдності і взаємному зв'язку складових її частин - покладений синтез. Синтез використовується з урахуванням процесності транспорту комплексно, починаючи від макрорівневих інтересів (міждержавних, міжгалузевих) і доходячи до дослідження параметрів і властивостей окремих мікрорівневих об'єктів і технологій. Розроблено блок-схему алгоритму синтезу транспорту й алгоритм постановки і вирішення загального завдання оцінки ефективного функціонування транспорту. При цьому представлена модель розподілу числа x і видів r-х робіт і k-х об'єктів (процесів) між i-ми учасниками (виробником, транспортом і споживачем затвердіваючих рідин) у транспорті, яка описана виразом, що мінімізує сумарні витрати (R^*) при транспортуванні затвердіваючих рідин

R^* = с_ikr; при: 0; x q ; =P ; (5)

де - запланована у системі кількість робіт (х) для i-го учасника з їхніми видами (r) на k-х об'єктах (процесах); с_ikr - вартість роботи r -го виду, на k-м об'єкті, у i-го учасника; q - можливості для виконання обсягу робіт у i-го учасника; P -сумарний запланований обсяг робіт. Умови вимагають, відповідно: можливості виконання визначеного обсягу робіт в i-го учасника ТЗР, відповідності в i-го учасника можливої продуктивності робіт, запланованої для нього в системі, необхідність виконання запланованого обсягу робіт i-м учасником. Розподіл обсягів і видів робіт здійснюється на компромісній основі.

У загальному вигляді завдання синтезу оптимальної організаційної структури системи транспорту затвердіваючих рідин полягає у визначенні кортежу, тобто у визначенні однієї чи сукупності наступних умов у залежності від наявної інформації

,, ,,(6)

де -безліч взаємозалежних принципів варіантності побудови транспорту; -набір принципів синтезу певного варіанта, що належать () Р; -безліч можливих функцій (елементів) транспортно - технологічного процесу, що складається з кількох f; -кілька функцій (елементів) певного варіанта транспорту; А -багато взаємозалежних чинників (об'єктів, технологій) транспортно - технологічного процесу; - кілька взаємозалежних чинників для конкретного варіанта транспорту; -операція відображення багатьох F на елементи багатьох А. Для вирішення завдання використовуємо метод, пов'язаний з людино-машинними процедурами, які припускають використання алгоритму за участю особи, яка приймає рішення (ОПР). Розроблено алгоритм і блок-схема вирішення завдання, рис.3.

Реально існуючий транспорт знаходиться під впливом численних факторів конструктивного, технологічного, природно-ресурсного й експлуатаційного характеру, а також оцінних критеріїв (часом не сумісних один з одним), що належать різним областям знань: транспорту, кліматології, теплотехніці, хімії, енергетиці, екології й ін. Через наявність великої кількості параметрів і оцінних критеріїв, що мають показники різного роду, реалізацію математичної моделі неможливо здійснити яким-небудь одним, строгим математичним методом. Тому при синтезі транспорту використовуємо методи імітаційного й економіко-математичного моделювання, представленого у вигляді окремих взаємозалежних підсистем (блоків) і їхніх елементів. Розроблена комплексно-блокова модель, названа "Каркасом логістики транспорту затвердіваючих рідин", що дозволяє побудувати систему базових розрахунків для конкретних логістичних ланцюгів і мереж, окремих функцій, прогнозів розвитку і т.д., а також дозволяє побудувати розрахункову базу для формування стратегій загальносистемного рівня і рівня інтересів кожної підсистеми. Виділено шість основних підсистем: конструкцію рухомого складу (ПС), техобслуговування і ремонт транспортних засобів (РТО), техоснащення виробників і споживачів затвердіваючих рідин (ТО), основні характеристики затвердіваючих рідин у процесі транспортування (ГТО), організацію керування і перевезень (УТО), транспортно-технологічне забезпечення перевезень (ТТО). Виконано економіко-математичне моделювання структури об'єктів транспорту. Загальна кількісна ( ) структура показників процесів і об'єктів у цілому транспорту є основою для визначення загальної затратності U_тр (3) транспорту затвердіваючих рідин

U_тр=f ( ), при= , (7)

Умови визначають відповідно: наявні сили і засоби транспортного забезпечення повинні в повному обсязі задовольнити інтереси споживача; задоволення інтересів споживача повинне бути виконане у встановлений термін; ступінь ефективності виконання завдань у кожній підсистемі. Розмірності різнорідних показників приводяться до єдиного оцінного вимірника - часу. Так, наприклад, величину погонного навантаження залізничної цистерни приводимо до показника часу (Т_qп) в залежності

T_qn = t_oб * Q_np / (l_a * q_n -рт), год.; (9)

деt_oб - час обороту цистерни, години; Q_пр -продуктивність (провізна спроможність цистерни) за одиницю часу під час обороту, т; l_a - довжина цистерни по осях зчеплення автозчеплення, м; q_п - погонне навантаження цистерни, т/м; Р_т - тара цистерни, т.

Виконано економіко-математичне моделювання процесності транспорту. На основі аналізу графи-схеми системи транспорту (Рис. 1), а також з метою вибору й оцінки його варіанта, розроблена модель (сітковий графік) формального опису багатоваріантності процесів транспорту в термінах теорії графів (Рис. 4). Модель структури транспорту, з позиції синтезу на основі його процесності, представлена у вигляді матриці (Рис. 5), по горизонтальних лініях якої розташовуються потоки, а вертикальними лініями матриця розбита на блоки (виробництво, транспорт, споживання), розділені на модулі-потоки. Кожному потоку, блоку і модулю-потоку встановлюється коефіцієнт значимості (K_i) їх компромісних взаємин (коефіцієнт компромісності), а також інтенсивність процесу _lТ у визначеному його перетині й у заданий момент часу.

Розроблені моделі дозволяють вибрати й оцінити раціональний варіант транспорту затвердіваючих рідин або їхню комбінацію.

У третьому розділі розроблена загальна методологія синтезу процесів і об'єктів транспорту затвердіваючих рідин. Транспорт є визначальним у розвитку технологічних процесів на кінцевих операціях виробництва і початкових операціях споживання рідин. У той же час у ланцюжку "виробництво-транспорт-споживання" транспорт підпорядкований інтересам виробника. Обґрунтовано необхідність логістичного підходу до розвитку транспорту, коли транспорт повинний працювати на споживача. Запропоновано алгоритм логістичного підходу до компромісного вирішення проблем транспортно-технологічного процесу від моменту потреби в транспорті до його гармонізації й інтеграції в міжнародні системи транспорту. Матеріальний потік розділений на модулі-потоки, наприклад: складування, збереження, пункти навантаження і вивантаження, транспортні засоби, пункти техобслуговування і ремонту рухомого складу і т.п. Запропоновані схеми і моделі логістичних структур керування і техногенної безпеки потоків транспорту, а також процесів трансформацій і блок-схема структурних взаємозв'язків у транспорті. Методи реалізації синтезу на основі процесності транспорту узагальнені у вигляді "Стрижневої системи каркасу практичної реалізації й оцінки логістики транспорту", що містить структурну схему об'єднання процесів з показниками їх логістичних критеріїв на усіх етапах розвитку транспорту: проектування, дослідне виготовлення й випробування, серійне виробництво об'єктів, організація масових перевезень і рециклинг. Розроблено балансову матрицю логістичних місій (програм) транспорту, що є основою для формування стратегій транспорту. З позицій показників надійності транспорт затвердіваючих рідин розглянутий комплексно в трьох рівнях (Рис.6): окремий об'єкт (модуль), логістична вантажна лінія (потік), складена з послідовно з'єднаних окремих об'єктів і потяг (обсяг перевезень), утворений з потоків. Для кожного з рівнів запропонований метод розрахунку їх коефіцієнтів готовності в залежності від витрат часу: t_pi - час роботи i-го об'єкта вантажної лінії за оборот; t_bpi-час виконання допоміжних технологічних операцій у j-й лінії (розігрівання або розпушування вантажу у вагоні перед розвантаженням, перестановка вагонів і т.п.); t_bi- час на усунення відмов i-го об'єкта j-й лінії; t_oбi - час на виконання планових технологічних обслуговувань і ремонтів i -го об'єкта j-й лінії; t_пi -час простою i-го об'єкта j-й лінії з організаційних (відсутність вантажу, неподання вагона і т.п.), метеорологічних та інших причин.

У четвертому розділі розроблені методи енергозбереження в транспорті затвердіваючих рідин. Енергозбереження у транспорті розглядається в двох аспектах. З однієї сторони основне виробництво передає енергетичні витрати на транспорт, що зобов'язаний вживати заходів з розігрівання продукту або з підтримки необхідного стану, що веде до додаткових енерговитрат і підвищення витрат на техобслуговування об'єктів транспорту. З іншого боку, транспорт (поліпшуючи транспортні засоби і технології перевезень) забезпечує економію ресурсів для виготовлювача і споживача рідини, а також використання електроенергії. Для формування розрахункової бази енергозбереження розроблені схеми: "Логістична структура якості енерговикористання в системі транспорту затвердіваючих рідин" і "Каркас логістики енергозбереження транспорту затвердіваючих рідин", а також виконана декомпозиція і дослідження енергозберігаючих процесів тепломасообміну по об'єктах і функціях ТЗР: засобах перевезення, вивантаження, розігріву; охолодження вантажу, тепловтрат при переміщенні та ін. Зокрема, розроблена теплотехнічна імітаційна модель (з реалізацією на ЕОМ) розплавлення рідини в цистерні, при цьому отримано числові результати, процес стає таким, що його можна спостерігати на будь-якому етапі часу. Розроблено і реалізовано трендові моделі для дослідження теплотехнічних процесів у сфері технологій і конструкцій транспорту, що забезпечують енергозбереження. Моделі мають вихід на кількісні показники практичної діяльності транспорту. Наведені результати дослідження процесу розігріву затверділої рідини в котлі цистерни принципово новим електрогідродинамічним нагрівальним засобом, який заглиблюється в рідину (Винахід А.С. 785120). Цей спосіб показав високу ефективність при значній економії енергоресурсів.

У п'ятому розділі розроблені методи оцінки і зниження шкідливого впливу транспорту затвердіваючих рідин на навколишнє середовище. Взаємодія транспорту з навколишнім середовищем, до даних досліджень, розглядалася статично, як точкове визначення й обмеження характеристик в окремих зонах (об'єктах) транспорту.

Уперше розроблено метод досліджень, що розглядає шкідливі впливи потоків транспорту на навколишнє середовище процесно і розподілено в просторі і часі з сумарним нагромадженням впливу факторів і комплементарним (відповідним) усуненням шкідливих впливів. Розроблено структурну модель екології транспорту з її елементами: А - велика кількість невирішених проблем транспорту; У - багато негативних факторів впливу; З - значна кількість впливу факторів на навколишнє середовище; Д - безліч впливів на людину негативних факторів середовища; Q - безліч реакцій людини по своєму захисту. Елементи модуля A, У, З, Д, Q між собою циклічно пов'язані функціями взаємовпливу _i (i=1,…,5)... Вирішення екологічних проблем представлене як сумарне зниження обсягів b_i^сум шкідливих факторів (b_i) у просторі (n) впливів (B_i)

b_i^сум = ;при b_i B_i (18)

Структуровано і досліджено основні фактори взаємодії транспорту з навколишнім середовищем за реально отриманими статистичними матеріалами. Структурна і, одночасно, розрахункова модель із графічною масштабною інтерпретацією результатів розрахунків отримана у формі "гриба" (Рис.7). Загальна площа (S⁺ ) "гриба" відповідає вартості екологічних витрат за весь цикл перевезення одиниці продукту (1 тонни вантажу), і ця площа зменшується за рахунок комплементарного усунення

, (19)

де Т_ц - тривалість циклу ТЗР; - відлік часу циклу; f() - функція первісного впливу; f_доп() - функція додаткового впливу, пов'язана зі зменшенням первісного впливу; f_ком() - функція комплементарного усунення.

Розроблено метод питомої економічної оцінки шкідливого впливу транспорту на навколишнє середовище під час перевезення навалом 1 тонни вантажу на 1000 км, на етапах екосистеми "Виробництво-транспорт-споживання затвердіваючої рідини". Використовуючи розроблений метод, підготовлено базу даних для розрахунків і встановлені моделі трендів шкідливого впливу транспорту на навколишнє середовище сумарно й окремо на його складові.. Це дозволило установити процентний розподіл і обсяги шкідливих впливів на кожному етапі фаз транспорту затвердіваючих рідин, а також виявити основні напрямки усунення шкідливих впливів.