Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МОРСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ МОРСЬКИМИ ПЕРЕВЕЗЕННЯМИ ВАНТАЖІВ І РОБОТОЮ ФЛОТУ СУДНОПЛАВНОЇ КОМПАНІЇ

Спеціальність 05.22.01 - “Транспортні системи”

ШИБАЄВ Олександр Григорович

Одеса - 2003



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському національному морському університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант	- доктор економічних наук, професор Воєвудський Євген Миколайович, Одеський національний морський університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри "Системний аналіз та логістика", м. Одеса.
Офіційні опоненти:	- доктор технічних наук, професор Мироненко Віктор Кимович, Державний науково-дослідний центр залізничного транспорту України Міністерства транспорту України, начальник відділу транспортної економіки, м. Київ;
	- доктор технічних наук, професор Панарін Петро Якович, Одеський національний морський університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри "Морські перевезення", м. Одеса;
	- доктор технічних наук, професор Нечаєв Григорій Іванович, Східноукраїнський національний університет ім. Володимира Даля Міністерства освіти і науки України, директор навчально-наукового інституту транспортних технологій, м. Луганськ.
Провідна установа	- Національний транспортний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра транспортних систем і маркетингу, м. Київ.

Захист дисертації відбудеться “28” травня 2003 р. о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.060.01 у Одеському національному морському університеті за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Мечнікова, 34.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеського національного морського університету за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Мечнікова, 34.

Автореферат розісланий “17” квітня 2003 р.

В.о. вченого секретаря спеціалізованої вченої ради., проф.

В.З. Ананьїна



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Морський транспорт є складовою частиною господарського комплексу України і працює в умовах ринку та жорсткої конкуренції з боку економічно розвинутих країн світу. Його надійна робота - необхідна умова виходу країни з кризи, збереження єдиного економічного простору, становлення ринкових відносин. Ринок припускає постійні зміни кон'юнктури й умов. Але в даний час економічні і структурні перетворення на морському транспорті йдуть недостатньо послідовно й у не повній мірі враховують його галузеву специфіку і значення в забезпеченні життєдіяльності країни. Значною мірою це обумовлено невирішеністю теоретичних проблем, пов'язаних зі створенням системи управління морськими перевезеннями вантажів і роботою флоту судноплавної компанії, що повинна забезпечити адекватні сучасним умовам рішення, спрямовані на підвищення ефективності експлуатації і конкурентоздатності вітчизняних транспортних суден.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційне дослідження виконувалось в межах “Програми стабілізації і розвитку морського і річкового транспорту України до 2005 р. (морський транспорт)”, затвердженої наказом Міністра транспорту № 452 від 13.11.98 р. Результати досліджень використані в 1988 - 1990 р. при виконанні теми “Автоматизована система управління основною експлуатаційною діяльністю пароплавства” (Договір 6/1-88). Базовими для підготовки і подання дисертації були наступні науково-дослідні роботи Одеського державного морського університету: “Розробка спеціалізованої системи інформаційного обслуговування суб'єктів морського бізнесу України” (номер державної реєстрації 0198U002391), “Теоретичні основи роботи флоту послідовними рейсами як форми організації судноплавства” (номер державної реєстрації 0198U002578).

Мета і задачі дослідження. Основною метою дисертаційного дослідження є підвищення ефективності роботи морського транспорту України за рахунок розробки теоретичних основ створення гнучких систем прийняття рішень по управлінню перевезеннями і роботою флоту судноплавної компанії.

Виходячи з мети, поставлені наступні основні задачі, що являють собою окремі локальні проблеми:

1. Встановити особливості перевізного процесу і системи управління на морському транспорті, а також наявних результатів досліджень за темою дисертації.

2. Розробити концепцію системи управління морськими перевезеннями вантажів і роботою флоту.

3. Розробити і дослідити комплекс алгоритмів розподілу вантажопотоків на басейні і формування рішень за рухом тоннажу.

4. Розробити і дослідити комплекс моделей і методів формування завантаження суден морської судноплавної компанії.

5. Розробити і дослідити комплекс моделей і методів підтримки рішень по управлінню перевезеннями і роботою флоту при різних рівнях вірогідності вхідної інформації.

6. Сформулювати основні положення методичного забезпечення системи управління морськими перевезеннями вантажів і роботою флоту судноплавної компанії.

Як об'єкт дослідження прийняті процеси перевезення вантажів і роботи морського транспортного флоту.

Предметом дослідження є моделі і методи розробки й обґрунтування рішень з управління основною (експлуатаційною) діяльністю морської судноплавної компанії. транспорт перевезення флот судноплавний

Методи дослідження. Теоретичним фундаментом дослідження стали методологія управління проектами, теорії логістики, оптимального управління, ігор, а також праці провідних вчених і фахівців в галузі системного аналізу, економіко-математичного моделювання, експлуатації і управління флотом.

Наукова новизна отриманих результатів. Основним результатом проведених досліджень є теоретичні положення системи управління морськими перевезеннями вантажів флотом судноплавної компанії. Наукова новизна окремих положень, моделей і методів, запропонованих у дисертації, полягає в наступному:

· сформульовані передумови і розроблена концептуальна модель системи управління та прийняття рішень більш повно реалізують основні системоутворюючі принципи;

· розроблені методологічні основи моделювання процесів у системі управління перевезеннями вантажів дозволяють оригінально вирішити проблему оптимізації функціонування окремих підсистем в умовах їхньої конкуренції і рівноправного партнерства;

· проведений аналіз і синтез транспортного процесу дозволяє в порівнянні з наявними рішеннями установити й обґрунтувати повний перелік задач відповідно до особливостей об'єкта управління, а також реалізувати зв'язки між підсистемами і задачами;

· запропонована оптимізація завантаження морських суден при формуванні графіка роботи флоту з використанням математичних моделей носить комплексний характер, узагальнює і розвиває існуючі рішення в цій області. При цьому в залежності від рівня вірогідності вихідної інформації застосовуються імітаційна і багатокритеріальна моделі;

· вперше вагові коефіцієнти цільової функції багатокритеріальної моделі завантаження судна встановлені на базі теорії матричних ігор, що дозволяє врахувати невизначеність інформації про структуру вантажопотоків. В даний час практично жоден з відомих способів рішення багатокритеріальних задач не дозволяє уникнути довільного завдання таких елементів, як вагові коефіцієнти критеріїв;

· розроблені моделі оптимізації плану розміщення вантажів у вантажних приміщеннях судна і розподілу вантажів між суднами оригінально в порівнянні з наявними варіантами вирішують поставлені задачі;

· розподіл вантажопотоків на басейні уперше формалізовано моделлю в межах кооперативної гри, що характеризує через конфлікт, конкуренцію суб'єктів транспортного процесу;

· розроблена імітаційна модель формування за допомогою ЕОМ схем руху і маршрутів роботи морських суден узагальнює і розвиває переваги існуючих рішень у цій області;

· сформульована задача формування графіка роботи флоту на основі інформації “декадного” рівня вірогідності вперше для морських вантажних суден одержала теоретичне обґрунтування на основі моделі і методів теорій безкоаліційних ігор і оптимальних дискретних процесів;

· розроблені алгоритми закріплення суден на маршрутах на основі інформації “місячного” рівня вірогідності базуються на раніше не використовуваному для рішення цієї задачі синтезі евристичного й оптимізаційного методів;

· розроблений комплекс моделей оптимальної розстановки вантажних суден відрізняється від відомих підходів до рішення цієї задачі більш повним врахуванням особливостей досліджуваного перевізного процесу;

· використана для оптимізації перевезень і роботи флоту на основі інформації “річного” і “п'ятирічного” рівнів вірогідності стохастична модель вперше побудована на базі теорії матричних ігор;

· узгодження рішень при різних обріях планування перевезень і роботи флоту на основі точних методів оптимізації раніше не провадилось;

· моделі, що забезпечують узгодження маркетингового і виробничого планів судноплавної компанії, пропонуються вперше;

· спроектована ділова гра вперше для морського транспорту дозволяє приймати рішення на основі управлінської імітаційно-ігрової моделі.

Практичне значення отриманих результатів. Практичне значення отриманих результатів дослідження полягає в тому, що робітники судноплавних та транспортно-експедиторських компаній отримають систему управління та інтегровану в неї підсистему прийняття рішень, адекватних сучасним умовам управління процесами перевезення вантажів морським флотом, що дозволяє:

· підвищити ефективність та якість отриманих на основі моделей і методів управлінських рішень;

· скоротити витрати праці робітників експлуатаційних підрозділів судноплавних підприємств за рахунок застосування сучасних технологій в локальній мережі персональних комп'ютерів;

· підвищити дієвість системи маркетингового планування експлуатаційної діяльності внаслідок оперативності її реагування на зміну виробничої ситуації;

· підвищити якість виробничого планування внаслідок його погодженості з маркетинговою діяльністю судноплавної компанії.

Розроблені в ході дослідження:

· комплекс програм і наступні документи: “Методичні положення розрахунку графіків роботи морського флоту в системі АСВ НГРФ РДП”, “Інструктивно-методичні матеріали з розрахунку проекту графіка роботи морського флоту в системі ведення НГРФ РДП” впроваджені в практику роботи Радянського Дунайського пароплавства. (Акт впровадження затверджений начальником пароплавства 25.12.1986 р.);

· нормативно-технічні документи в тій частині, що стосується підсистем “ВАНТАЖ” і “СУДНА”: “Методичні основи системи управління експлуатаційною діяльністю пароплавства” (затверджені начальником АМП 02.02.1990 р.), “Модель системи управління” (затверджена начальником АМП 02.04.1990 р.) прийняті до виробничого використання в Азовському морському пароплавстві;

· моделі і методи оптимізації завантаження судна впроваджені в практику роботи:

­ штурманського складу теплоходів “Капитан Леонтий Борисенко” (акт впровадження затверджений капітаном судна 10.10.1995 р.) та “POLAND DELMAS” (Акт виробничого використання результатів НДР затверджений капітаном судна 20.03.2002 р.);

­ стивідорної компанії “IRONIMPEX”. (Акт виробничого використання результатів НДР затверджений генеральним директором компанії 30.08.2001 р.);

· моделі і методи формування проекту рішень з управління перевезенням і роботою флоту використані при виконанні науково-дослідної теми по розробці проекту “Програми стабілізації і розвитку морського і річкового транспорту України” відповідно до наказу Мінтрансу № 335 від 16.09.1997 р. і наказом Укрморрічфлоту № 238 від 19.09.1997 р. Програма схвалена Кабінетом Міністрів України (протокол засідання №26 від 09.07.1998 р.) і затверджена наказом Мінтрансу №452 від 13.11.1998 р. (Акт виробничого використання результатів НДР затверджений директором УкрНДІМФ 06.09.2000 р.);

· положення щодо узгодження роботи флоту і СРЗ, методи визначення термінів звільнення суден від зобов'язань, пов'язаних з перевезенням вантажів. (Акт виробничого використання результатів НДР затверджений технічним директором Іллічівського СРЗ 16.02.2001 р.);

· окремі теоретичні положення стосовно до проблем розвитку транспортної системи України знайшли практичне втілення в аналітичних матеріалах Ради національної безпеки і оборони України. (лист заступника секретаря Ради національної безпеки і оборони України від 15.10.01.за № 238).

· ділова гра щодо ведення неперервного графіка роботи флоту пароплавства впроваджена в навчальний процес факультету підвищення кваліфікації при ОІІМФ (Акт впровадження від 02.02.1980 р.);

· моделі і методи оптимізації процесів виробництва використовувалися в навчальному процесі:

­ Одеського державного морського університету (Акти впровадження затверджені ректором ОДМУ 21.03.1995 р., 15.06.1998 р., 31.01.2001 р.);

­ Одеського інституту управління (Акт впровадження затверджений ректором ОІУ 30.03.1995 р.);

­ Вищої школи ділового адміністрування (Акт впровадження затверджений директором ВШДА 29.05.1998 р.).

Особистий внесок здобувача. Всі наукові результати, що представлені в дисертації, отримані здобувачем самостійно. В статтях, що опубліковані у співавторстві, здобувачу належать наступні результати:

­ [2] комплекс моделей оперативного управління флотом;

­ [3] ігрова постановка задачі, алгоритм її розв'язку для судноплавних підприємств;

­ [10] постановка та математична модель задачі маршрутизації роботи флоту;

­ [11] моделі виробничого та маркетингового планування діяльності морської судноплавної компанії;

­ [16] положення щодо рейтингу морської судноплавної компанії та його впливу на виробничу діяльність підприємства;

­ [23] положення щодо координації функціонування процесів і методів їхньої реалізації в багаторівневих системах;

­ [26] передумови створення і функціонування моделей окремих підсистем та конкретних об'єктів;

­ [28] положення про взаємозв'язок маркетингової та виробничої діяльності судноплавної компанії;

­ [31] постановка задачі та основні положення і обмеження моделі, пов'язані з урахуванням мореплавних якостей судна;

­ [32] основні положення, пов'язані з розподілом коносаментних партій по вантажним приміщенням судна;

­ [33] склад першочергових комплексів задач, що повинні бути реалізовані для підвищення ефективності роботи підприємств і організацій морського транспорту;

­ [34] склад галузевих особливостей, які необхідно враховувати при розробці комплексного проекту в судноплавстві.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційного дослідження доповідалися та отримали позитивну оцінку на:

· Науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу і наукових співробітників Одеського національного морського університету у період 1985 - 2002 рр.;

· семінарах секції Наукової ради НАН України з проблеми “Кібернетика” при Південному науковому центрі в 1985-1986 рр., 1991-1995 рр., 1999-2000 рр.;

· Міжнародній науковій конференції “Рубінштейновські читання” Одеського державного університету у 1992 р.;

· Українській науково-методичній конференції “Нові інформаційні технології навчання в учбових закладах України” у 1993, 1998, 2000 рр.;

· Шістидесятій ювілейній науковій конференції Одеської державної академії харчових технологій (підсекція “Автоматизація виробничих процесів”) у 2000 р.;

· Всеукраїнській науково-методичній конференції ”Взаємозв'язок реформи інженерної освіти та промислового розвитку України: стан, проблеми, рішення” у 2000 р;

· V Міжнародній науково-практичній конференції “Наука і освіта - 2002” у 2002 р.;

· Другій всеукраїнській науково-практичній конференції “Україна наукова 2002” у 2002 р.

Публікації. Результати дисертаційного дослідження опубліковані у двох монографіях, 27 статтях у збірниках наукових праць, 6 статтях за матеріалами конференцій.

Обсяг і структура дисертації. Робота складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел і дев'яти додатків. Дисертація викладена на 316 сторінках комп'ютерного тексту. Ілюстрації займають 21 сторінку (27 рисунків), таблиці - 6 сторінок (9 таблиць). Додатки і список використаних джерел (182 найменування) відповідно представлені на 17 і 18 сторінках.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі “Особливості процесів і систем доставки вантажів морським транспортом”:

· показані особливості транспортних процесів на морі, організації управління на морському транспорті, встановлені недоліки і показані шляхи їхнього подолання;

· дано характеристику існуючих підходів до створення автоматизованих систем як одного з провідних напрямків удосконалювання управління на морському транспорті;

· проведено аналіз літератури і досліджень, пов'язаних з розробкою рішень з управління транспортним процесом.

Географічне положення України сприяє діяльності вітчизняного морського транспорту. Це вихід на узбережжя Чорного й Азовського морів, а також судноплавну міжнародну річку Дунай. Унаслідок цього через територію України проходять багато міжнародних транспортних коридорів.

В цілому на 1 липня 2001 року у складі трьох колишніх найбільших пароплавств налічувалося 81 морське транспортне судно загальним дедвейтом біля 590 тисяч тонн (1 судно - у ЧМП, 48 - у АМП, 32 - у УДП) Вантажний транспортний флот представлений практично всіма типами суден. Власниками основного ядра транспортного флоту є 12 українських судноплавних компаній, яким належить 66% загальної наявності вантажного флоту і 82% його дедвейту,

У цілому для судноплавних підприємств характерні наступні особливості:

· висока вартість основних фондів. Сучасне судно вантажопідйомністю всього 5 тис. т коштує близько 10 млн. дол., танкер дедвейтом 45 тис. т -- 32--35 млн. долл., балкер -- понад 25 млн. дол.;

· значні величини доходів і витрат, великі коливання цих показників у залежності від рівня фрахтових ставок з їхньою відомою циклічністю, цін на паливо, рівня портових зборів, зарплати моряків, страйкового руху і навіть непогоди;

· послуги (продукцію) судноплавних компаній не можна накопичувати і тримати в запасі "на складі", а конкуренція з урахуванням можливих високих доходів дуже велика;

· неможливо здійснити переміщення капіталу (морських суден) в інші галузі транспорту, промисловості чи сільського господарства;

· важко, практично неможливо, перекваліфікувати персонал;

· підвищена залежність від економічного стану ринку, від реальної ситуації в тих країнах, у портах яких обробляються судна даної компанії.

Установлено, що перевізний процес являє собою економічну систему, що входить складовою частиною в більш загальну - морський транспорт. Підсистемами, що здійснюють основний вплив на функціонування перевізного процесу на морі, є вантажі і флот (“ВАНТАЖ”, “СУДНА”).

Аналіз автоматизованих систем управління морським транспортом показав, що для них наявні значні недоліки. Спробу їх подолати на базі локальних обчислювальних мереж було розпочато в рамках “Багаторівневої системи оперативного управління перевезеннями вантажів у взаємодії з іншими видами транспорту і клієнтурою з використанням обчислювальної техніки” (АСУ “Оперплан”). Започатковані 1 січня 1988 р. розробки не одержали свого завершення, як це передбачалося технічним завданням на систему. Основними підставами для цього стали:

· структурні зміни в країні і, як наслідок цього, в галузі;

· помилки в організації і проектуванні аналогічні тим, що були допущені при створенні АСУ “Морфлот”, АСВ НГРФ і, насамперед, порушення цілісності системи.

Аналіз літератури і досліджень з питань моделювання транспортного процесу показав, що існуючі моделі, як правило, статичні, у сукупності не забезпечують комплексне рішення проблеми і реалізують діючу на момент їхнього створення централізовану систему управління перевезеннями і роботою флоту.

В другому розділі “Розробка концепції системи управління морськими перевезеннями вантажів і роботою флоту”:

· сформульовано й обґрунтовано основні передумови побудови концептуальної моделі системи управління морськими перевезенями вантажів і роботою флоту, а також моделей функціонування окремих її підсистем і конкретних об'єктів;

· розроблено концептуальну модель системи управління морськими перевезенями вантажів і роботою флоту;

· проведено структуризацію системи управління морськими перевезенями вантажів і роботою флоту;

· сформульовано методологічні основи моделювання процесів у системі управління.

Проблема моделювання транспортного процесу і управління ним розглядалася багатьма дослідниками і проектувальниками. При цьому виділялися різні підсистеми за організаційними, функціональними ознаками і складом елементів. Однак, всі отримані результати (висновки, положення, рекомендації) не повною мірою базувалися на системних принципах. Саме ця обставина призводить до необхідності обґрунтування і формулювання системних передумов проектування і власне формування концептуальної моделі системи управління морськими перевезенями вантажів і роботою флоту. Проектування згаданої моделі проведено за наступними основними системостворюючими принципами: діалектична єдність і взаємозалежність системи і зовнішнього середовища; структурність і ієрархічність; цілісність; множинність опису системи.

Концепція системності передбачає вивчення проблеми проектування як системи.

У загальному випадку, методологія планування проекту - це будь-який структурований підхід, використовуваний командою менеджерів для управління процесом розробки. Підходи можуть бути простими (формальні і неформальні) чи складними (групи необхідних методів моделювання). У даній роботі методологія базується на системному аналізі і теорії ієрархічних багаторівневих систем.

Встановлено, що система управління є великою і складною системою. Перше визначається тим, що є значна кількість елементів і зв'язків, друга - неоднорідністю цих елементів і зв'язків, різноманіттям їхніх властивостей і ознак виділення. Це обумовлено структурою і змістом об'єктів, на які спрямовано керуючий вплив системи - вантажі і флот. Тому опис моделі системи розглянуто в двох аспектах, безпосередньо незвідних до одного - морфологічному і функціональному, кожний з яких з урахуванням особливостей об'єкта дозволяє виділити відповідну часткову структуру. Причому, система в цілому утвориться об'єднанням її підсистем. Внутрішній синтез системи й елементів окремих підсистем реалізується через сукупність моделей їхнього взаємозв'язку.

Складність системи управління перевізним процесом визначає доцільність її розгляду з урахуванням ієрархії, тобто у виді сукупності парних рівнів з відповідними їм об'єктами керування і ступенем агрегування вхідних і вихідних даних. Отже, виникає необхідність формування задач у підсистемах таким чином, щоб забезпечити оптимальне рішення для системи в цілому.

Моделювання взаємодії суб'єкта управління з функціонуванням окремих підсистем нижнього рівня (об'єкта управління) засновано на реалізації “жорсткого” (прямого) і “нежорсткого” засобів. “Жорсткий” засіб характеризується тим, що розподіл ресурсів системи й окремих її складових підсистем ведеться на верхньому рівні управління. Встановлено, що він реалізується на базі моделей лінійного програмування. “Нежорсткий” засіб взаємодії елементів системи управління забезпечує рух підсистем за траєкторією на основі внутрішніх стимулів у рамках загальних і часткових обмежень і вихід кожної з них у свій оптимальний стан. Композиція цих станів визначить оптимальний стан усієї системи. При цьому враховується взаємодія підсистем. Сформований у підсумку проект рішень буде не тільки оптимальним, але й у достатній мірі стійким. “Нежорсткий” засіб застосовується при високому ступені вірогідності вхідної інформації для підготовки і прийняття управлінських рішень. Його реалізація може бути проведена на основі двоїстих оцінок, теорії ігор, або методів ітеративного агрегування.

Подальша структуризація системи управління морськими перевезеннями вантажів і роботою флоту проведена на базі декомпозиції підсистем “ВАНТАЖ” і “СУДНА”. З цією метою встановлені ознаки і послідовність її проведення. Структурування виконане в двох напрямках (розрізах): об'єкта і суб'єкта управління. Кожна задача, що входить у підсистему, являє собою елемент багатовимірного простору управління, координатами якого є ознаки декомпозиції. Їй у системі відповідає булева змінна, приймаюча значення 1, якщо в системі необхідно вирішувати дану задачу, 0 - у протилежному випадку. Тоді для формування конкретного переліку задач у залежності від умов роботи флоту судноплавного підприємства необхідно і досить вказати значення кожної з координат і булевої змінної. Таким чином, декомпозиція об'єкта і суб'єкта управління дозволила одержати повний перелік задач і зв'язків між ними для наступної інтеграції відповідних моделей і методів у систему управління, адекватну реальним транспортним процесам.

У третьому розділі “Розподіл вантажопотоків і рішення за рухом тоннажу”:

· встановлено переваги, недоліки й основні напрямки досліджень проблеми формування транспортної мережі і планування перевезень;

· сформульовано особливості, значення і методичні положення прогнозування структури вантажопотоків;

· розроблено модель розподілу вантажопотоків у басейні на базі неантагоністичної конфліктної ситуації в межах кооперативної гри;

· запропоновані оптимізаційна й імітаційна моделі формування схем руху, варіантів роботи і маршрутів суден у каботажі і закордонному плаванні.

Запропонований підхід до прогнозування обсягів перевезень базується на методі експоненційного згладжування динамічних рядів. Він дозволяє давати відомості, які попереджують про зміни в структурі вантажопотоків, що у свою чергу дає можливість:

· вести раціональну тарифну і фрахтову політику в регіоні діяльності судноплавного підприємства;

· встановити співвідношення провізної спроможності флоту й обсягу транспортної роботи;

· виконати розподіл вантажопотоків поміж портами і визначити перспективні схеми руху тоннажу.

Відомо, що генеральні вантажі можуть перероблятися у більшості портів басейну. Економічна самостійність портів дозволяє їм проводити вантажно-розвантажувальні роботи на договірних умовах. Такого роду відносини вантажовласників і портів формалізовані моделлю кооперативної гри. Визначено значення характеристичної функції і платежів. У результаті рішення задачі встановлені витрати вантажовласників і рівень ставок за переробку вантажів у портах басейну. При цьому випливає, що:

· вантажопотоки доцільно спрямувати до портів у пропорції, що відбиває співвідношення рівнів ставок за переробку вантажів;

· рівень ставок і обсяг вантажопотоків визначає ситуацію, що є рівноважною, тобто будь-яка зміна однією із сторін рівня ставки, за умови, що всі інші дотримуються тих самих, призведе до зменшення виграшу сторони, що почала дії.

Моделювання руху суден здійснюється на базі розробленої імітаційної моделі, що описується наступною сукупністю співвідношень:



t_п (l(k)) = t_пa (k); (1)

t_в (l(k)) = t_вa (k); (2)

t_х (l(k)) = t_хij(k); (3)

q(l(k)) = q_ar(k), (4)

a_i (k), a_j (k+1) A_l; (5)

l_ij(k) = { a_i(k), a_j(k+1)}; (6)

M_j = { l_1j(0),...,l_ij(k),...,l_ij(T_c- 1)}; (7)

{S(0),S(1),…,S(k),…,S(T_c -1)}, (8)

де t_п(l(k),) t_в(l(k)), t_х(l(k))- час на проведення, відповідно, навантажувальних, розвантажувальних і ходових операцій у портах a_i (k) схеми руху l_ij(k), що входить у маршрут M_j; A⁽⁺⁾_l - сукупність портів схеми руху l_ij(k), де здійснюється навантаження вантажів; A^(-)_l - сукупність портів схеми руху l_ij(k), де здійснюється вивантаження вантажів; q_ar(k) - кількість вантажу r, що повинна бути розміщена на судні в порту а; m -число пар портів, за якими виконується сполучення S(k); n - кількість пар портів у структурі вантажопотоків на кроці прийняття рішень k.

До її основних переваг відноситься те, що формується сукупність допустимих варіантів роботи судна в майбутньому періоді часу. Немає фіксованого закріплення за підперіодами вантажопотоків і схем руху. Це, на відміну від раніше відомих підходів, дає можливість врахувати терміни надходження і вивозу вантажів. Поряд з цим, система логічних перевірок дозволяє виділити з усієї множини варіантів роботи ті, котрі відповідають вимогам їхньої практичної реалізації, що в кінцевому підсумку значно знижує розмірність задачі оптимізації роботи флоту.

Для крупнотоннажного флоту, що виконує рейси в різних регіонах Світового океану, задаються лише окремі напрямки з вказівкою роду вантажу, або ознаки, що тут повинен виконуватися баластовий перехід. Побудова маршрутів суден з урахуванням їх позиції виробляється в результаті рішення задачі розміщення флоту. При цьому розглядаються всі теоретично можливі варіанти маршрутів суден і встановлюється оптимальний з них.

У четвертому розділі “Формування завантаження морських транспортних суден” встановлено, що прийняття управлінських рішень про завантаження суден вимагає урахування множини експлуатаційних і комерційно-правових умов роботи флоту. Деякі з них не можуть бути строго формалізовані. Тому в більшості випадків необхідна швидка кількісна оцінка можливих наслідків виробничих ситуацій, пов'язаних із завантаженням як окремого судна, так і групи суден. Аналіз і коректування рішень дозволить врахувати важко формалізовані умови роботи флоту. Показано, що при широкій номенклатурі вантажів виникає необхідність проміжного агрегування інформації про вантажопотоки для зниження розмірності загальної задачі оптимізації роботи флоту. При цьому рішення, що стосуються завантаження суден, приймаються в наступній послідовності:

· агрегування інформації про вантажопотоки і визначення на її основі допустимих варіантів завантаження тоннажу;

· оптимізація рішень по закріпленню суден за маршрутами й уточнення їхнього завантаження з урахуванням термінів, черговості підходу в порти і часу готовності вантажів до відправлення;

· дезагрегування інформації про завантаження суден.

Для визначення варіантів завантаження суден на основі агрегованої інформації про вантажопотоки запропонована імітаційна модель. Дезагрегування інформації про завантаження виконується в межах окремої схеми руху, або за групою суден з урахуванням оптимального закріплення їх за маршрутами. Для першого випадку запропонована багатокритеріальна модель лінійного цілочисельного програмування. Її цільова функція складається з трьох безрозмірних додатків. Перший додаток є коефіцієнтом використання вантажопідйомності по відправленню, друге - вантажомісткості судна, а третій додаток характеризує рівень прибутковості від перевезення.

Багатокритеріальна задача дає можливість більш повного урахування особливостей, властивих реальній системі. Однак, практично жоден з відомих способів рішення багатокритеріальних задач не дозволяє уникнути довільного призначення таких елементів, як вагові коефіцієнти критеріїв. Тому потрібно рішення цього питання і для моделі завантаження судна за схемою руху. Коефіцієнти встановлюють частку кожного критерію в загальному значенні цільової функції. Такого роду задача формалізована і представлена у вигляді математичної моделі прийняття оптимальних рішень в умовах антагоністичного конфлікту двох сторін - пароплавство і “зовнішнє середовище”, яке характеризується структурою вантажопотоків. Конфлікт виникає через те, що судноплавна компанія часто не має точних відомостей про вантажі, що будуть пред'явлені до перевезення в майбутньому плановому періоді. “Зовнішнє середовище” у задачі доцільно розглядати як активного учасника конфлікту, що має діаметрально протилежні інтереси. Результати дії сторін (учасниць конфлікту) задаються у вигляді матриці A=[a_ij] (i =1,2,...,m; j=1,2,...,n). Вона визначається на базі отриманих значень тарифних ставок, питомих навантажувальних обсягів і залежності, що характеризує цільову функцію моделі. Рядки матриці A відповідають стратегіям пароплавства, а стовпці - стратегіям “зовнішнього середовища”. Оптимальність стратегій гравців визначається критерієм Дж. фон Неймана.

Оскільки = 1, то природно розглядати гру в змішаних стратегіях. При цьому потрібно встановити ймовірний розподіл на множині числових стратегій судноплавної компанії, тобто значення коефіцієнтів вагомості K_i у цільовій функції моделі. Тоді гра зводиться до рішення двох двоїсто-сполучених задач лінійного програмування.

Існуюча у світі практика організації роботи морського транспортного флоту припускає розмежування на трапове і лінійне судноплавство. У роботі запропоновано наступну математичну модель задачі визначення оптимальної композиції вантажів на судні, що працює на лінійних умовах:

f_jr Q_jr X_jr max; (9)

Q_jr X_jr D^a_ч, a { A¹_o A³_o }; (10)

u_jr Q_jr X_jr W^a_ч, a { A¹_o A³_o }; (11)

X_jr 1_, a { A¹_o A²_o A³_o }; (12)

f_jr Q_jr X_jr F_a, a { A¹_ф A³_ф }; (13)

1 - якщо партія вантажу Q_jr приймається до навантаження

X_jr = на судно; (14)

0 - у протилежному випадку,

(j = 1,2,…,n; r=1,2,…,R_j);

де f_jr - тарифна ставка за перевезення однієї тонни вантажу партії r пари портів відправлення і призначення j; Q_jr - маса вантажної партії r пари портів відправлення і призначення j; D^a_ч (W^a_ч) - квота вантажопідйомності (вантажомісткості) судна, що припадає на порт а; F_a - суми доходів від доставки вантажів як умова заходу у факультативний порт а; u_jr - питомий навантажувальний обсяг вантажу партії r пари портів відправлення і призначення j; R_j - кількість партій вантажу r, які необхідно перевезти між парою портів j; A¹- сукупність портів (о і ф) лінії, де виконується тільки навантаження; A² -тільки вивантаження; A³ - навантаження і вивантаження;

J_a.- сукупність портів, лінії яких розглядаються у обмеженій моделі.

Цільова функція математичної моделі (9) забезпечує одержання максимального доходу від перевезення вантажів. Обмеження (10) і (11) регламентують кількість вантажу за масою й обсягом, виходячи з квоти на кожен основний порт лінії. Нерівності (12) забезпечують вантажем основні порти заходу судна. Умови (13) визначають економічну доцільність заходу судна у факультативні порти лінії.

У роботі показано, що однією з центральних задач управління в області прийняття рішень з організації роботи флоту, незалежно від форми судноплавства, є оптимальне розміщення вантажів на судні. Рішення цієї задачі вимагає урахування множини факторів і спрямоване на раціональне використання транспортних засобів, наслідком чого є досягнення кращих економічних і фінансових результатів виробничої діяльності судноплавної компанії. Запропоновані моделі враховують конструктивні особливості як універсальних суден, так і суден накатного типу (РО-РО). Для суден універсального типу задача формулюється в такий спосіб. На виробничий перевантажувальний комплекс (ВПК), що спеціалізується на перевантаженні генеральних вантажів, надходять доручення на експортні вантажі Q_r (r=1,2,...,R), що підлягають відправленню на судні вантажопідйомністю D_ч, вантажомісткістю W_к і корисною площею палуби S. Попередньо усі вантажі розділені на три основні категорії: 1,2 - за транспортними характеристиками; 3 - за комерційними умовами. У такий спосіб виділені:

1). Вантажі, розміщення яких припустимо на палубі судна Q_r^П (r=1,2,...,R');

2). Вантажі, навантаження яких можливе тільки у внутрішні вантажні приміщення - Q_r^В (r =R'+1, R'+2,...,R”);

3). Факультативні вантажі, навантаження яких можливе після розміщення основних вантажів - Q_r^Ф (r =R”+1, R”+2,...,R).

Відомі також: маса одного вантажного місця кожної партії вантажу - q_r; питомі навантажувальні обсяги u_yr вантажу r по вантажних приміщеннях y (y=1,2,...,Y; r=R'+1,R'+2,...,R); площа палуби S_yr (y=1,2,...,Y; r=1,2,...,R'), що її займе одне вантажне місце у випадку, якщо вантаж відноситься до першої категорії.

Тоді математична модель задачі буде мати наступний вигляд:

R_yr q_r X_yr + R_yr q_r X_yrZ_yr „џ„џ> min; (15)

S_yr q_r X_yr S_y, (y =1,2,...,Y'); (16)

u_yr q_r X_yr Z_yr W_y^ТВ_, (y =Y'+1,Y'+2,...,Y”); (17)

u_yr q_r X_yr Z_yr W_y^ТР_, (y =Y”+1,Y”+2,...,Y); (18)

u_yr q_r X_yr Z_yr = W_к; (19)

q_r X_yr Z_yr D_ч; (20)

q_r X_yr Z_yr D_ч; (21)

q_r X_yr Z_yr = Q_r ^П, (r =1,2,...,R'); (22)

q_r X_yr Z_yr = Q_r^В, (r =R'+1, R'+2,...,R”); (23)

q_r X_yr Z_yr Q_r^Ф, (r =R”+1, R”+2,...,R); (24)

X_yr = 0,1,2,...,P, (y=1,2,...,Y; r=1,2,...,R), (25)

де X_yr - кількість вантажних місць партії r, які необхідно розмістити у вантажному приміщенні y; R_yr - витрати порту з навантаження вантажу r у вантажне приміщення y; S_y - площа палуби над вантажним відсіком y; W_y^ТВ -вантажомісткість твіндеків y; W_y^ТР - вантажомісткість трюмів y; R - загальна кількість вантажних партій; R' - кількість вантажних партій, призначених для навантаження на палубу (перша категорія); R” - кількість вантажних партій другої категорії; Y - загальна кількість площадок і вантажних приміщень; Y '- кількість площадок для розміщення вантажів на палубі; Y” - кількість твіндеків;

1 - якщо вантаж r може бути розміщений у вантажному

Z_yr = приміщенні y;

0 - у протилежному випадку.

Вираз (15) - цільова функція моделі, що визначає загальні витрати з навантаження вантажів. Їх необхідно мінімізувати. Нерівності (16) являють собою обмеження за площею палуби над відповідними вантажними відсіками. Нерівності (17), (18) і рівняння (19) характеризують обмеження за обсягами твіндеків, трюмів і в цілому за судном. Обмеження (19) введено в зв'язку з тим, що вантажі в розглянутих умовах генеральні та “легкі”, тобто середньозважений питомий навантажувальний обсяг перевищує питому вантажомісткість судна. Якщо ж вантажі “важкі” (протилежний випадок), замість рівняння (19) вводиться відповідне обмеження за вантажопідйомністю.

Аналіз вантажних планів (попередніх і виконавчих) дозволив установити співвідношення по кількості перевезених вантажів на палубі, у твіндеках і трюмах, що забезпечує належні морехідні якості - остійність судна (нерівності (20) і (21)). Якщо необхідно додатково забезпечити заданий диферент і загальну міцність корпуса судна, то в математичну модель вводяться відповідні обмеження. Рівняння (22) і (23) визначають обов'язковість навантаження вантажів першої і другої категорій. Нерівності (24) являють собою обмеження по масі факультативних вантажів. Параметр управління в моделі (25) є цілочисельною змінною, що не допускає дроблення вантажних місць у рішенні задачі. Якщо який-небудь вантаж неможна з якихось причин розташовувати в тому чи іншому вантажному приміщенні, наприклад, з міркувань сумісності, неможливості перевезення на палубі та інших, то це регламентується до початку проведення розрахунків на основі моделі за допомогою параметра Z_yr. В окремих випадках вимога цілочисельності може бути знята. Наприклад, коли потрібна швидка попередня оцінка вартості вантажних робіт для оформлення акордного завдання на їхнє проведення.

Наведені постановка і математична модель задачі значною мірою орієнтовані на партії вантажів, за своїми розмірами близькі до розмірів вантажних приміщень судна. Якщо ж вантаж дрібнопартіонний і великої номенклатури, то партія вантажу повинна бути завантажена цілком в одне вантажне приміщення. З цією метою як параметр управління вводиться булева змінна, приймаюча значення 1, якщо r-та партія повинна бути завантажена у вантажне приміщення судна y, і 0, коли вантаж до навантаження не приймається. При цьому обмеження (22), (23) і (24) виключаються. Замість них вводяться умови:

X_yr = 1, (r =1,2,...,R'); (26)

X_yr = 1, (r =R'+1, R'+2,...,R”); (27)

X_yr 1, (r =R”+1, R”+2,...,R); (28)

Під q_r у цьому випадку розуміється маса партії вантажу r.

До основних переваг запропонованих моделей відноситься те, що вони комплексно вирішують проблему завантаження суден. При цьому на відміну від відомих підходів:

· забезпечується економічно виправданий захід судна в порти схеми руху, що відповідає сучасним взаєминам судноплавних підприємств із портами;

· враховано особливості лінійної форми судноплавства і конструктивні особливості суден типу РО-РО;

· реалізований багатокритеріальный підхід до завантаження судна і запропонований алгоритм розрахунку вагових коефіцієнтів у моделі;

· завантаження здійснюється безпосередньо за схемою руху;

· враховуються пункти можливого бункерування суден;

· виключається попадання в завантаження судна кількості вантажу, некратного масі вантажного місця;

· враховуються неоднорідність і невизначеність інформації про структуру вантажопотоків.

У п'ятому розділі “Методи підтримки рішень з управління перевезеннями і роботою флоту” представлено розроблений та досліджений комплекс моделей і методів оптимізації перевезень і роботи флоту при різних рівнях вірогідності вхідної інформації. При цьому отримані наступні основні результати: