Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Нырков Анатолий Павлович. Автоматизированное управление и оптимизация технологических процессов в транспортных узлах : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.13.06 : Санкт-Петербург, 2003 304 c. РГБ ОД, 71:04-5/175-7

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИИ 5

ВВЕДЕНИЕ 6

1. ПЕРЕГРУЗОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОРТАХ, КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ 13

1.1. Иерархия технологических процессов в транспортном узле 13

1.2. Степень организованности перегрузочных процессов в транспортном узле 21

1.3. Детерминированные и стохастические модели 30

1.4. Принципы создания математического обеспечения автоматизированного управления 33

2. СТОХАСТИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ 49

2.1. Показатели качества перегрузочного процесса 49

2.2. Системная связь показателей качества перегрузочного процесса 65

2.3. Факторный анализ технологического процесса переработки грузов 71

2.4. Стохастическая модель оценки качественных показателей 79

3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ 87

3.1. Стохастические модели процессов 87

3.2. Алгоритмы построения моделей качественных показателей 92

33. Ситуационные состояния перегрузочного процесса 100

3.4, Информационное обеспечение моделей перегрузочного процесса 104

3.5. Оптимизация процесса перегрузочных работ 107

4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАМИ ТРАНСПОРТНОГО УЗЛА 114

4.1. Оптимизация стыковочных операций 114

4.2. Ситуационное управление элементами транспортного узла как способ достижения максимальной пропускной способности 119

4.3* Модели завоза-вывоза грузов 140

4.4. Модели оптимального размещения грузов на складских площадях перегрузочного комплекса 153

5. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ КОНТЕЙНЕРНЫМ ТЕРМИНАЛОМ 165

5.1. Особенности автоматизированного управления контейнерным терминалом 165

5.2. Инструментальная среда информационного обеспечения оперативного управления обработкой контейнеров 179

5.3. Структура базы данных информационной системы обработки контейнеров 187

6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОПТИМИЗАЦИИ ЗАВОЗА-ВЫВОЗА КОНТЕЙНЕРОВ 204

6.1. Математические модели оперативного управления завозом-вывозом контейнеров 204

6.2. Алгоритмы условной оптимизации 215

6.2.1. Алгоритм определения минимально необходимого количества единиц автотранспорта 217

6.2.2. Алгоритм минимизации суммарных расходов при заданном парке автотранспортных средств 218

6.2.3. Особенности параметрической формализации моделей и правила перехода 220

6.2.4. Алгоритм случайного поиска в задаче оптимизации завоза-вывоза контейнеров 223

6.3. Алгоритмы размещения партии контейнеров на складской площадке на основе случайного поиска 224

6.3.1. Алгоритмы внесения частичного порядка на множестве контейнеров 226

6.3.2. Алгоритмы формирования и заполнения стековой структуры 229

6.3.3. Алгоритмы выбора отношения частичного порядка на множестве контейнеров 234

6.3.4. Алгоритм поиска квазиоптимального размещения партии контейнеров на складской площадке 236

6.4. Стохастическая модель оптимизации страхового запаса контейнеров 241

6.5. Имитационное моделирование процесса оптимизации страхового запаса контейнеров 247

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 253

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 257

ПРИЛОЖЕНИЯ 271

Приложение 1. Алгоритм выявления факторов, существенно влияющих на показатели ритмичности, 272

Приложение 2, Текст модуля, реализующего алгоритм оптимального размещения контейнеров на складских площадках контейнерного терминала. 274

Приложение 3. Алгоритм работы Инициализатора 293

Приложение 4. Алгоритм работы Обработчика модельных событий 297

Приложение 5. Алгоритм работы Обработчика событий грузооборота контейнеров 299 

Введение к работе:

Актуальность темы. Современный этап развития транспортных перевозок характеризуется ростом требований к срокам доставки грузов, качеству перевозок, сокращению затрат на транспортно—складские операции. Бурное развитие в конце XX века средств связи, появление новых информационных технологий позволили создавать принципиально новые технологии транспортировки грузов, базирующиеся на концепциях интермодальных транспортных коридоров. В системе международных транспортных коридоров (МТК), использующих мульти-модальные технологии, возникают крупные научные проблемы, связанные с управлением оптимальной сбалансированностью и качеством транспортных магистралей, достижением равновыгодной эффективности функционирования отдельных подсистем МТК,

Центральным звеном в транспортных процессах являются транспортные узлы (ТУ), В них начинается и заканчивается доставка грузов, происходят процессы перевалки груза с одного вида транспорта на другой. Более трети транспортных узлов в Российской Федерации связаны с перевозками водным транспортом, т.е. с ТУ, организационно-технологической основой которых являются морские и речные порты. Несмотря на ввод в эксплуатацию новых портовых перегрузочных комплексов, потребность России в перегрузочных мощностях удовлетворяется отечественными портами не полностью, а по переработке внешнеторговых грузов менее 70%. Одновременно с этим в последнее пятилетие наблюдается рост грузовых перевозок водным транспортом, а наиболее быстро увеличились перевозки в контейнерах —на 50%/117/.

В настоящее время при определенном дефиците финансовых ресурсов в федеральном бюджете и недостатке собственных средств для строительства новых портов и реконструкции существующих реальным направлением повышения эффективности работы ТУ является оптимизация управления перегрузочными процессами порта, его инфраструктурой на основе применения современных информационных и компьютерных технологий.

Сложность управления технологическими процессами в транспортных узлах определяется рядом специфических особенностей, важнейшей из которых является взаимодействие его элементов: судов, железнодорожного транспорта, автомобилей, грузовладельцев, перегрузочной техники и обслуживающего персонала. Дополнительные проблемы породила приватизация портов, в процессе которой произошло дробление портов на отдельные компании, связанные с администрацией порта лишь договорными отношениями. Конкуренция между перегрузочными комплексами (ПК) за овладение грузовой базой требует от них повышения качества обработки грузов, увеличения интенсивности грузовых, складских и прочих работ. Для обеспечения эффективного функционирования перегрузочного комплекса, имеющего многоцелевой характер, требуется выполнение значительного количества ограничений технических, экономических и социальных показателей, которые взаимосвязаны между собой и подвержены влиянию многочисленных факторов, значительная часть которых неуправляема портом.

Другой особенностью перегрузочных процессов в порту является их непрерывное развитие, обусловленное как изменением потребностей в переработке тех или иных грузов, так и постоянно изменяющейся обстановкой внутри порта и в обслуживаемых им регионах. Это вызывает необходимость максимальной формализации способов принятия решений как по оперативному - диспетчерскому управлению перегрузочными процессами, так и при их модернизации и реорганизации. Известно, что общая продолжительность работ при создании подсистем автоматизированного управления на основе типовых решений и процедур проектирования по сравнению с индивидуальной разработкой сокращается примерно на 30%, а стоимость — на 20%. Поэтому разработка эффективной методологии проектирования автоматизированных систем диспетчерского управления технологическими процессами в ТУ является одним из резервов снижения затрат на развитие перегрузочных мощностей и улучшение эксплуатационных и технико-экономических показателей работы ТУ.

Исходя из сказанного, разработка математических моделей качественных показателей перегрузочных процессов, методов их оценки с учетом влияния многочисленных факторов в условиях неопределенности, оптимизация управляющих воздействий, обеспечивающих необходимое качество организации транспортных процессов, обработки грузовых и транспортных потоков, создание соответствующих алгоритмов решения указанных проблем, их математического и программного обеспечения является актуальной проблемой проектирования и эксплуатации автоматизированных систем диспетчерского управления технологическими процессами в портах -транспортных узлах

Целью диссертационной работы является теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы по повышению эффективности автоматизированного диспетчерского управления технологическими процессами в транспортных узлах (на базе портов) на основе методов системного анализа перегрузочных комплексов, математического моделирования перегрузочных процессов и взаимосвязанных с ними процессов завоза-вывоза грузов, информационного обеспечения диспетчерского управления процессами перевалки грузов в условиях рыночной экономики, в системе рынка транспортных услуг и интермодальных сообщений.

Задачи исследований;

1. Разработать системную концепцию анализа перегрузочного процесса, обеспечивающую качественно новый уровень решения проблемы повышения эффективности эксплуатации перегрузочного комплекса.

2. Произвести структуризацию и выделить базовые направления развития и совершенствования автоматизированного управления перегрузочными процессами.

3. Разработать математические модели и алгоритмы создания сбалансированных графиков перегрузочных работ в условиях неопределенности.

4. Разработать методическое обеспечение количественного и качественного факторного анализа показателей качества перегрузочного процесса.

5- Разработать теоретические основы моделирования деятельности элементов транспортного узла как распределенных систем на основе ситуационных оптимизационных математических моделей, так и систем массового обслуживания с использованием имитационных моделей,

6. Разработать методологические аспекты создания, развития и совершенствования математического обеспечения задач управления контейнерными терминалами.

7. Создать формализованное описание производственного процесса для баз по ремонту контейнеров.

Объектом исследования являются перегрузочные процессы в транспортных узлах - портах и системы диспетчерского управления этими процессами.

Предметом исследования являются математические модели, алгоритмы и информационное обеспечение автоматизированного управления перегрузочными процессами.

Научная новизна, В диссертации проведено исследование, обобщение и развитие методологии принятия решений по управлению перегрузочными процессами в транспортных узлах на основе учета структурных, ситуационных и прогнозных математических моделей перегрузочных комплексов, информационных систем обработки и передачи статистических данных результатов функционирования перегрузочных комплексов:

1, Обоснована методология анализа деятельности перегрузочных комплексов и создания математического обеспечения автоматизированных систем управления перегрузочными комплексами на основе системного подхода к математической, алгоритмической и объектно—ориентированной реализации и новых информационных технологий по моделированию, созданию и исследованию сложных технических комплексов.

2. Разработано методическое обеспечение оценивания качества перегрузочного процесса, включающее в себя создание математических моделей показателей качества перегрузочной деятельности, обоснование параметров устойчивого функционирования перегрузочного комплекса,

3. Предложен комплекс организационных, управляющих решений по совершенствованию эксплуатационных, технических и экономических характеристик функционирования транспортного узла на основе построенных стохастических моделей перегрузочных процессов и прогнозирования его состояния в предстоящем ситуационном периоде.

4. Разработаны теоретические основы моделирования элементов транспортного узла на основе ситуационных, оптимизационных и имитационных моделей и алгоритмы их исследования. При этом построены стохастические модели перевалки грузов в порту, включающие в себя автотранспортные и складские грузовые работы с доставленной судном в порт судовой грузовой партией или отправляемой на судне из порта.

5. В рамках автоматизированного управления контейнерным терминалом разработана структура базы данных информационной системы грузовой обработки контейнеров, предложены алгоритмы, позволяющие решать задачи диспетчерского управления доставкой в порт или отправкой из него контейнеров наземным транспортом, оптимальным размещением контейнеров на складах контейнерного терминала. Обосновано применение разработанного программного обеспечения автоматизированного диспетчерского управления контейнерным терминалом в рамках системы мультимодальных транспортных коридоров.

6. Разработана стохастическая модель ремонтного производства контейнеров, ориентированная на оптимальное сочетание технических и экономических результатов грузовладельцев, грузоперевозчиков и ремонтников в целях сбалансированного сокращения совокупных затрат в реальных условиях рынка транспортных услуг.

Методы исследований. В диссертационной работе используются методы: математической статистики и теории вероятностей, теории экстремальных зна чений последовательностей случайных величин и случайных процессов, теории прогнозирования и регрессионного анализа, теории принятия статистических решений, теории стохастического программирования, теории алгоритмов, теории баз данных, оптимального управления и имитационного моделирования.

Практическая ценность работы заключается в создании и отработке комплекса средств алгоритмической и программной поддержки процессов про-ектирования автоматизированных систем диспетчерского управления, позволяющих решать задачи эффективного использования комплексного транспортного узла, каким является порт, разработку графиков транспортировки, перегрузки и складирования грузов, обеспечивающих снижение затрат на транспорт-но-складские операции.

В процессе выполнения диссертационной работы разработаны алгоритмические, методические и программные средства, которые используются в научно-исследовательских работах, в портах, на судоремонтных предприятиях, в учебном процессе в качестве подсистем автоматизированных систем управления перегрузочными комплексами, автоматизированных рабочих мест складских диспетчеров:

1. Алгоритмы оптимизации расписания перевозок грузов, алгоритмы размещения грузов на складских площадях и их программное обеспечение внедрены в Медвежьегорском порту ОАО «Беломорско - Онежское пароходство», в Новороссийском морском торговом порту, в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций, в Военной академии тыла и транспорта.

2. Алгоритмическое и программное обеспечение задач оперативного управлення контейнерным терминалом внедрены в ОАО «Морпорт СПб», ОАО «Канонерский судоремонтный завод».

3. Пакет прикладных программ "Анализ и прогноз. Ритмичность и стабильность" для оперативного анализа качества перегрузочного процесса и прогнозирования уровня ритмичности включен в отраслевой фонд алгоритмов и про грамм АСУ "ПОРТ" (ОФАП) и в Государственный фонд алгоритмов и программ РФ (ЛЬ П004849 ГосФАП РФ),

4. Методика определения оптимального количества контейнеров, ожидающих ремонта, внедрена в Балтийском ЦПКБ с ЭОП, использована в качестве теоретической основы научно-исследовательской работы по определению экономически обоснованных страховых запасов крупнотоннажных контейнеров для ремонтных предприятий морского транспорта (арх.№ і 1098-0006; №Гос.реп 01840074117), Математические модели производства по ремонту контейнеров и алгоритмы их исследования используются в учебном процессе СПГУВК на кафедре прикладной математики.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы были представлены и одобрены на отечественных и международных конференциях, семинарах и выставках, в том числе; на Международных научно-технических конференциях ТРАНСКОМ (1997, 1999, 2001 гт\ Санкт-Петербург), на Всероссийской научно-методической конференции СПГУВК (1994 г.), на научно-технических советах Вычислительного центра пароходств Северо-Западных бассейнов, на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПГУВК (1994 - 2002 гг.), на теоретических семинарах кафедр прикладной математики и высшей математики.

Публикации, По теме диссертации опубликовано 44 печатных работы, в том числе, 4 монографии: «Модели технологических процессов на транспорте», «Математическое моделирование транспортных процессов», «Математическое обеспечение нестандартных задач», «Оценка напряженности планов транспортных узлов», 3 учебпо-мстодических пособия.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и приложений. Общий объем работы составляет 304 страниц, в том числе 13 рисунков, 35 таблиц и список использованных источников из 150 наименований.

Подобные работы
Максаков Сергей Анатольевич
Оптимизация ресурсов и управление процессами информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин
Вороненко Андрей Владимирович
Обеспечение качества подшипниковых узлов в процессе автоматизированной серийной сборки с использованием средств пассивной адаптации
Култаев Беркин Баянгалиевич
Математическое моделирование, оптимизация, управление и диагностика воздушного конденсатора паросиловой установки
Лесков Евгений Евгеньевич
Оптимизация и управление мембранными системами
Федоренко Артем Борисович
Анализ, оптимизация и управление теплообменом в колосниковых холодильниках цементных печей
Семенова Елена Георгиевна
Методология алгоритмизации управления и моделирования процессов оптимизации конструкторско-технологических параметров бортовых комплексов
Лутков Сергей Алексеевич
Информационное обеспечение оптимизации процессов управления судном в условиях изменяющегося судового хода
Толстиков, Александр Степанович
Многоцелевая оптимизация процесса получения алюминия
Поляков Андрей Александрович
Оптимизация процесса горения в паровом котле при сжигании нескольких видов топлива с применением экстремального регулятора
Копейкин Дмитрий Викторович
Моделирование и оптимизация технологического процесса отбелки целлюлозы для проектирования и совершенствования отбельных установок

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net