Темой исследования является вопрос эксплуатации бесподпорных гидроузлов, к которым относится Чебоксарский гидроузел, так как возможные изменения некоторых режимов его работы приводят к значительным изменениям гидрологического и руслового режимов в нижних бьефах, вызывая прогрессирующую эрозию русла и понижение уровней воды. В статье выполнена комплексная оценка влияния добычи нерудных строительных материалов на русловые и судоходные условия участка реки Волги в нижнем бьефе Чебоксарского гидроузла (на участке 1187,0–1255,0 км судового хода). Методология работы основана на двумерном математическом моделировании характеристик течения и транспорта наносов с применением системы уравнений Сен- Венана в программном комплексе FLOOD. Моделирование проведено для двух состояний русла: бытового (фактического) и проектного (с учетом полной отработки карьеров). Результаты расчетов показали, что разработка карьеров не окажет значительного влияния на уровенный режим. Наибольшее воздействие на гидравлику потока оказывает месторождение «Сидельниковское», где скорости течения на судовом ходу снижаются вдвое, а на отдельных участках наблюдаются локальные деформации дна. При этом разработка других месторождений приводит к снижению скоростей течения, не вызывая размывов, так как скорость на этих участках не превышает расчетных значений неразмывающей скорости. Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что в существующих условиях разработка русловых карьеров с целью добычи нерудных строительных материалов не вызовет негативных последствий: не приведет к дополнительному понижению уровней воды, не усилит эрозионные процессы в русле и не приведет к ухудшению условий судоходства на данном участке реки Волги.

В работе рассмотрен процесс исследований, проводимых научным коллективом вуза на протяжении нескольких лет, начиная с 2019 г. по настоящее время, направленных на решение одной из важных составляющих процедуры поиска и спасания людей при транспортных происшествиях на море — оперативности обнаружения спасательных средств аварийного судна, на котором могут находиться члены экипажа и пассажиры. В работе выполнены исследования малого ленточного гидродинамического якоря, состоящего из металлической рамы, покрытой металлической сеткой, к которой вплотную друг к другу пришиты ленточные полоски вдоль верхней кромки рамы для установления его оптимальных конструктивных характеристик. Описана конструкция и показан внешний вид исследуемого гидродинамического якоря. Целью являлось получение количественных характеристик исследуемого якоря при испытаниях на стендовой установке, позволяющей имитировать орбитальное круговое движение якоря с различной высотой волны. Испытания проводились в опытовом бассейне на кривошипном стенде, имитирующем орбитальное движение спасательного средства на волнении. В ходе проведения испытаний варьировались следующие характеристики: период орбитального цикла 4–8 с, угол атаки гидродинамического якоря от 15° до 30°, угол отклонения закрылка гидродинамического якоря от 35° до 50°, а также фиксировалось натяжение троса подвески. При заданных параметрах наилучшие результаты работы ленточного гидродинамического якоря были достигнуты при угле атаки, равном 25°, угле отклонения закрылка 50° и периоде орбитального цикла более 7 с. Впоследствии эти параметры рекомендованы для проектирования фиксированных установочных значений ленточного гидродинамического якоря на спасательные средства для снижения ветро-волнового дрейфа.

Выполнено сравнение быстродействия двух алгоритмов определения широты местоположения судна по рельефу дна: классического алгоритма, основанного на поиске в матрице эталонных глубин строки, наиболее близкой к текущим измерениям по критерию среднего модуля ошибки, и алгоритма, созданного на основе нейронной сети, которая прогнозирует широту, принимая в качестве входного сигнала последовательность измеренных значений глубин. Для создания нейросетевой модели используются алгоритмы формирования образцов, а также обучения и тестирования. Нейронная сеть имеет десять скрытых слоев, каждый из которых содержит 200 нейронов, обладающих функцией активации в виде гиперболического тангенса. В процессе обучения используется контрольная выборка, образцы которой предназначены для расчета критерия в виде наибольшего значения модуля ошибки прогноза. Наименьшее значение указанного критерия соответствует оптимальному состоянию нейронной сети. Обучающая, контрольная и тестовая выборки формируются путем псевдослучайных изменений эталонной матрицы глубин, необходимых для учета колебаний уровня моря, а также постоянных погрешностей измерений. Набор данных о глубинах формируется для пяти различных значений пространственного шага по широте и долготе на основе слоя точечных глубин, содержащихся в электронной навигационной карте. Для каждого варианта набора данных обучается нейронная сеть, после чего выполняется сравнение быстродействия. Результаты показывают существенное преимущество нейронной сети с точки зрения скорости вычислений при максимальном объеме эталонных данных. С уменьшением объема данных, вызванным увеличением пространственного шага, вычислительное преимущество нейронной сети над поисковым алгоритмом утрачивается.

Целью исследования является разработка градиентной формализации параметра дистанции кратчайшего сближения судов как основы для анализа навигационной ситуации и планирования маневров предотвращения столкновений. Актуальность исследования обусловлена необходимостью строгого и наглядного описания параметра дистанции кратчайшего сближения. Выполнено исследование процесса расхождения судов и свойства скалярного поля параметров дистанции кратчайшего сближения в пространстве компонент скорости управляемого судна по меридиану и параллели. Целью работы является получение градиентного описания параметра дистанции кратчайшего сближения судов и интерпретация полученных результатов с позиций практического судовождения. В качестве основных методов используются широко известные из математических основ судовождения методы описания навигационных параметров через модуль и направление их градиентов, а также геометрическая интерпретация скалярного поля параметра и векторного поля градиента параметра. В явном виде определены модуль и направление градиента дистанции кратчайшего сближения судов, показана его связь с параметром времени кратчайшего сближения и с геометрией изолиний параметров кратчайшего сближения. Отмечается, что свойство ортогональности градиента соответствующим изолиниям может служить естественным обобщением выбора наиболее эффективного маневра расхождения судов. В результате исследования обоснована возможность использования градиентной формализации в задачах оценки опасности столкновения и синтеза алгоритмов расхождения судов. Основные выводы подтверждают, что градиент параметра дистанции кратчайшего сближения обладает самостоятельным навигационным смыслом и может рассматриваться как фундаментальная характеристика процесса расхождения судов.

Темой исследования являются когнитивные опасности по М. Эндсли (демоны), оказывающие влияние на снижение уровней владения ситуацией судоводителем при несении ходовой навигационной вахты. Несмотря на интенсивное внедрение прогрессивных информационно-коммуникационных технологий в мореплавании аварийность на транспортных судах находится на достаточно высоком уровне. Отмечается, что основной причиной аварийности является человеческий фактор, который в большинстве случаев выражается в потере владения ситуацией судоводителем при исполнении им обязанностей по несению вахты на мостике судна. Этому способствуют когнитивные опасности, которые подстерегают судоводителя, осуществляющего наблюдение за навигационной обстановкой. Реализация этих опасностей превращает их в причины некачественного процесса наблюдения, запуская механизмы снижения уровней владения ситуацией, что оказывает негативное влияние на восприятие окружающей навигационной обстановки, ее понимание и прогнозирование развития в некотором интервале времени. Подчеркивается, что когнитивные опасности, сопутствующие выполнению функций по несению вахты, трудно распознаются, что создает определенные сложности для сбора необходимых данных для проведения исследования по моделированию ментального и физического состояния человека, а также его поведения в различных, особенно критических ситуациях. Частичное решение проблемы может быть получено с помощью математических инструментов, способных объединять статистические и экспертные оценки для решения подобных задач. В работе предлагается использование байесовских сетей доверия для оценки влияния этих опасностей на навигационные происшествия. Представленный метод дает возможность решать прямую задачу по оценке вероятности происшествия под влиянием когнитивных опасностей, что связано с оценкой риска, а также проводить анализ обратной задачи по оценке вероятностей причин уже произошедшего происшествия. В статье рассмотрен пример байесовской сети доверия, моделирующей условные вероятностные зависимости между событиями, которые связывают потенциальные когнитивные опасности с уровнями владения ситуацией судоводителем и непосредственными причинами происшествия на примере посадки судна на грунт.

Темой исследования является оценка возможности принятия оптимального решения организации доставки и перевалки насыпных грузов через морской контейнерный терминал на основе системного подхода. Актуальность темы обусловлена снижением контейнеропотока на отечественных морских терминалах и необходимостью изучения возможности привлечения высвободившихся мощностей портов к переработке нетрадиционных для таких площадок грузов, в частности удобрений, следующих в упаковке и навалом с заводов-производителей, расположенных в глубине или даже за границами хинтерленда. Применение системного подхода как эффективного инструмента поиска новых решений позволяет разделить весь рассматриваемый процесс формирования сложной транспортной системы, призванной обеспечить продвижение продукции, на несколько подсистем, решающих отдельные задачи. В частности, к рассмотрению предложены подсистемы доставки насыпного груза на терминал и проведения погрузочно-разгрузочных операций непосредственно в морском порту с тем, чтобы определить единую оптимальную технологию для процесса в целом. Обращается внимание на то, что решения по организации и управлению рассматриваемой технологии не могут приниматься с опорой на оценку производственных возможностей отдельных звеньев цепи продвижения продукции, отвечающих за выполнение возложенных на них функций в своей зоне ответственности, они требуют всестороннего анализа деятельности всех компонентов. В предлагаемой работе решения о доставке и перевалке насыпных грузов через морской контейнерный терминал предлагается принимать на основе предварительной оценки мощностей грузовых комплексов, включенных в рассматриваемую транспортную систему. В качестве вывода подчеркивается, что доставка и отгрузка запланированных объемов насыпных грузов с минимальными временными и стоимостными издержками возможна только при учете всех факторов, оказывающих влияние на работу системы в целом.

В работе выполнены исследования в области разработки судовых измерителей скорости нового типа, работающих на микроэлектромеханических элементах. Отмечается недостаток в конструкции, предложенной в ранних публикациях авторов. С помощью компьютерных расчетов доказано наличие существенной погрешности при вычислении скорости судна, которая обусловлена некорректным измерением статического давления воды из-за эффектов, возникающих при обтекании цилиндрического тела жидкостью. Выполнены исследования с использованием современных программных комплексов с целью оценки погрешностей измерения скорости судна, а также для определения оптимальной формы трубки лага и мест размещения датчиков давлений. На основе результатов компьютерного моделирования предложена конструкция, обеспечивающая меньшую погрешность измерения. Экспериментальная проверка макета нового лага выполнена в реальных морских условиях. Подтверждена возможность измерения относительной скорости судна с помощью микроэлектромеханических элементов. Предложенная в работе модель лишена многих недостатков, характерных для гидродинамических лагов прошлых поколений. Конструкция прибора уменьшена в разы, что в перспективе дает возможность устанавливать лаг как на классических типах судов, так и на малогабаритных морских автономных судах. Выделены ключевые направления дальнейших исследований.

В работе рассмотрен актуальный для внутренних водных путей регионального значения вопрос по определению достоверного расчетного судоходного уровня. Точное определение фактического значения расчетного судоходного уровня на внутренних водных путях Российской Федерации непосредственно связано с процессом обеспечения безопасности судоходства. Отмечается, что расчетный судоходный уровень определяет важный для судоводителя норматив, позволяющий осуществить безопасный проход судов через наведенные или неразводные судоходные пролеты мостов. Констатируется, что именно от расчетного судоходного уровня устанавливается надводный габарит судоходных пролетов мостов. Приведены обоснования того, что в случае, если нижняя граница будет определена с ошибкой, то это приведет к уменьшению или увеличению фактического значения надводного габарита. В первом случае это может привести к тому, что некоторым судам проход в наведенный или неразводной судоходный пролет моста будет запрещен. Во-втором случае, если фактическое значение надводного габарита будет меньше нормированного, то при движении судна в судоходном пролете моста может произойти транспортное происшествие.

Подчеркивается, что точное определение расчетного судоходного уровня является особенно актуальным на путях регионального значения, часть которых расположена в черте крупных городов, имеющих развитую систему рек и каналов, на которых осуществляется регулярное судоходство. Обращается внимание на то, что в черте г. Санкт-Петербурга находится 66 мостов, проход под которыми разрешен в судоходные пролеты, причем суда, проходящие в такие пролеты, имеют минимальный запас по высоте и в этом случае крайне важно точно определить расчетный судоходный уровень для каждого из мостов. Приведены доказательства того, что только такой подход позволит обеспечить необходимый уровень безопасности судоходства в совокупности с достаточным уровнем эффективности использования водного пути, обусловленной возможностью эксплуатации судов, обладающих максимально возможными габаритами на путях регионального значения, где расположены мосты, под которыми судам разрешен проход.

Проведены эксперименты на дизельном двигателе 2Ч10,5/12 воздушного охлаждения номинальной мощностью 22 кВт. Температуры моторного масла в картере и окружающего воздуха поддерживались постоянными и равными, соответственно, 85±1 и 30±1 ^оС. Механические потери определялись методом проворачивания коленчатого вала дизеля с помощью постороннего источника энергии (без подачи топлива) и методом сравнения индикаторной и эффективной мощностей. В качестве моторных применялись минеральные масла И-20А и МС-20, а также композиции, составленные из смеси указанных масел. Оказалось, что мощность механических потерь, определенная методом проворачивания коленчатого вала с помощью электродвигателя, примерно на 16 % ниже мощности потерь при испытании дизеля в моторном режиме (на 30 % от номинальной мощности), т. е. методом сравнения индикаторной и эффективной мощностей. Исходя из того, что основная доля снижения механических потерь обусловлена меньшим давлением прижатия колец к стенке цилиндра, были рассчитаны коэффициенты трения колец. Полученные значения коэффициентов трения более чем в 5 раз превышают значения коэффициентов трения, имеющиеся в научной литературе, что свидетельствует о том, что изменение трения поршневых колец не является главной причиной снижения мощности механических потерь при переходе от моторного режима испытаний дизеля к режиму проворачивания коленчатого вала, поэтому трение поршневых колец невозможно оценить сопоставлением значений мощности потерь, полученных методом проворачивания коленчатого вала дизеля (без подачи топлива) и методом сравнения индикаторной и эффективной мощностей. Проведен анализ причин снижения мощности механических потерь при переходе от моторного режима испытаний к режиму проворачивания коленчатого вала.

В исследовании выполнен анализ организационно-технологических подходов к повышению технологичности строительства плавучих энергоблоков, являющихся перспективным решением для энергоснабжения арктических территорий и инфраструктуры Северного морского пути. Актуальность работы обусловлена государственными планами по развитию Арктической зоны и необходимостью освоения серийного производства плавучих энергоблоков, требующего снижения трудоемкости, сроков и стоимости строительства при сохранении высокого качества корпусных конструкций и безопасности атомных энергетических установок. Цель исследования заключается в систематизации организационно-технических мероприятий, направленных на повышение эффективности производства плавучих энергоблоков на всех этапах жизненного цикла. Рассмотрен опыт строительства плавучей атомной теплоэлектростанции «Академик Ломоносов» и проектов распределенной верфи, выделены десять ключевых технологических позиций производства — от плазовых работ и корпусообработки до достроечных работ и испытаний. Предложена разработка общих технических требований к изготовлению конструкций корпуса, защитных оболочек и трубопроводов, внедрение альбомов типовых корпусных конструкций и сварных соединений для унификации производства. Особое внимание уделено конструктивно-технологическим решениям: оптимизации расположения вырезов в секциях, минимизации монтажных сварных соединений, применению вероятностных методов оценки сроков (PERT/ COST). Исследование содержит предложения по совершенствованию неразрушающего контроля сварных соединений с учетом перехода на национальные стандарты, возможности применения полимерных трубопроводов для вспомогательных систем, а также оптимизации программы испытаний защитных оболочек и ограждений реакторного отсека. Разработана система организационно-технических мероприятий, включающая технологическое обеспечение строительства, управление качеством и унификацию документации. Полученные результаты могут служить методологической основой для разработки программ управления технологичностью при серийном производстве плавучих энергоблоков и быть адаптированы для других проектов судов арктического назначения.

Темой исследования являются малооборотные двухтактные крейцкопфные двигатели, которые занимают доминирующее положение среди агрегатов, обеспечивающих энергией движение крупнотоннажных морских судов торгового флота. В статье описаны перспективы и основные направления совершенствования судовых двухтактных малооборотных двигателей. На основе рассмотрения общих принципов конструкции в качестве главных направлений выделены: экономичность, экологическая безопасность и надежность. Отмечается, что несмотря на высокую степень термодинамического совершенства цикла, остаются некоторые резервы для достижения более низких уровней удельного эффективного расхода топлива за счет сокращения внутренних потерь в двигателе и глубокой утилизации энергии отработавших газов. В работе рассмотрены экологические аспекты работы судовой дизельной энергетической установки на основе малооборотного двигателя и отмечены перспективы различных технологий в достижении действующих требований по ограничению выбросов вредных компонентов из состава отработавших газов. Выделены основные направления в развитии технологий сокращения эмиссии оксидов азота, среди которых непосредственное воздействие на протекание внутрицилиндровых процессов, рециркуляция отработавших газов и селективное каталитическое восстановление. Также рассмотрены перспективы применимости отдельных способов борьбы с выбросами соединений серы и твердых частиц. Отдельное внимание в работе уделено проблемам сокращения выбросов парниковых газов, в качестве наиболее перспективных в обозримом будущем тенденций выделено использование альтернативных топлив: природного газа, метанола и аммиака. В рамках настоящей работы затронуты вопросы наиболее эффективного способа повышения надежности эксплуатации — мониторинга технического состояния энергетической установки.

Проведена разработка комплексных подходов, обеспечивающих интегральную оценку их технического состояния в условиях перехода к системам прогнозного технического обслуживания, являющаяся актуальной при ужесточении экологических стандартов и требований к надежности дизельных двигателей. Основной исследуемой в работе проблемой является отсутствие комплексного подхода, позволяющего интегрировать разрозненные данные от разнородных диагностических систем в единую объективную оценку технического состояния судовых дизельных двигателей. Объектом исследования выступают процессы диагностирования судовых дизелей, предметом — существующие методы комплексной оценки их технического состояния. Целью исследования является разработка метода, обеспечивающего интегральную оценку и оперативную визуализацию технического состояния судового дизельного двигателя, количественную оценку степени его деградации, объективное сравнение технического состояния различных судовых дизельных двигателей и формализацию решений о необходимости ремонта. Для достижения поставленной цели решается задача согласования разнородных диагностических признаков (параметрических, виброакустических, данных анализа масел и др.) с различными единицами измерения и временными масштабами. В качестве основного метода решения задачи предложен подход, базирующийся на применении метода многомерного анализа. Основными этапами оценки являются: классификация диагностических параметров, их линейное нормирование для приведения к единой безразмерной шкале и преобразование многомерного диагностического пространства в двумерную визуальную модель — радарную диаграмму. Для количественной оценки технического состояния используется расчет площади этой диаграммы, модифицированный с введением весовых коэффициентов, отражающих значимость каждого параметра. Дополнительно вводятся коэффициенты, характеризующие асимметрию износа и равномерность деградации узлов. Интегральный коэффициент технического состояния судовых дизельных двигателей рассчитывается как отношение площади диаграммы исследуемого двигателя к площади эталонной диаграммы, построенной на эталонных значениях параметров двигателя. Главным результатом исследования является разработанный математический аппарат и прикладной метод, позволяющий не только рассчитывать интегральный показатель (например, в приведенном примере он составил 39,47 %, что соответствует неудовлетворительному состоянию), но и визуально идентифицировать наиболее деградирующие узлы по геометрическим параметрам диаграммы. Основной вывод заключается в том, что предложенный метод позволяет объединять разнородные диагностические параметры в единый интегральный показатель, визуализировать степень деградации различных узлов дизельного двигателя и прогнозировать его остаточный ресурс. Данный метод переход от субъективной качественной интерпретации разрозненных данных к объективному количественному анализу и может быть положен в основу перехода от планово-предупредительных ремонтов к обслуживанию по фактическому состоянию, что повышает безопасность, надежность и экономическую эффективность эксплуатации судовых энергетических установок и других источников механической энергии.

В работе предлагается интегрированная система обработки сигналов и машинного обучения, предназначенная для автоматизации диагностики и прогнозирования состояния судовых технических средств.

Рассмотрены варианты модовой декомпозиции, возможности интеграции преобразования Гильберта — Хуанга (Hilbert — Huang Transform (HHT)) с методами машинного обучения. Рассматриваемый подход основан на адаптивной частотно- временной декомпозиции, включающей методы HTT совместно с алгоритмами вариационной модовой декомпозиции (Variational Mode Decomposition, VMD), которые позволяют провести анализ функциональных характеристик режима работы и минимизировать влияние шумовых искажений. Полученные в результате декомпозиции компоненты передаются в качестве входных данных для обучения нейронной сети. Обоснован выбор архитектуры нейронной сети для выявления характерных неисправностей судовых технических средств. Особое внимание в исследовании уделено гибридной архитектуре VMD-KAN-LSTM, которая объединяет предварительную обработку на основе вариационной модовой декомпозиции с применением сети Колмогорова – Арнольда (Kolmogorov – Arnold Network, KAN) и модели долговременной кратковременной памяти (Long Short — Term Memory, LSTM). Данная архитектура позволяет учитывать нелинейные взаимодействия между объектами и временные зависимости в данных. Эффективность предложенной методики оценена в ходе эксперимента на основе данных, полученных с судового поршневого компрессора. Проведенные сравнительные эксперименты с использованием модели LSTM совместно с вариационной модовой декомпозицией с применением сети Колмогорова — Арнольда и аналогов показали, что применение метода вариационной модовой декомпозиции значительно улучшает качество классификации в условиях наличия помех. Архитектура VMD-KAN-LSTM продемонстрировала наивысшую точность диагностики среди рассмотренных моделей. Результаты исследования подтверждают эффективность применения методов декомпозиции для мониторинга и прогнозирования технического состояния судовых технических средств.

Статья посвящена разработке подхода к интеллектуальной поддержке мониторинга транспортно-логистических услуг в интегрированных цепях поставок на основе риск-менеджмента. Актуальность исследования обусловлена ростом неопределенности и рисконагруженности транспортно-логистических процессов, геополитической нестабильности, трансформации логистических маршрутов и необходимости организации мультимодальных перевозок. Особое внимание уделяется водному транспорту, для которого характерна высокая зависимость от природных, инфраструктурных и организационно-технологических факторов, что усиливает вероятность возникновения каскадных эффектов в цепях поставок. Целью исследования является формирование концепции комплексного мониторинга рисков транспортно-логистических услуг и разработка системы интеллектуальной поддержки принятия решений для обеспечения устойчивого и безопасного функционирования интегрированных цепей поставок. Объектом исследования являются транспортно-логистические услуги в составе интегрированных цепей поставок, предметом исследования — методы и инструменты мониторинга и оценки рисков, возникающих в процессе их реализации. Методологическую основу исследования составляют методы риск-менеджмента, системного анализа, экспертных оценок, а также методы формирования и анализа альтернатив управленческих решений. В статье описаны способы получения релевантной информации о рисках, представлена структура системы интеллектуальной поддержки, раскрыто содержание ее семантического ядра и приведен алгоритм функционирования при выборе оптимальных управленческих решений. В результате исследования обоснована целесообразность использования интеллектуальных систем для мониторинга рисков транспортно-логистических услуг, показана роль критических точек водного транспорта в обеспечении устойчивости цепей поставок и подчеркнута значимость визуализации данных для повышения оперативности и обоснованности управленческих решений. Предложенный подход к интеллектуальной поддержке мониторинга транспортно-логистических услуг применим к различным классам транспортно-логистических услуг, включая водный транспорт, объекты которого могут рассматриваться как критические точки интегрированных цепей поставок с повышенной риск-нагруженностью.