Preview

Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова

Расширенный поиск

Научный журнал Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова (Вестник) основан в 2008 году и является периодическим изданием, зарегистрированным Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Свидетельство о регистрации средства массовой информации от 17 июля 2013 г. ПИ № ФС 77-54734).

Вестник входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук (Перечень ВАК).

С 2009 года журнал включен в базу данных Российский индекс научного цитирования (РИНЦ).

Вестник адресован профессорско-преподавательскому составу, аспирантам, сотрудникам ВУЗов и научных организаций России и зарубежных стран, практическим работникам предприятий и организаций водного транспорта.

Вестник открыт научному творчеству авторов по актуальным проблемам науки и техники в области водного транспорта, в создании устойчивой читательской аудитории.

Статьи публикуются на русском и английском языках.

Статьи тщательно отбираются по критериям новизны, актуальности, научно-практической значимости, возможности реального использования описанных в них новых технологий на водном транспорте.

По содержанию статьи должны соответствовать названию журнала, его целям и задачам. Статьи рецензируются независимыми экспертами.

Публикация статей в журнале бесплатная.

Авторский экземпляр распространяется по подписке (Индекс для подписки Пресса России: 37276).

Текущий выпуск

Том 14, № 2 (2022)

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА, СУДОВОЖДЕНИЕ 

157-168 107
Аннотация
В статье рассмотрена методика проектирования морских портов. Отмечается, что для морских перегрузочных комплексов результатом проектирования является проектная документация, в которой содержится не только достаточная для строительства и ввода в эксплуатацию информация, но отражены практически все физические, операционные, эксплуатационные и финансово-экономические характеристики создаваемого объекта. Ввиду того, что к физическому воплощению объекта переходят лишь после завершения проектирования, в работе исследовано несколько моделей. Подчеркивается, что неодинаковые требования к точности, надежности и детализации данных на разных этапах проектирования требуют использования для их анализа моделей различной сложности и точности. Приведены доказательства того, что капиталоемкость инфраструктурных объектов морского транспорта, отсутствие ликвидности и масштабность социально-экономического воздействия на общество определяют особые требования к этому виду деятельности, выражающиеся в жестком регулировании и нормировании всех проектных процедур. Отмечается, что необходимость нормативного регулирования методов проектирования, в свою очередь, приводит к значительному отставанию используемых методов от имеющихся достижений в этой области научного прогресса, что не позволяет повысить точность результатов проектирования. В данном исследовании формируются общие положения математического моделирования, используемого в качестве инструмента на разных этапах процедуры проектирования морских перегрузочных комплексов. С этой целью проводится краткий содержательный анализ типовых этапов этой процедуры, который позволяет сопоставить последовательность этапов технологического проектирования с использованием средств статистического моделирования и теории массового обслуживания. Приведено описание новой концепции имитационного моделирования, позволяющей совместить гносеологические преимущества данного подхода с универсальностью, присущей традиционным методам. Сохранение универсальности и объективная процедура последовательного установления адекватности всех описанных в исследовании моделей позволяют ставить вопрос о внесении этого инструментария в общие правила и рекомендации, действующие в отношении проектирования морских перегрузочных комплексов.
169-180 56
Аннотация
Темой исследования является вопрос разработки новых моделей и методов для оценки эффективности портовых операций морских пассажирских портов и терминалов в целях эффективного планирования работы и точного прогнозирования развития инфраструктуры. Отмечается, что изменения в маршрутных круизных и паромных сетях, особенно актуальные в условиях восстановления пассажиропотока после постепенного снятия ограничений по причине Covid-19, непосредственно отражаются на загруженности порта. Предлагается в сферу принятия решений по управлению морским пассажирским портом включить модели на основе рассмотрения вероятностных процессов заходов круизных или паромных судов. В качестве объекта исследования выбран регион Балтийского моря. Представлены основные современные направления в сфере морских пассажирских перевозок, подтверждающие постепенное восстановление работы маршрутных сетей. Объектом исследования выбран поток круизных и паромных судов морского пассажирского порта Пассажирский порт Санкт-Петербург «Морской фасад» (Санкт-Петербург). Выполнен анализ загруженности причалов, анализ размеров круизных и паромных судов, исследованы маршрутные сети паромных и круизных линий. В результате исследования представлена новая стохастическая модель и проведено сравнение с известными законами распределения. На основе полученных данных определена доверительная область принятия решений по загруженности порта. Рассматриваемая зона формируется на основе оценки исследования динамики нестационарной интенсивности движения судов с последующим применением корреляционно-регрессионного анализа и характеристик случайной функции, описывающей интервалы между отдельными прибытиями круизных и паромных судов. В предлагаемую модель включена возможность рассмотрения различных приоритетов, в первую очередь, по длине судна. Для выполнения исследования загруженности порта была построена цифровая транспортная модель в среде AnyLogic. Полученные данные используются для оптимизационных экспериментов в программной среде AnyLogic с целью комплексной оценки работы морского порта за год. На основе оптимизационного эксперимента и моделирования с учетом различных законов распределения формируются данные, которые используются для принятия решений при неопределенности для модернизации инфраструктуры. Представленная модель может быть использована для обоснования управленческих решений как на стратегическом, так и на тактическом уровне для оценки эффективности инвестиционных проектов по развитию морских пассажирских портов и терминалов.
181-198 36
Аннотация
Статья посвящена вопросам имитационного моделирования транспортных узлов и систем. Определено, что склады в морских портах выступают буферами, позволяя сглаживать возникающую разницу входящего и исходящего грузопотока между сухопутным и морским транспортом. Отмечается, что при проектировании морских угольных терминалов выбор размера, компоновки и оборудования склада является одной из актуальных задач. В работе приводятся основные принципы размещения штабелей угля в зависимости от вместимости открытого склада, судовых партий и срока хранения. Одним из показателей, определяющих корректность выбора размера и компоновки склада, выбран коэффициент использования вместимости склада и приведены формулы его расчета. В статье определены принципы укладки угля в штабели. Выделено четыре основных метода укладки: конический, по типу шеврон, укладка слоями и укладка окнами. Определена зависимость плотности складирования угля от массы штабеля и коэффициента использования склада от среднего времени хранения груза. Определены подходы к подбору складского оборудования и машин циклического действия, указаны преимущества и недостатки различных видов машин складского хозяйства. Даны определения технической и эксплуатационной производительности машин. Сделан вывод о том, что полноценно оценить влияние стохастических событий, происходящих на складе терминала, можно только с использованием имитационного моделирования. Для этой цели выбрана среда Anylogic. С помощью элементов этой среды создана цифровая копия склада угольного терминала, обслуживающего материальный поток - сыпучий груз. Дано подробное разъяснение принципов и подхода к созданию цифровой модели, конкретизированы внутренние и внешние связи элементов. В заключение приведены сведения о вариантах настройки и управления моделью, дана краткая информация о полученных результатах.
199-217 36
Аннотация
В статье выполнен анализ текущих достижений и дальнейших перспектив в международной научной и проектной деятельности по направлению морской транспортировки углекислого газа (СО2) в целях дальнейшего применения на проектах в РФ. Отмечается, что данное направление является актуальным - задачи по портовой перевалке и транспортировке этого нового газообразного груза рассматриваются авторами с начала 2010-х гг., первые морские проекты будут реализованы в середине 2020-х гг. CCS (от англ. «carbon capture and storage») - улавливание СО2 от промышленных технологических процессов, его транспортировка и хранение в подземных геологических структурах - одна ключевых крупнотоннажных технологий снижения выбросов СО2 на промышленных объектах. Это обуславливает растущий интерес к развитию морского транспорта СО2 и подтверждается тем, что в текущем десятилетии в Европе заявлено к реализации более пяти морских крупнотоннажных хабов СО2. Подчеркивается, что морской транспорт является перспективным способом доставки углекислого газа от территориально отдаленных эмитентов (более 1 км) до месторождений по закачке СО2, что подтверждают научные исследования и технико-экономические обоснования. Выполненный в статье анализ наиболее цитируемых и авторитетных научных международных источников показывает, что по отдельным технологическим направлениям достигнут заметный прогресс: подтверждена надежность технологической цепочки, определены транспортные характеристики СО2, сформирован вывод о целесообразности перевозок СО2 на судах под средним (15-20 атм - эксплуатируемый малотоннажный флот пищевого СО2 и строящиеся суда для норвежского проекта Longship) или малым давлением (до 10 атм - наибольшие перспективы в снижении стоимости и увеличении судовых партий). В предлагаемом обзорном исследовании впервые в отечественной практике сформирован общий функционально-технологический принцип цепочки морского транспорта СО2 и определены оптимальные перспективные технологии. В результате на основе результатов выполненного анализа создана база для дальнейших исследовательских и прикладных работ, являющихся особенно актуальными в связи с растущей заинтересованностью государства и промышленных предприятий в снижении углеродного следа.
218-229 86
Аннотация
Объектом настоящего исследования является морской порт как транспортный узел, обладающий внутренней инфраструктурой, состоящей из различных подразделений, действия которых координируются системой управления. Отмечается, что внедрение информационных систем в структуру управления портов позволяет координировать действия между подразделениями порта и внешними партнерами. Морской порт рассматривается как система, состоящая из подсистем, информация о состоянии которых позволяет упорядочить процессы перемещения грузов, осуществлять работу порта на определенный период планирования и принимать решения при возникновении нестандартных ситуаций. В статье отмечается,что погрузочно-разгрузочные работы в порту осуществляются посредством подъемно-транспортного оборудования, которое в последнее время производится с автоматическим и автоматизированным управлением. Обращается внимание на то, что автоматизированное погрузочно-транспортное оборудование и связанные с ним технологии обработки и отслеживания мест складирования обрабатываемых грузов способствуют повышению эффективности работы морских портов. Подчеркивается, что использование информационных технологий в морских портах снижает вероятность возникновения ошибок, которые могут произойти из-за человеческого фактора, а также способствует оптимизации технологических процессов и снижению простоев транспортных средств. Особо отмечается, что развитие информационных систем способствует интеграции грузового плана морского порта со сменно-суточным планом и прибытием под обработку транспортных средств, что позволяет осуществлять оперативное управление морским портом. Приведенные данные свидетельствуют о том, что информационные ресурсы являются экономической ценностью и выступают как один из факторов управления морским портом. В работе рассмотрены информационные технологии, используемые в транспортной отрасли, и выявлены тенденции развития информационных систем портового хозяйства. На основе анализа научной литературы сделано заключение о том, что внедрение информационных технологий в портах способствует повышению производительности и укрепления сотрудничества между заинтересованными сторонами транспортной сферы деятельности. «Умные порты» позволят портовой отрасли взаимодействовать с внешними предприятиями с более высокой точностью, открытостью и прозрачностью, тем самым улучшить производственные отношения и эффективность работы.
230-247 26
Аннотация
В работе выполнена задача организации информативного маршрута как оптимальной сплайн-траектории движущегося объекта с оценкой информативности эталона корреляционно-экстремальной навигации. С позиций подхода планирования сформирован оптимальный геометрический путь, проходящий через заранее определенные знаковые промежуточные точки с учетом уклонения от навигационных опасностей как «пятен препятствий». В рамках стратегии информативного планирования сплайн-пути отмечается актуальность решения проблемы синтезирования оптимальной траектории в двух вариантах: методами В-сплайнов и классических полиномиальных интерполяций как реализации тактикидвижения мобильного объекта в конфликтной среде. Дана сравнительная характеристика по двум альтернативным алгоритмам решения задачи с уточнением преимуществ и недостатков каждого варианта. В качестве демонстрации практической применимости интерполяционного подхода спроектирована сплайн-траектория показательного примера в маршруте корреляционно-экстремальной навигации на фоне контурной карты изолиний. Сделан акцент на возможности формирования формы навигационной изоповерхности за счет эффективного использования кривизны сплайн-траектории как репродуктивного шаблона для построения аксонометрической проекции. Сделан прогноз о тенденциях возможного использования отдельной оптимальной траектории движения объекта непосредственно для построения любой степени сложности профиля информативного поля. Выдвинута гипотеза о допустимости практического использования хаотичной архитектуры сплайн-градиентов для эффективного планирования оптимальной траектории. Рассмотрен веер векторов сплайн-градиентов с персональной ориентировкой по направлению максимального изменения навигационной функции на каждом сегменте кусочной ломаной линии пути в процедуре маршрутизации судна. Сформулирован вопрос обеспечения возможности принятия согласованного решения по управлению судном персоналом за счет автоматизированного формирования сплайн-траекторий в режиме реального времени с синхронным представлением геометрического компьютерного сопровождения вахтенному помощнику, что позволяет предложить интегрирование рассматриваемых задач в облачную интеллектуальную технологию «дополненной реальности».
248-256 57
Аннотация
Темой исследования является вопрос оценки безопасности применения судов автономного типа и подходящих критериев режима эксплуатации, имеющий статус приоритетного, так как в настоящее время большое количество прототипов таких судов планируется к спуску на воду. Отмечается, что классификационные общества определяют правила классификации и постройки данного типа судов. В статье предлагается использовать метод анализа видов и последствий отказов, хорошо зарекомендовавший себя в аэрокосмической промышленности во второй половине прошлого века. Для этого используется концепция приоритета риска, взятая из анализа рейтингов возникновений и последствий отказов. Все параметры для определения приоритета риска получены в ходе анализа аварий различных типов судов, в том числе безэкипажных. Рассмотрен рейтинг возникновения режима отказа в автономном судовождении, рейтинг критичных последствий режима отказов и рейтинг обнаружения режима отказа для автономных судов. Каждый их указанных видов рейтинга включает десять уровней. Оценка уровней отказов состоит изчетырех этапов. Первоначально необходимо осуществить определение потенциальных режимов отказа. Затем проводится оценка параметров концепции приоритета риска и вида отказа. Для каждого эксплуатационного режима работы, а именно: ручного управления, дистанционного или автономного управления осуществляется расчет сценария концепции приоритета риска. Выполнен анализ результатов расчета, сформулированы предложения для каждого из трех эксплуатационных режимов и даны рекомендации корректирующих действий. Полученные результаты показывают, что в одинаковых условиях диапазон уровня риска варьируется в зависимости от эксплуатационных режимов автономного судна. Результаты представлены в таблице выбора корректирующих действий и графически для визуальной оценки и направленности опасности. Предложенный подход позволяет выбрать наиболее безопасный для данного уровня риска режим эксплуатации, а также спрогнозировать необходимые корректирующие действия.
257-263 33
Аннотация
В работе исследовано прикладное значение потенциальных возможностей контейнера, задействованного в перевозке грузов в зоне хинтерленда, которые предполагают внешнее проявление его транспортных характеристик в системном взаимодействии с другими объектами и участниками процесса. Отмечается, что уровень потенциальной (максимальной) провозной возможности большегрузного контейнера в зоне хинтерленда является отражением организационно-технологических условий его эксплуатации, а величина достигнутых провозных возможностей характеризует уровень развития логистики на рассматриваемом полигоне. Классифицирован и описан ряд сценариев организации обработки контейнеров в зоне хинтерленда. Выявлены зависимости и представлен математический аппарат для оценки использования транспортного потенциала контейнера. Подчеркивается, что задача развития провозных возможностей рассматриваемой системы предполагает сокращение протяженности маршрутов перевозок и разработку мероприятий, обеспечивающих наиболее полную загрузку транспортных средств и увеличение средней скорости перевозок при имеющихся ограничениях на сопутствующие операции (например, погрузочно-разгрузочные). Сформулирована задача расчета оценки развития внутренней логистики хинтерленда как внешнего фактора перевозки. Обращается внимание на то, что развитие внутренней логистики не зависит от наличия или отсутствия грузов в регионе на текущий момент. Выявлено влияние уровня развития внутренней логистики на режимы работы контейнерного терминала и зоны его обслуживания. Сделан вывод о том, что уровень использования транспортного потенциала контейнера в зоне хинтерленда достигает расчетного уровня развития логистики только при 100 %-й загрузке контейнера в обоих направлениях, в целом не оказывая влияния на организацию транспортного процесса на рассматриваемом полигоне.

СУДОСТРОЕНИЕ И СУДОРЕМОНТ 

264-271 35
Аннотация
Статья посвящена описанию экспериментальной установки для исследования долговечности образцов из полимерных композиционных материалов, используемых для изготовления надстроек морских транспортных судов. Подробно представлен конструктивный состав установки, рассмотрены способы приложения нагрузок на испытуемый образец. В состав экспериментальной установки входит качающий стол моделирующей качки судна, на котором закреплен испытуемый образец болтовыми, заклепочными или клеевыми способами соединения. В данной работе выполнен анализ нагрузок, действующих на стены надстройки, в частности в районе нижней части, соединенной с основным корпусом судна при эксплуатации судна в морских условиях. Отмечается, что действующие нагрузки на испытуемый образец моделирует нагрузки, действующие на надстройки морских судов, в частности на узел соединения надстройки с основным корпусом. При проведении испытаний на данной установке предусмотрена возможность изменения величин нагрузок в соответствии с реальными условиями нагружения судовых надстроек. Рассмотрена установка, имеющая универсальный характер и позволяющая исследовать долговечность образцов, изготовленных из полимерных композитных материалов в зависимости от их структурных составляющих, количества и расположения слоев при определенных условиях нагружения с учетом ветровых и волновых нагрузок, а также сжимающих нагрузок, возникающих от собственного веса надстройки. Приведены результаты расчета напряжений, возникающих в испытуемом образце под действием указанных ранее нагрузок. Сделан вывод об актуальности и преимуществах использования предлагаемой установки для определения долговечности полимерных композитных материалов и актуальности совершенствования ее при проведении дальнейших исследований.
272-280 18
Аннотация
Проанализирована ситуация, сложившаяся на судоремонтном производстве с учетом организации производства, управления качеством и контроля качества в процессе ремонта судов. Доказана необходимость совершенствования технологических процессов судоремонтного производства. Предлагается непрерывное улучшение производственного процесса за счет снижения потерь, возникающих при нерациональном ведении производства. Отмечается, что внедрение принципов бережливого производства позволит существенно снизить потери. Указано на необходимость решения задач по обеспечению судоремонтного производства современными средствами неразрушающего контроля и комплексов новых приборов с целью улучшения процессов контроля качества судоремонтных работ, поскольку совершенствование средств и методов контроля способствует повышению эффективности и качества судоремонтных работ. Сделаны выводы о том, что высокое качество ремонтных работ обеспечивается точным соблюдением установленной технологии и тщательным последовательным контролем, начиная от исходных материалов и заканчивая испытаниями готовых изделий. Отсутствие предупредительных функций контроля, а следовательно, активного воздействия на качество является главным недостатком существующей системы контроля. Указывается на наличие таких отрицательных показателей, как недостаточная глубина теоретических обоснований и последовательность принятия управляющих воздействий, несоблюдение основных принципов построения систем управления (централизация и независимость контроля, количественное измерение качества, факторно-причинный анализ), отсутствие комплексного характера мероприятий и системный подход. В перспективе предлагается создать систему управления качеством, которая смогла бы предупреждать брак, а предупредительные функции контроля позволили бы систематически повышать качество судоремонтных работ.
281-295 31
Аннотация
Предметом предлагаемого исследования является лазерное оборудование, имеющее большие возможности в создании инновационных технологий в судостроении. Отмечается, что ведущую роль среди разработанных технологий играют технологии лазерной и лазерно-дуговой сварки. Так, по сравнению с дуговой сваркой лазерная и лазерно-дуговая сварки увеличивают ее скорость в 2-3 раза, а уменьшение стыковых зазоров ведет к снижению потребности в сварочных материалах. В статье рассматриваются подходы к созданию модели прогнозирования структуры металла и механических свойств сварного соединения при лазерной сварке. Это позволит на стадии подготовки производства установить режимы сварки и получить заданные проектировщиком свойства сварных соединений. В основе данной модели лежат математические расчеты теплового режима сварки и процесса кристаллизации сварных швов. Используется математическая модель лазерной сварки с учетом наличия парогазового канала, позволяющего излучению лазера проникать на всю толщину сварного шва, что обеспечивает формирование глубокого узкого шва. Результаты выполненного расчета позволяют определить форму ванны проплавления и положение основных температурных линий в зоне термического влияния. Для лучевых методов сварки предлагается аппроксимировать поверхность ванны расплава (фронт кристаллизации) кубическим сплайном. Достоинством данного метода аппроксимации является то, что моделирование всей формы поверхности выполнено наиболее точно и полностью, что позволяет построить всю поверхность ванны, без исключения каких-либо частей. На основе такого сплайна рассчитываются преимущественное направление и скорость роста кристаллитов в направлении сварки, а также находятся интегральные характеристики формирующейся первичной макроструктуры металла шва. На основе использования критериев, характеризующих процесс кристаллизации, дан прогноз макроструктуры металла шва.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ 

296-305 26
Аннотация
В статье приведена методика расчета ударных токов короткого замыкания в судовых электроэнергетических системах с распределением электроэнергии на постоянном токе, которые находят широкоеприменение в судостроении. Приведенный расчет токов короткого замыкания в сетях на постоянном токе имеет ряд особенностей, связанных с режимами работы электрических машин и полупроводниковых преобразователей. В системах с распределением электроэнергии на постоянном токе генерирование и потребление электроэнергии осуществляется на переменном токе, в то время как распределение - на постоянном токе. Отмечается, что действующие в настоящее время стандарты для расчетов токов короткого замыкания в системах постоянного и переменного тока в данном случае не могут быть использованы по ряду причин. В частности, в этих стандартах не рассматриваются специфические источники подпитки точек короткого замыкания и переменная частота вращения вентильных генераторов при различных режимах работы. Электрические двигатели переменного тока при питании от сети с распределением электроэнергии на постоянном токе через автономные инверторы осуществляют подпитку точки короткого замыкания на стороне постоянного тока. Конденсаторные и аккумуляторные батареи, подключенные к системе с распределением электроэнергии на постоянном токе, являются дополнительными источниками подпитки места короткого замыкания. В статье предложены элементы методики расчета токов короткого замыкания в судовых электроэнергетических системах с распределением электроэнергии на постоянном токе, учитывающие все режимы эксплуатации и дополнительные источники подпитки точки КЗ. Предложен способ определения максимального значения ударного тока в расчетной точке КЗ судовой электроэнергетической системы.
306-318 23
Аннотация
Рассмотрены возможные подходы к решению задачи оперативной идентификации технического состояния судовых электростанций. Показано, что применяемые на современных судах средства технического диагностирования предназначены только для осуществления эффективного технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования и не приспособлены для своевременного предоставления информации о техническом состоянии судовой электростанции, необходимой для обеспечения предупредительного управления в нештатных режимах работы. Дано определение операционной идентификации технического состояния как процесса технического диагностирования судовой электростанции в целях предупредительного и противоаварийного управления ее техническим состоянием. Обосновано положение о том, что средства технического диагностирования должны не только выявлять неработоспособное состояние элементов судовой электростанции, но и прогнозировать режим ее функционирования после отключения неработоспособного генераторного агрегата, предоставлять информацию аппаратуре предупредительного управления о необходимой корректировке внешних условий для обеспечения ее безаварийного перехода в частично работоспособное состояние. Показано, что в отличие от существующих средств диагностирования, целеполагание операционной идентификации технического состояния судовой электростанции обуславливает необходимость учета такого важнейшего фактора, как скорость изменения контролируемого параметра, а также позволяет определять вероятное время достижения при помощи учета данного фактора своего предельно допустимого значения. Обоснована необходимость осуществления обязательной идентификации неработоспособных элементов судовой электростанции и реализации управляющих воздействий, направленных на исключение аварийной ситуации до момента перегруза работоспособных агрегатов и отключения их средствами защиты. Установлено, что полученная в результате идентификации информация позволит системе подготовки принятия решения сформулировать рекомендации обслуживающему персоналу и системе превентивной защиты о необходимых воздействиях на судовую электростанцию с целью исключения аварийных ситуаций. Проанализированы основные причины перегруза системы электроснабжения судна, разработаны алгоритмы практического решения задачи оперативной идентификации технического состояния судовой электростанции для случаев, связанных с перегрузом исправных машин ввиду отключения неработоспособных агрегатов.