Оптимизация характеристик транспортных судов с учетом технических, эксплуатационных и экономических случайных факторов на начальных стадиях проектирования

• Автор: Китаев, Максим Владимирович
• Шифр специальности: 05.08.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1 Обзор методов и методик оптимизации характеристик транспортных судов учитывающих случайные факторы
1.1 Автоматизация начальных стадий проектирования и виды задач оптимизации судов
1.2 Методы и методики оптимизации характеристик транспортных судов в детерминированных условиях
1.2.1 Методы и методики оптимизации подсистем транспортных судов
1.2.2 Методы и методики оптимизации характеристик и элементов транспортных судов
1.2.3 Недостатки детерминированных методов и методик оптимизации характеристик транспортных судов
1.3 Методы и методики оптимизации характеристик транспортных судов, учитывающие случайные факторы
1.3.1 Недостатки методов и методик оптимизации характеристик транспортных судов, учитывающих случайные факторы
1.4 Постановка цели и задач исследования, структурная схема работы
Глава 2 Методика формализации случайных факторов
2.1 Общие положения
2.2 Классификация случайных факторов
2.3 Алгоритм и основные положения методики формализации случайных факторов
2.4 Формализация экономических и технических случайных факторов
2.5 Формализация эксплуатационных случайных факторов
2.5.1 Особенности формализации ветроволновых данных
2.5.2 Обработка исходных статистических данных и генерация случайных ветровых и волновых воздействий
2.6 Выводы по главе
Глава 3 Модели оптимизации транспортных судов с учетом случайных факторов
3.1 Общие положения
3.2 Классификация моделей оптимизации транспортных судов
3.3 Модель оптимизации элементов движительно-рулевого комплекса
3.4 Модель оптимизации характеристик транспортных судов
3.5 Модель оптимизации элементов транспортных судов и смешанная модель оп тимизации
3.5.1 Основные модельные представления
3.5.2 Алгоритм расчета водоизмещения и строительной стоимости транспортного судна
3.5.3 Алгоритм определения элементов бульбовой носовой оконечности
3.5.4 Алгоритм определения высоты надводного борта
3.5.5 Алгоритм определения параметров бортовой качки судна
3.5.6 Алгоритм определения характеристик остойчивости судна
3.5.7 Технология формирования геометрической модели корпуса судна
3.6 Имитационная модель функционирования транспортных судов
3.7 Алгоритм оптимизации
3.8 Особенности формирования вероятностного критерия в моделях оптимизации транспортных судов с учетом случайных факторов
3.9 Выводы по главе
Глава 4 Технология численной оптимизации характеристик транспортных судов с учетом случайных факторов
4.1 Основные положения
4.2 Параметрический анализ
4.2.1 Использование методов параметрического анализа для проектирования подсистем
4.2.2 Оценка влияния параметров оптимизационных моделей на характеристики и критерии эффективности транспортных судов
4.2.3 Учет случайных факторов и динамики окружающей среды средствами параметрического анализа
4.3 Имитаїщонно-оптимизационное моделирование
4.3.1 Оценка влияния случайных факторов на суда различной грузоподъемности
4.3.2 Оптимизация элементов транспортного судна с учетом случайных факторов средствами имитациошю-оптимизациошюго моделирования
4.4 Оппшизационно-имитационное моделирование
4.4.1 Оптимизация элементов транспортного судна с учетом случайных факторов средствами оптимизационно-имитационного моделирования
4.4.2 Сравнительная оценка результатов оптимизации с учетом случайных факторов с базовым судном
4.5 Алгоритм методики оптимизации характеристик транспортных судов с учетом технических, эксплуатационных и экономических случайных факторов
4.5 Выводы по главе
Выводы и практические рекомендации
Заключите
Литература
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение
Актуальность темы исследования. Эффективность морских транспортных судов определяется значениями их эксплуатационно-экономических показателей, во многом зависящих от расчетных методов и методик, а также характера и достоверности исходных данных, использованных на начальных стадиях проектирования. При этом большая часть расчетов, выполняемых на начальных стадиях проектирования, производится в предположении, что данные, характеризующие как само судно, так и условия его проектирования и эксплуатации, являются неизменными на протяжении всего срока службы.
Очевидным является тот факт, что внешняя среда по отношению к судну является вероятностной и большинство процессов, связанных с проектированием, постройкой и эксплуатацией транспортных судов, носят вероятностный характер. Вследствие этого выполнение проектных расчетов без учета вероятностного характера исходных данных приводит к искажению представлений об истинной экономической эффективности вновь создаваемых судов и не позволяет учитывать динамику окружающей среды, а также региональные и временные особенности судоходных линий и жизненного цикла судна в целом. Тогда как современные тенденции в области проектирования судов говорят о необходимости использования вероятностных методов и методов теории надежности при проектировании и оценки функциональной эффективности транспортных судов [7, 8,39, 79, 92,120, 121].
Для современного состояния мировой экономики характерно глобальное разделение производства, при котором морские перевозки приобрели качественно новое направление, характеризующееся использованием специализированных судов, интенсивно эксплуатируемых на определенных транспортных линиях. Отсутствие простых и доступных инженерных методик обработки случайных факторов, характеризующих региональные и временные особенности регулярных судоходных линий, существенно влияет на достоверность оценки эффективности таких судов. В результате этого возникает необходимость разработки методики оптимизации транспортных судов с учетом случайных факторов, позволяющей на начальных стадиях проектирования учитывать динамику окружающей среды, региональные и временные особенности конкретных судоходных линий.
Большинство существующих методов и методик оптимизации транспортных судов не учитывают вероятностный характер исходных данных [10, 12, 13, 20, 26, 42, 43, 46, 60, 68,]. Отдельные попытки учета сводятся либо к моделированию случайного характера условий эксплуатации судна на основе методов имитационного моделирования [2, 7, 40,48, 66, 77], либо к оценке влияния отдельных параметров из числа исходных данных (чаще всего экономических

6. В расчетах используются теоретические законы распределения случайных величин не отражающие особенностей реальных условий проектирования и эксплуатации судна.
7. Используется искусственное введение неопределенности в модель проектирования судна посредством параметров, оказывающих второстепенное влияние на основные показатели эффективности его функционирования.
Указанные недостатки определяют направления дальнейшего развития и совершенствования методов и методик оптимизации характеристик транспортных судов с учетом случайных факторов, что позволяет сформулировать цель и задачи настоящего исследования.
Цель работы - разработка методики оптимизации характеристик транспортных судов с учетом технических, эксплуатационных и экономических случайных факторов на начальных стадиях проектирования.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
1. Систематизированы и проанализированы существующие методы, модели и методики оптимизации характеристик, элементов транспортных судов и их подсистем.
2. Разработана методика формализации случайных факторов, позволяющая на начальных стадиях проектирования транспортных судов учитывать региональные и временные особенности судоходных линий.
3. Разработана имитационная модель функционирования транспортного судна, учитывающая случайные факторы, оказывающие влияние на его эффективность в процессе эксплуатации.
4. Разработана математическая модель проектирования транспортного судна и его подсистем с нелинейными зависимостями для оценки влияния случайных факторов на целевую функцию и оптимизируемые переменные.
5. Разработана технология численной оптимизации характеристик транспортных судов с учетом случайных факторов.
6. Проведены численные эксперименты, на основе анализа результатов которых даны практические рекомендации по разработке математических моделей оптимизации транспортных судов и по выбору их проектных характеристик и элементов с учетом случайных факторов.
На рисунке 1.2 приведена структурная схема диссертации, характеризующая роль, место и взаимосвязи отдельных ее глав с целью и задачами, намеченными к решению в рамках разработки методики оптимизации транспортных судов с учетом технических,
эксплуатационных и экономических случайных факторов на начальных стадиях проектирования транспортных судов.