Статья: МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫХ РАБОТ СКОРОПОРТЯЩИХСЯ ГРУЗОВ В МОРСКОМ ПОРТУ (2025)

Цель работы состоит в усовершенствовании методов компьютерного мониторинга и параметрической идентификации моделей расходных характеристик судов для анализа и прогнозирования показателей энергоэффективности объектов водного транспорта, а также оптимизации режимов работы дизель-генераторных агрегатов.

Предложен алгоритм параметрической идентификации характеристик «вход-выход» различных по природе технологических процессов и систем (технических, биологических, экономических, социальных, экологических и др.) по данным измерений с помощью аппроксимоторных (регрессионных) нейронных сетей с возможностью количественной оценки погрешности параметрической оптимизации по эвклидовой норме.

В отличие от известных методов параметрической пригонки модели по статистическим рядам предлагаемый способ базируется на обучении многослойной нейрон ной сети с обратным распространением ошибки отклонений значений выходных сигналов от эталонных с целью ее коррекции за счет введения поправок в значения весовых коэффициентов синаптических связей.

Реализация алгоритма идентификации на основе предлагаемого способа пригонки модели выполнена с помощью радиальных нейронных сетей, имеющих фиксированную структуру с одним скрытым и одним выходным слоями в соответствии с нелинейными и линейными функциями активации нейронов, обеспечивающих точность отображения образов на основе эвклидовой метрики.

Предлагаемый подход позволяет упростить режимы обучения и обеспечить приемлемую точность аппроксимации и идентификации. Алгоритм реализован при оценивании параметров расходной характеристики судна с известной структурой модели потребления топлива по соответствующему статистическому ряду при заданном начальном приближении. Алгоритм может быть применим для идентификации параметров моделей характеристик расхода энергоресурсов как на судах, так и в целом в отрасли внутреннего водного транспорта при вычислении целевых индикаторов и показателей ее развития.

Целью настоящей работы является исследование методов моделирования и формализованного описания управления технологическими процессами, связанными с повышением надежности функционирования систем водного транспорта посредством снижения вероятности реализации транспортных рисков.

В рамках поставленной цели решена задача разработки математических методов учета частичного запаздывания защитного эффекта в моделях управления рисками в условиях усиления требований к безопасной цифровизации водного транспорта при наличии широкого спектра риск-факторов как инженерно-материального, так и информационного характера. Теоретико-вероятностный подход к оптимизации затрат на снижение рисков в аспекте совместного рассмотрения этих затрат и возможных потерь от реализации рисков получил в настоящее время развитие в отраслевых исследованиях на водном транспорте.

Отмечается, что вне рамок рассматриваемых моделей остается возможное и подчас неизбежное запаздывание эффекта, поскольку затраты на антирисковые мероприятия не реализуются мгновенно в полной мере (по аналогии с распределенно-лаговом анализом незавершенного строительства, получившим развитие в условиях плановой экономики в ХХ в.).

Показано, как процедуры снижения рисковых потерь, формально определяемых как средние значения ожидаемых суммарных (рисковых и управленческих) потерь, могут быть дополнены как в моделях управления рисками на графах, так и в моделях математического программирования методами распределенно-лаговых моделей, что позволяет повысить их адекватность.

Результатом проведенного исследования является разработка оптимизационных математических моделей, учитывающих возможное запаздывание эффекта от дополнительных затрат, снижающих в целом рисковый ущерб.

В статье выполнена задача по определению способности судового дизельного масла к проникновению в структуру композиционного материала, изготовленного с применением армирующих стеклянных тканей и полиэфирного связующего элемента.

Способность судового дизельного масла проникать в структуру образцов, нарезанных из общей плиты полимерного композиционного материала, выполняется путем определения изменения веса образцов до и после их погружения в емкости с жидкой средой (судовое дизельное масло) на определенный период времени.

Установлена незначительная способность проникновения дизельного масла в состав данного материала в зависимости от его структуры, т. е. от расположения армирующего материала, а также от наличия или отсутствия обработки краев образцов полиэфирной смолой после их нарезания из общей плиты.

Рассмотрены механические свойства (предел прочности при растяжении, сжатии и изгибе) композиционного материала после его изъятия из емкости с дизельным маслом. Решается практическая задача определения возможности влияния обработки торцов нарезанных образцов для испытаний полиэфирной смолой на способность проникновения судового дизельного масла в структуру полимерного композиционного материала.

Установлено влияние нахождения образцов в жид кой среде (дизельное масло) с определенным соотношением слоев армирующего материала (стекломата и ровинговой стеклоткани) на их механические характеристики при изгибе, растяжении и сжатии.

Представлены результаты исследований, демонстрирующие непосредственную связь между пределом прочности, разрушающей силой и числом ровинговых слоев в структуре полимерных композиционных материалов образцов, подвергнутых обработке полиэфирной смолой.

В ходе выполнения экспериментов определена способность проникновения дизельного масла в структуру композиционных материалов и изменения механических свойств в результате погружения данных материалов в жидкую среду.

Результаты экспериментального исследования образцов полимерных композиционных материалов с различными схемами армирования подтверждают целесообразность их использования в корпусных конструкциях судов, в частности такие материалы могут быть рекомендованы для изготовления судовых цистерн, предназначенных для хранения дизельного масла.

В работе предлагается возможный вариант снижения перерасхода ядерного топлива на маневрирование за счет использования технологии скользящего давления пара. Отмечается, что с начала эксплуатации атомных ледоколов в Арктике существует значительный перерасход ядерного топлива на маневрирование ядерной энергетической установкой и актуальной целью является поиск решений для его снижения. Предлагается (кратковременный переход на скользящее давление пара в главном паропроводе по инициативе судоводителя, который осуществляет маневрирование ледоколом, имея возможность управлять мощностью только гребной электрической установки. В настоящее время судоводитель самостоятельно не имеет возможности увеличивать мощность реактора даже если это требуется по условиям безопасного судовождения. Отмечается, что на всех проектах атомных ледоколов предусмотрено ограничение мощности гребной электрической установки, которое устанавливается из центрального по ста управления оператором ядерной паропроизводящей установки, и судоводитель не может самостоятельно увеличить мощность реактора для экстренного маневра. Обращается внимание на то, что если судоводитель все же задает мощность гребной электрической установки больше заданного ограничения мощности, то нагрузка с главных турбогенераторов автоматически списывается и восстанавливается прежнее ограничение мощности. Предлагается модернизация, при которой судоводитель без запроса нового увеличения мощности реактора в центральный пост управления имеет возможность самостоятельно увеличить мощность реактора в период выполнения экстренного маневра. Это позволяет существенно снизить величину ограничения мощности гребной электрической установки и соответствующую мощность реакторов при выполнении работ в Арктике на конкретном участке пути без ущерба безопасности судовождения. Отмечается, что данное решение обеспечивает экономию ядерного топлива и увеличивает кампанию активной зоны. Выполненные в работе оценки показывают существенную экономию ядерного топлива при использовании технологии скользящего давления для преодоления кратковременных маловероятных препятствий, возникающих в сложных ледовых условиях Арктики.

Рассмотрено решение задачи корреляционно-экстремальной навигации на основе реконструированного сплайнового эталона информативности с учетом имеющейся априорной информации об особенностях безопасного перемещения судна в конфликтном навигационном пространстве.

Акцентируется внимание на практической реализации интеллектуального управления движением судна на основе соблюдения принципа изученности геометрии геофизического поля при организации автономного движения судна по электронной сплайн-траектории.

Приведено обоснование принципа ориентирования по рельефу местности как результата сравнения посредством экстремального функционала корреляции измеряемых навигационных параметров с предварительно созданным виртуальным эталоном информативности для постоянного обновления местоположения судна.

Выявлены преимущества и недостатки использования различных автономных вариантов картографической навигации в результате выполненного обзорного анализа проблематики альтернативного позиционирования в контексте исследования потенциала точности.

Рассмотрена гипотеза о навигации по пространственным и поверхностным полям как единственной альтернативы спутниковым системам. Предлагается использовать альтернативную навигацию как ассистирующую технологию, дополняющую традиционное спутниковое позиционирование с целью достижения максимальной помехоустойчивости и кибербезопасности при практической реализации ситуационной осведомленности. Исследован мониторинг целостности как современного критерия доверительной оценки правдоподобной валидности обработки навигационной информации.

Предположительно применение феномена целостности гарантирует практическое улучшение итерационного процесса расчета обсервованных координат для альтернативного позиционирования в режиме реального времени.

Разработана процедура поиска оптимизации распределения сеточных точек аппроксимации, основанная на принципе определения эффективной позиции скользящего узла. За счет универсальности модернизированных паскаль-программ обеспечивается вы числительная реализация широкого класса задач корреляционно-экстремальной навигации. Апробированный на методах сплайн-функций алгоритм предлагается в качестве гармонизированной поддержки судоводителю для расширения горизонта ситуационного восприятия вахтенным помощником процесса навигации в сложных ситуациях.

Выполнен анализ библиографического материала, в котором исследована проблема человеческого фактора. Составлена репрезентативная выборка, полнота которой определялась критерием отсутствия новых трактовок термина «человеческий фактор». Составлен перечень определений этого термина, в каждом из которых выделена его основная суть, имеющая в разных источниках различную интерпретацию.

Выполнена классификация основополагающих толкований данного термина, из которых выделено пять групп: ошибки человека, характеристика профессиональная деятельность, характеристика человека, наличие структуры, важность и сложность предмета исследования.

Сделан вывод о том, что исследуемая тема деятельности человека при выполнении им профессиональных задач может быть описана следующими терминами: «человеческий элемент», «человеческий фактор», «успешная профессиональная деятельность», «человеческие факторы», «индивидуально-психологические свойства личности человека», «физическая и социальная среда», «состояние человека».

Даны определения каждого из указанных терминов. Предложена структурно-логическая схема взаимосвязи данных понятий. В качестве общего предлагается использовать термин «человеческий элемент» в виде сущностной части (элемента) сложной системы, в данном случае сложного технического устройства - судна, используя его как проявление человека в процессе профессиональной деятельности.

Отмечается, что обширный спектр человеческих проявлений представляет собой континуум, на одном полюсе которого находятся «ошибки» человека («человеческий фактор»), а другой полюс не имеет общепризнанного определения, поэтому предлагается использовать термин «успешная профессиональная деятельность».

Мотивацией для проявления профессиональной деятельности человека являются «человеческие факторы», которые включают его индивидуально-психологические особенности, физическую и социальную среду, в которой осуществляется данного рода деятельность, а также состояние специалиста, ее реализующую.

Предложенная структурно-логическая схема взаимосвязи понятий позволяет формулировать актуальные научные задачи, решение которых должно способствовать повышению безопасности плавания судна с помощью учета человеческого элемента.

Темой исследования является оценка возможности организации доставки и обработки насыпных грузов на морских контейнерных терминалах, испытывающих снижение грузооборота вследствие санкционной политики западных стран.

Отмечается, что постановка такой задачи обусловлена необходимостью максимального использования транспортного потенциала видов транспорта, осуществляющих завоз грузов в порт и мощностей перегрузочных комплексов, не ориентированных на обработку насыпных грузов.

Моделирование транспортной системы, способной оптимизировать обозначенный процесс, требует всесторонней оценки эксплуатационных показателей работы средств транспорта на всем пути продвижения таких грузов от завода-производителя до морского контейнерного терминала.

В работе рассматривается возможность формулировки модели создания транспортной системы на основе формирования транспортной единицы контейнерного поезда «железнодорожная платформа - насыпные контейнеры» и дана ее краткая характеристика.

В ходе рассмотрения происходящих процессов подчеркивается, что накопление насыпных контейнеров находится в зависимости от периода обращения кольцевого контейнерного поезда, осуществляющего доставку грузов на терминал, периода подачи, грузоподъемности судна, подлежащего загрузке на терминале, а также метеорологических причин, способных привести к задержке судна под обработкой.

В исследовании приведены примеры расчета потребного количества на сыпных контейнеров при различных показателях проектируемой транспортной системы: времени завоза грузов на терминал, времени ожидания подачи морского тоннажа, времени ожидания по атмосферным показателям.

Сделан вывод о том, что с применением инновационных технологий обработки насыпных грузов морской терминал может ожидать значительного приращения грузооборота и расширения границ своего хинтерленда.

Работа посвящена анализу особенностей дистанционного управления морским автономным над водным судном в портовых водах с использованием данных, полученных от конвенционных навигационных технических средств.

Отмечается, что для эффективной работы автоматизированной навигационной системы управления морским автономным надводным судном необходимо развивать систему мониторинга.

Задачей этой системы является сбор данных с технических средств управляемого объекта в ре жиме реального времени, их анализ с последующим определением и прогнозированием состояния судна (безопасное оно или нет) с необходимой достоверностью.

На основе этих результатов формируются возможные варианты сценариев для поддержания безопасности судна, что помогает принять оптимальное решение автоматизированной навигационной системе или внешнему капитану.

Приведены отличия в управлении классическим судном с экипажем на навигационном мостике от дистанционного управления морским автономным надводным судном внешним капитаном в условиях порта.

Выполнен расчет точности решения классических задач судовождения на основе международных и национальных требований к измерительным возможностям только конвенционной навигационной аппаратуры применительно к дистанционному управлению, без детализации характеристик отдельных моделей оборудования.

Выполнено сравнение полученных результатов расчетов с международными и национальными требованиями по безопасности мореплавания, позволяющее выявить слабые места в используемых технологиях и разработать рекомендации по улучшению качества навигационных данных для успешного выполнения морских операций типа судно - судно в дистанционном режиме управления в портовых водах.

Отмечается важность разработки новых технологий для автономного управления судном, которые смогут компенсировать недостатки существующих навигационных средств и повысить безопасность мореплавания в портовых условиях.

В статье выполнен анализ современных условий эксплуатации судов смешанного плавания класса «М-ПР» в районе якорных стоянок порта Кавказ.

Рассмотрены регламентируемые Правилами Российского Классификационного Общества географические районы и сезоны плавания судов «М-ПР» в Керченском проливе и прилегающих к нему районах Черного моря. Решение задачи о расширении сезона эксплуатации грузовых самоходных судов класса «М-ПР» в данном районе предложено осуществлять с использованием подхода, основанного на критерии равной безопасности работы судов в новых условиях по отношению к эталонной трассе.

Определение характерных условий плавания таких судов в период с марта по ноябрь включительно в 10-мильной прибрежной зоне от Керченского пролива до порта Новороссийск выполнено с учетом анализа доступных мест убежищ и актуальной навигационной обстановки в данной акватории.

Предложено расчетную оценку выполнения критерия безопасности выполнять для трех трасс, что позволяет учесть специфику работы судов смешанного плавания в районе якорных стоянок порта Кавказ, где осуществляется перевалка грузов на суда-накопители.

Проанализированы аварийные ситуации с участи ем судов смешанного плавания в районе Керченского пролива.

По результатам исследования предложены корректировки нормативной базы Российского Классификационного Общества относительно сезона эксплуатации судов класса «М-ПР» в 10-мильной прибрежной зоне от порта Новороссийск до Керченского пролива. Для наиболее тяжелых месяцев по гидрометеорологическим условиям за сезон с марта по ноябрь обосновано введение ограничения по режиму волнения h3 % не более 2,0 м.

Рассмотрены иные меры, направленные на повышение безопасности судоходства в современной навигационной обстановке.

В статье рассмотрена задача прогнозирования траекторий движения судов, решения которой используются в системах безопасного расхождения судов для прогноза и оценки навигационной ситуации.

Отмечается, что для корректной оценки навигационной ситуации система безопасного расхождения должна строить корректные прогнозы траекторий движения судов-целей.

Определено, что в задаче прогнозирования траекторий движения судов-целей могут быть использованы адресуемые и широковещательные сообщения автоматической идентификационной системы (АИС) с ID = 1, 2, 3 и ID = 5 (динамическая и статическая ин формация), а также сообщения с ID = 6,8 (маршрутная информация).

Приведен формат сообщений с маршрутной информацией согласно циркуляру ИМО SN.1/Circ.289.

Отмечено, что использование маршрутной информации в задаче прогноза траектории движения судна-цели позволяет более точно строить такие прогнозы и, соответственно, лучше оценивать навигационную ситуацию.

Определены некоторые проблемы использования маршрутной информации и показаны примеры некорректной работы системы прогноза траектории движения цели. Показано, что маршрутная информация, передаваемая в существующих сообщениях АИС, является недостаточной для построения корректного прогноза траектории движения цели.

Источником указанных проблем является тот факт, что существующие сообщения с маршрутной информацией изначально не предназначались для использования в задаче прогноза траекторий судов-целей.

В результате рассмотренных проблем с использованием маршрутной информации показана ограниченная применимость существующих сообщений АИС и обоснована необходимость разработки системы передачи маршрутной информации по каналам АИС, ориентированной на решение с ее помощью задачи прогноза траекторий судов-целей. Сформулированы предложения по содержанию сообщений АИС в такой системе.