Оптимальне планування роботи флоту судноплавної компанії

Форма № ОНМУ Н-6.01

 

 

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МОРСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра «Системний аналіз і логістика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

(РОБОТА)

 

 

З дослiдження оперцiй в транспортних системах

 

 

 

на тему: «Оптимальне планування роботи флоту судноплавної компанії»

 

 

 

 

Студентки 2 курсу 3 групи

напряму підготовки

спеціальності ФТТС

          Харкавенко В.Г.

Керівник Дмитрієва Л.В.

 

Національна шкала ________________   

 

Кількість балів: _____Оцінка:  ECTS ___

 

 

                                                                     Члени комісії     ________________  ___________________________

                                                                                                                                             (підпис)                       (прізвище та ініціали)

                                                                                                      ________________  ___________________________

                                                                                                                                              (підпис)                        (прізвище та ініціали)

                                                                                                                                ________________  ___________________________

                                                                                                                                              (підпис)                         (прізвище та ініціали

 

 

 

 

 

 

 

 

м. Одеса – 2015 рік

 

Содержание

  Введение

1. Характеристика направлений  перевозок и флота

2. Подготовка исходных  данных и составление математической  модели задачи

  2.1.Построение возможных  вариантов схем движения судов

  2.2.Расчет нормативов  работы судов на схемах движения

  2.3.Составление математической  модели задачи

3.Нахождение оптимального  плана работы флота и оптимальных  схем движения судов

4.Расчет основных плановых  показателей работы флота

  Вывод

  Список литературы

 

 

 

Введение

В этой работе мы определим оптимальные схемы движения флота судоходной компании, оптимальные показатели их работы с помощью симплекс-метода. Растет оптимального плана произведутся с помощью пакета прикладных программ "ПЭР".

Также можно отметить, что целью выполнения данной курсовой работы является закрепление теоретических знаний, полученных по данной дисциплине, приобретение практических навыков в использовании математических методов для решения задач планирования.

 

1. Характеристика направлений перевозок и флота

 

Перевозки груза производятся между такими портами как Ашдод, Бердянск и Касабланка. Ниже приведена краткая характеристика этих портов.

Порт Бердянск

Бердянский морской торговый порт – единственный морской транспортный узел Запорожского региона и один из динамично развивающихся портов на Азовском море по переработке экспортно-импортных, транзитных и каботажных грузов. С июля 2008 г. в составе Бердянского порта действует обособленное структурное подразделение "Генический портопункт".

Выгодное географическое положение, разумная тарифная политика и высокий производственный потенциал обеспечивают быструю и качественную обработку всех видов грузов.

ПОРТОВЫЕ ПРАВИЛА И НАВИГАЦИОННАЯ ИНФОРМАЦИЯ.

Общая информация

Позиция порта: широта 46°45′N, долгота 36°46′Е.

Навигация в порту длится круглый год. Преобладают ветры северовосточного направления. Дни с ветрами более 15 м/с составляют 24 % в год. Среднегодовая температура +10,7 °С. Туманы наблюдаются в среднем 30–35 дней в году.

Порт расположен в северовосточной части Бердянского залива, состоит из внешнего рейда, внутреннего рейда (гавань Бердянск), подходного канала. Гавань Бердянск, где расположены основные причальные сооружения (причалы №№ 1–6), защищена волноломом. Причалы №№ 7–9 не защищены.

Гавань состоит из двух бассейнов – Западного и Восточного. Восточный бассейн с запада защищен молом, а с югозапада – волноломом.

В гавань ведут: подходной канал (длина – 20 км, ширина – 90 м, глубина – 8,55 м, проходная осадка – 7,9 м); фарватер № 54, для судов валовой вместимостью до 100р.т. (283 м3 ). Вход в гавань находится между северозападной оконечностью волнолома и отмелью с глубинами менее 5м. Глубина в акватории порта составляет 8,4м, площадь – 414550 м2.

Регулирование движения судов в порту осуществляет инспекция государственного портового надзора.

Приход и отход судна

Капитан судна, следующего в порт, непосредственно с проходом Керченского пролива (а для судов, выходящих из портов Азовского моря, не позднее чем через 1 час после выхода из предыдущего порта) обязан сообщить старшему сменному диспетчеру и капитану порта время подхода к бую № 2 левой стороны подходного канала порта Бердянск.

На акватории порта установлен регулируемый порядок движения. Регулирование движения осуществляется инспекцией государственного портового надзора (далее – ИГПН) государственного предприятия Бердянский морской торговый порт по радио на УКВ, канал № 12.

Плавание всех судов на акватории порта без разрешения ИГПН запрещается.

Движение в подходном канале одностороннее. Судам, следующим на выход из порта, предоставляется преимущественное право перед судами, входящими в канал с моря.

Обгон судов в канале запрещается.

Движение судов по подходному каналу порта при скорости ветра 15 м/с и более, а также при видимости менее 5 кбт запрещается.

Заявки на все виды портовых услуг, за исключением заявок на лоцмана и буксиры для швартовных операций, капитаны подают своим агентам либо агентам, работающим в порту.

Заявка на снабжение судна пресной водой в рабочие дни подается за 4 часа до начала операции, в выходные и праздничные дни – не позднее 12 часов рабочего дня, предшествующего выходным.

Режим плавания

Порт доступен для судов с осадкой до 7,9 м. и максимальной длиной до 205 м.

В отдельных случаях с разрешения капитана порта к причалам №№ 7, 8 допускается швартовка судов длиной до 220 м.

Вход в порт судов длиной более 170 м. и выход из порта, а также перешвартовка таких судов внутри порта разрешаются только в светлое время суток при скорости ветра не более 8 м/с. Возможность маневровых работ при ветре более 8 м/с определяет лоцман.

Скорость судна при движении по подходному каналу на участке между буями №№ 2–18 левой стороны подходного канала порта устанавливается в зависимости от гидрометеорологических условий и, как правило, не должна превышать 6 узлов.

На участке канала от буя № 18 левой стороны и в гавани Бердянск скорость должна быть минимальной, обеспечивающей управляемость судна.

Судам валовой вместимостью до 100 р. т. (283 м3) плавание по подходному каналу запрещается. Эти суда должны следовать за бровками канала и рекомендованным фарватером № 54.

Лоцманская проводка

Лоцманская проводка транспортных судов обязательна. От лоцманской проводки с разрешения капитана порта освобождаются пассажирские суда, совершающие регулярные рейсы в порту.

От лоцманской проводки освобождаются суда с осадкой до 5 м, капитаны которых осуществляли трехкратное прохождение с лоцманом на борту Азовским морем в порт Бердянск и получившие письменное подтверждение капитана порта Бердянск на право самостоятельного плавания, при условии наличия на борту судна современного навигационного оборудования.

Лоцманская служба порта круглосуточно обеспечивает проводку судов по подходному каналу порта, швартовку, отшвартовку и перестановку в порту. Заявка на лоцманскую проводку подается одновременно с информацией о подходе. При стоянке судов в порту заявка подается в адрес ГП "Дельта-лоцман" и главному диспетчеру порта не позднее чем за 2 часа до запланированного времени отхода судна.

Место приема и высадки лоцманов для судов с теоретической осадкой 6 м. и более находится в районе буя № 2 (46°36,73'N; 36°36,04'Е) левой стороны подходного канала порта, а для судов с теоретической осадкой менее 6 м. – в районе буя № 10 (46°40,0'N; 36°40,11'Е) левой стороны подходного канала порта.

Высадка лоцманов на внешнем рейде производится при скорости ветра не более 15 м/с и волнении моря не более 4 баллов.

Буксирное обеспечение

Руководство буксировкой самоходного судна осуществляется капитаном буксируемого судна, независимо от того, работает буксируемое судно своей машиной или нет.

Руководство буксировкой несамоходных судов и объектов осуществляется капитаном буксирующего судна.

Швартовка судов валовой вместимостью 1500 р. т. (4245 м3) и более разрешена с использованием не менее двух портовых буксиров, судов валовой вместимостью менее 1500 р. т. – с одним буксиром. Количество буксиров может быть изменено только с разрешения капитана порта. Заявка на буксирное обеспечение подается одновременно с информацией о подходе. При стоянке судна в порту заявка подается старшему сменному диспетчеру порта не позднее чем за 2 часа до начала операции. С объявлением зимней навигации суда, следующие в порт из Черного моря и выходящие из порта, должны иметь запасы топлива, воды и продовольствия не менее чем на 10 суток.

Якорная стоянка

Местами якорных стоянок являются (Постановление Кабинета министров Украины от 07.10.09 г. № 1207):

Якорная стоянка № 1 – для судов с осадкой 6 м. и более:

• № 17 46° 37' 27,3''N; 036° 36' 56,3''E
• № 18 46° 36' 27,0''N; 036° 38' 40,2''E
• № 19 46° 35' 16,9''N; 036° 37' 13,5''E
• № 20 46° 36' 16,0''N; 036° 35' 28,7''E
• № 21 46° 36' 41,1''N; 036° 35' 58,5''E

Якорная стоянка № 2 – для судов с осадкой менее 6 м.:

• № 22 46°39'57,1''N; 036°40'04,0''E
• № 23 46°38'56,8''N; 036°41'47,9''E
• № 24 46°38'11,8''N; 036°40'50,8''E
• № 25 46°39'10,9''N; 036°39'06,1''E

Постановка судов на якорь в Восточном и Западном бассейнах запрещена.

Капитан судна, стоящего на внешнем рейде в ожидании обработки, может дать заявку на швартовку к причалу, свободному от грузовых операций, или отшвартоваться вторым корпусом к судну, стоящему у причала. В этом случае все расходы, связанные с дополнительными перестановками судна, до момента постановки его под обработку относятся на счет судна.

Стоянка судов в порту

При ветрах юго-западной четверти свыше 15 м/с на акватории Западного бассейна возникает волнение, затрудняющее стоянку судов у причалов №№ 7, 8, 9.

При получении такого штормового предупреждения:

• суда, стоящие вторым бортом, должны быть перешвартованы к свободным причалам или выведены на рейд;
• суда типа РО-РО должны прекратить грузовые операции, убрать аппарель, перешвартоваться лагом к причалу, завести дополнительные концы.

Швартовка к судну, находящемуся на фумигации и несущему соответствующие сигналы, а также стоянка других судов на расстоянии менее 50 м. от него запрещается.

СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ

Бердянский морской торговый порт обеспечивает прием судов с осадкой до 7,9 м. и длиной до 220 м.

Порт перерабатывает навалочные, насыпные, генеральные, наливные грузы и контейнеры на 9 причалах порта, в т. ч. и на рейде.

Все причалы порта являются универсальными. Ко всем причалам подведены железнодорожные пути и автомобильные подъезды.

ПОРТОВЫЕ МОЩНОСТИ

Длина причального фронта в порту Бердянск составляет 1,4 км. Площадь территорий открытого хранения – 103,7 тыс. м2. Складские площади крытого хранения составляют 14,7 тыс. м2.

Средства механизации

В порту имеются:

• 35 портальных кранов г/п 5–40 т.;
• козловые краны г/п 35 и 50 т.;
• гусеничные и автомобильные краны г/п 6,3–50 т.;
• 16-тонный плавкран для перегрузки навалочных и насыпных грузов по варианту "борт – борт"
• автопогрузчики г/п 1,5–22 т.;
• железнодорожные и автомобильные весы;
• бункеры для разгрузки вагонов-хопперов (зерновозов, минераловозов);
• железнодорожные рампы для погрузки/разгрузки крытых вагонов и платформ.

Порт Ашдод

Ашдод - военно-морская база и порт Израиля на Средиземном море. Может обеспечивать базирование кораблей до крейсеров включительно. Длинна причального фронта составляет 4,5 км с глубинами до 11,5 м. Порт Ашдод является главным экспортным портом Израиля (перерабатывает до 60 процентов экспортных морских грузов), специализируется на перевозках контейнеров, трейлерных, и нефтеперевозках. Два одноточечных рейдовых причала, максимальной глубиной 18 м, соединены трубопроводами с нефтеперерабатывающим заводом.

Суммарный оборот морских грузоперевозок порта Ашдод составляет 3,2 млн. т (1982), а судопоток — до 900 судов в год. В порту Ашдод имеется более 40 складов для хранения грузов, 14 открытых грузовых площадок и два нефтехранилища.

Порт Касабланка

Касабланка - пункт базирования ВМС и крупный порт Марокко на Атлантическом побережье страны. Порт Касабланка доступен для судов и кораблей всех классов. Искусственная гавань Касабланки образована длинным молом Делюр. Длинна причального фронта свыше 7 км с глубинами 7—15 м. Для стоянки кораблей ВМС Марокко используется юго-восточная часть мола Делюр. В порт Касабланка ввозятся следующие морские грузы - нефть, машины, цемент, хлопок; вывозятся фосфаты (основная статья), марганцевая, цинковая и железная руды, сельхозпродукты. Суммарный оборот морских грузоперевозок порта составляет 13 млн. т.

В порту Касабланка имеются краны для погрузки и разгрузки морских грузов грузоподъёмностью 10— 150 т и транспортёры, склады, грузовые площадки, нефтехранилища, 2 элеватора. Судоремонтные предприятия порта Касабланка, сухой док, 3 слипа и мастерские обеспечивают ремонт судов и кораблей до крейсеров включительно. В 23 км южнее порта расположен международный аэродром.

 

 

 

 

Характеристика флота

Основные параметры и характеристики судов, используемых для перевозки груза, указаны в табл.1.1.

Таблица 1.1 – Основные характеристики флота

Характеристики	PO-30	PO-60
Длина максимальная	168 м	223 м
Ширина	24,5 м	30 м
Высота борта	16,9 м	20,9 м
Осадка максимальная	7,6 м	9,9 м
Скорость :  - в грузу                    - в балласте	20,0 узл. 22,3 узл.	24,7 узл. 26,8 узл.
Грузовместимость - кип	28000 м3	54500 м3
Дедвейт	9020 т	20270 т
Чистая грузоподъемность	6810 т	13950 т
Дальность плавания	12000 миль	16000 миль
Ледовый класс	Л2	Л3
Расход топлива в сут  - на ходу - на стоянке	74,3 т/сут 1,9 т/сут	223,5 т/сут 2,1 т/сут
Численность экипажа	32 чел	34 чел
Затраты на содержание судна в эксплуатации,  - на ходу - на стоянке	8107 грн/сут 5613 грн/сут	16900 грн/сут 8136 грн/сут

 

 

 

 

 

2. Подготовка исходных данных и составление математической модели задачи

  2.1.Построение  возможных вариантов схем движения  судов

На основе заданных участков работы флота (груженных и балластных)  строятся все возможные варианты замкнутых схем движения судов.

Схемы движений

1. Бердянск – Ашдод (гр)
2. Ашдод– Бердянск (гр)
3. Ашдод – Касабланка (гр)
4. Касабланка – Ашдод (гр)
5. Ашдод – Бердянск (бл)
6. Бердянск – Касабланка (бл)

Возможные варианты схем движения судов:

1 схема

Ашдод__2__ Бердянск __1__ Ашдод (2,1)

2 схема

Ашдод __3__Касабланка __4__ Ашдод (3,4)

3 схема

Ашдод __2_ Бердянск--6--Касабланка__4__ Ашдод(2,6,4)

4 схема

   Касабланка__4__ Ашдод __2__ Бердянск--6--Касабланка (4,2,6)

5 схема

Бердянск__1__ Ашдод --5--Бердянск (1,5)

 

__________ груженый  участок;

--------------- балластный участок.

2.2.Расчет нормативов  работы судов на схемах движения

Для полученных схем движения рассчитываются следующие нормативы:

а) время рейса судна i-го типа на j-ой схеме движения в сутках

tij=∑til    ,            (1)

        l∈j

где til -  норматив времени работы i-го типа на l-ом участке, сут., который включает валовое стояночное время перехода на участке и валовое стояночное время в порту выгрузки; суммирование выполняется по участкам, входящим в схему (l∈j);

t11=tx11+tст11+tx12+tст12

t11=7+5+7+4=23 сут

Дальнейшие расчеты сводим в табл.2.1.

Таблица 2.1 – Время рейса судов, сут.

Тип судна		Схема	движения
	1	2	3	4	5
PO-30	23	21	36	36	24
PO-60	24	23	37	37	25

 

б) инвалютный доход судна i-го типа на j-ой схеме движения за один рейс (тыс. долл.) определяется по формуле

Fij=∑flqil   ,            (2)

       l∈j

где fl – тарифная ставка на l-ом участке, долл/т;

      qil – загрузка судна i-го типа на l-ом участке, тыс.т;

F11=f1q11+f2q12

F11=32*10+30*9=590 тыс. долл.

 

Дальнейшие расчеты сводим в табл.2.2

 

 

Таблица 2.2 – Инвалютный доход судов, тыс. долл.

Тип судна		Схема	движения
	1	2	3	4	5
PO-30	590	566	545	545	270
PO-60	652	572	552	552	300

 

в) расходы в инвалюте судна i-го типа на j-ой схеме движения за один рейс Rij принять равными 30% от доходов в инвалюте

 

Rij= 0,3*Fij      (3) 

R11=0,3*F11

R11=0,3*590=177

Дальнейшие расчеты сводим в табл.2.3.

Таблица 2.3 – Инвалютный расход судов

Тип судна		Схема	движения
	1	2	3	4	5
PO-30	177	169,8	163,5	163,5	81
PO-60	195,6	171,6	165,6	165,6	90

 

2.3.Составление  математической модели задачи

Критерий оптимальности – максимум чистой валютной выручки (ЧВВ)

            ,         (4)    ΔF11=F11-R11

ΔF11=590-177=413

Дальнейшие расчеты сводим в табл.2.4.

 

 

 

 

 

Таблица 2.4 – Чистая валютная выручка

Тип судна		Схема	движения
	1	2	3	4	5
PO-30	413	396,2	381,5	381,5	189
PO-60	456,4	400,4	386,4	386,4	210

 

Математическая модель задачи в общем виде

                     (5)       

                   (6)   

                          (7)    

                          (8)

где xij- число рейсов судов i-го типа на j-ой схеме движения, судо-рейсы;

      Ti- бюджет  времени в эксплуатации судов i-го типа, судо-сутки;

 

Ti=Ni*Tпл                 (9)

где Ni-число судов i-го типа;

                T- продолжительность планового периода

      Ql- количество груза предъявленное к перевозке на l-ом участке, тыс. т;

      Gl-множество схем движения содержащих l-й участок;

      S- количество  груженных участков.

T1=2*385=770 судно-сутки;

T2=4*385=1540 судно-сутки.

Экономический смысл:

-целевой функции (5) – максимизировать чистую валютную выручку(ЧЧВ);

-ограничения (6) отражают требование: на каждом участке перевезти груз в количестве, не превышающем заявленного;

-ограничения (7) отражают требование: использовать бюджет времени в эксплуатации судов всех типов на перевозках;

-ограничения (8) – условие неотрицательности переменных.

 

Запишем математическую модель в координатной форме:

Целевая функция:                 (1)

Z=∆F11x11+∆F12x12+∆F13x13+∆F14x14+∆F15x15+∆F21x21+

+∆F22x22+∆F23x23+∆F24x24+∆F25x25→ max  

Ограничение 1го типа:                 (2)

G1 (1,5)

G2 (1,3,4) 

G3 (2)

G4 (2,3,4)

1. q11x11+q11x15+q21x21+q21x25 ≤Q1
2. q12x11+q12x13+q12x14+q22x21+q22x23+q22x24 ≤Q2
3. q13x12+q23x22 ≤Q3
4. q14x12+q14x13+q14x14+q22x22+q24x23+q24x24 ≤Q4

 

Ограничения 2го типа:         (3)

t11x11+t12x12+t13x13+t14x14+t15x15 = T1

t21x21+t22x22+t23x23+t24x24+t25x25= T2

Ограничения:          (4)

xij ≥ 0    

 

 

Таблица 2.5 – Переход от двухиндексной к одноиндексной нумерации переменных

X11	X12	X13	X14	X15	X21	X22	X23	X24	X25	Знак	Правые части огр-ий
X1	X2	X3	X4	X5	X6	X7	X8	X9	X10
413	396,2	381,5	381,5	189	456,4	400,4	386,4	386,4	210	→	max
9	12	-	-	9	10	-	-	-	10	≤	500
10	-	10	10	-	11	-	11	11	-	≤	250
-	11	-	-	-	-	12	-	-	-	≤	350
-	9	9	9	-	-	8	8	8	-	≤	600
23	21	36	36	24	-	-	-	-	-	=	770
-	-	-	-	-	24	23	37	37	25	=	1540

 

Запишем математическую модель в координатной форме с использованием конкретных числовых данных:

Целевая функция:

Z=413x1+396,2x2+381,5x3+381,5x4+189x5+456,4x6+400,4x7+

+386,4x8+386,4x9+210x10→max

Ограничения 1го типа:

9x1+9x5+10x6+10x10 ≤500

10x1+10x3+10x4+11x6+11x8+11x9≤250

11x2+12x7 ≤350

9x2+9x3+9x4+8x7+8x8+8x9 ≤600

Ограничения 2го типа:

23x1+21x2+36x3+36x4+24x5=770

24x6+23x7+37x8+37x9+25x10=1540

Математическую модель с помощью дополнительных переменных приводим каноническому виду:

9x1+9x5+10x6+12x10 +x11=500

10x1+10x3+10x4+11x6+11x8+11x9+x12 =250

11x2+12x7 +x13=350

9x2+9x3+9x4+8x7+8x8+8x9 +x14=600

23x1+21x2+36x3+36x4+24x5 =770

24x6+23x7+37x8+37x9+25x10 =1540

 Обозначаем вектора  условий :

 

; ; ; ; ; ; ;  ;    ;  ;  ;  ;  ; 

Добавляем искусственные переменные:

9x1+9x5+10x6+12x10 +x11=500

10x1+10x3+10x4+11x6+11x8+11x9+x12 =250

11x2+12x7 +x13=350

9x2+9x3+9x4+8x7+8x8+8x9 +x14=600

23x1+21x2+36x3+36x4+24x5+x15=770

24x6+23x7+37x8+37x9+25x10+x16=1540

;  ;

Составляем исходный опорный план:

X=(x1=0, x2=0, x3=0, x4=0, x5=0, x6=0, x7=0, x8=0, x9=0, x10=0, x11=500, x12=250, x13=350, x14=600, x15=770, x16=1540)

Z=413x1+396,2x2+381,5x3+381,5x4+189x5+456,4x6+404,4x7+

+386,4x8+386,4x9+210x10+0x11+0x12+0x13+0x14-Mx15-Mx16→max

Составляем исходную симплекс таблицу:

 

3.Нахождение  оптимального плана работы флота  и оптимальных схем движения  судов

Оптимальный план работы флота находится на ПК с помощью симплекс-метода, используя пакет прикладных программ «ПЭР».

 

x1=x11=0               x9=x24=0   

x2=x12=31.8=32     x10=x25=38

x3=x13=2.8=3     S1=0

x4=x14=0      S2=0

x5=x15=0      S3=0

x6=x21=11.9=12     S4=222.8858

x7=x22=0      A5=0

x8=x23=8.1=9     A6=0

Zmax=30294.5    Итерац.=7

Экономический смысл полученных данных:

Х11= 0  - Судами 1го типа выполнено 0 рейсов по 1й схеме.

Х12= 32  - Судами 1го типа выполнено 32 рейса по 2-й схеме.

Х13= 3  - Судами 1го типа выполнено 3 рейса по 3-й схеме.

Х14= 0  - Судами 1го типа выполнено 0 рейсов по 4-й схеме.

X15= 0  - Судами 1го типа выполнено 0 рейсов по 5-й схеме.

Х21= 12  - Судами 2го типа выполнено 12 рейсов по 1-й схеме.

Х22= 0  - Судами 2го типа выполнено 0 рейсов по 2-й схеме.

Х23= 8  - Судами 2го типа выполнено 8 рейсов по 3-й схеме.

Х24= 0  - Судами 2го типа выполнено 0 рейсов по 4-й схеме.

X25= 38 -  Судами 2го типа выполнено 38 рейсов по 5-й схеме.

S1= 272.2 -  На 1-ом участке не было перевезено 272.2 т. груза.

S2= 443.3  -  На 2-м участке не было перевезенo 443.3 т. груза.

S3= 630   -   На 3-м участке не было перевезенo 630 т. груза.

S4= 500   -   На 4-м участке не было перевезенo 500 т. груза.