Планирование оптимальной работы флота

 

                                            Введение

Одной из центральных задач  эксплуатации флота является расстановка  флота, т.е. плановое закрепление судов  за определенными направлениями  перевозок таким образом, что  вся совокупность судов, составляющих флот пароходства, обеспечивала максимальный чистый доход при наименьших транспортных издержках.

Главной целью расстановки  флота должно являться достижение максимального эффекта по флоту. Эта цель достигается решением комплекса взаимосвязанных задач, главной из которых являются:

• определение оптимальной схем движения судов;
• расчет показателей работы каждого типа судов на всех направлениях;
• распределение (расстановка) судов по линиям и направлениям движения тоннажа.

Для решения практических транспортных задач характерно применение более глубоких и всеобъемлющих  научных методов. Разработка соответствующего математического аппарата и использования  электронно-вычислительных машин позволили  применить системный подход к  большинству транспортных задач  и реализовать принципы их решения. Разработаны алгоритмы оптимизации  транспортных схем бассейна, что позволяет  получить совокупное решение (суммарное  по флоту и портам)  - определение грузопотоков по отдельным портам с одновременным выбором перегрузочного комплекса и типов судов для перевозки. В результате, как правило, выявляется целесообразность концентрации грузопотоков по отдельным портам.

Определение оптимальной  схемы движения тоннажа заключается  в выполнении всей совокупности груженых пробегов при минимальном количестве балластных пробегов.

 

 1. Характеристики направлений перевозок и флота.

Характеристика заданных грузопотоков  по направлениям и  объемам приведена в табл. 1.

         Таблица 1. Структура грузопотоков

№ участка	Порты		Масса, тыс.т
	Отправления	Назначения
1	Одесса	Сантос	700
2	Сантос	Одесса	580
3	Генуя	Сантос	620
4	Одесса	Генуя	460
5	Генуя	Одесса	-
6	Одесса	Генуя	-

 

1.1. Описание портов

Одесса

 (46°32´ с.ш., 30°54´в.д.)

Часовой пояс – Гринвичский  меридиан +2.

Сегодня город является крупным  индустриальным центром. К ведущим отраслям относятся машиностроение, химическая, пищевая, легкая промышленность.

Мягкий климат, свыше 290 ясных  дней в году, сочетание степного и морского воздуха.

В 1960-1980 гг. была проведена  реконструкция большинства причалов порта, сооружены новые причалы  для переработки зерна и сахара сырья, начато расширение площадей порта на карантинном молу.

Порт расположен на северо-западном побережье Черного моря в юго-западной части Одесского залива на искусственно образованной территории площадью 109,5 га.

Навигация в порту осуществляется круглогодично, но в сурове зимы в течении около 30 дней необходимо использование ледоколов.

 Ближайшие морские порты: Ильичевск и Южный.

 Ближайшая железнодорожная  станция: Одесса.

 Ближайший аэропорт: Одесса.

Грузооборот: Мощность порта позволяет перерабатывать 38 млн. т грузов в год, из них 14 млн. т сухих и 24 млн. т наливных грузов.

Порт обеспечивает перевалку  следующих грузов: нефть и нефтепродукты в таре; бумага; сахар-сырец навалом; зерновые насыпью и в таре; цитрусовые, бананы и прочие грузы в мешках, ящиках, пакетах, «биг-бегах», бочках, контейнерах.

Порт принимает крупные  крупные пассажирские круизные суда и располагает современным морским вокзалом. Порт может обслуживать до 4 млн. пассажиров в год.

Ежегодно порт обрабатывает около 27 млн. тонн грузов (из них 17,2 млн. т - наливные), перевозит 100 тыс. пассажиров, обрабатывает 2300 судов.

        Регулярные сообщения: На линиях Ильичевск — Одесса — Великобритания — Северная Европа — Скандинавия — Средиземноморье — Черноморские порты,

        На линиях: Хайфа — Стамбул — Одесса — Констанца — Стамбул — Измир — Хайфа, Одесса — Варна — Пирей — Джио-Тауро — Мальта, Джио-Тауро — Мальта — Пирей — Стамбул, Одесса — Джио-Тауро — Мальта с периодичностью захода один раз в неделю перевозятся контейнеры на контейнеровозах вместимостью до 1000 ТЕИ.

       На линиях: Одесса — Хайфа — Одесса с периодичностью захода 3 раза в месяц и Одесса — Стамбул — Одесса с периодичностью захода 1 раз в неделю осуществляются грузопассажирские перевозки.

       На линии Одесса — порты Юго-Восточной Азии с периодичностью захода 2 раза в месяц перевозится металл на балкерах г/п 40-45 тыс. т.

       На Линии Одесса — Стамбул с периодичностью захода 1 раз в неделю перевозятся навалочные грузы на т/х «Сарага», «Судак».

       Стивидорные компании: На территории порта расположены 7 предприятий совместной деятельности. В соответствии с договорами порт предоставляет инфраструктуру, а стивидорные компании берут на себя обеспечение грузоперевалочного процесса и приобретение дополнительных технических средств за свой счет. За последний период доля стивидорных компаний в освоении общего грузооборота сухих грузов составила 90%.

    Номенклатура грузов — удобрения (карбамид, аммиачная селитра), шрот подсолнечника, зерно, семена подсолнечника (все из специальных контейнеров и хопперов навалом), автотехника своим ходом, металл. Внедрена технология перевалки химических грузов в крупнотоннажных контейнерах способом наклона (самотеком) с производительностью одной технологической линии 7000 т/сутки. Вместо вагонов минераловозов используются штатные контейнеры. Объем грузопереработки достигает 1 млн. т. Суда обрабатываются на причалах № 3, 4.

       Комплекс по переработке минеральных удобрений на Карантинном молу способен пропустить 1,1 млн. Т в год. Вместимость складских площадок 70 тыс. т;

       На причале № 29 Хлебной гавани открыт перегрузочный комплекс зерновых. Комплекс способен принять зерновые грузы навалом железнодорожным и автомобильным транспортом. Возможно кратковременное, до 2 месяцев, хранение зерновых грузов. Предусмотрена возможность загрузки судов малой грузоподъемности непосредственно у причала с помощью мобильных передвижных транспортеров.

      Перегрузочное оборудование: 68 портальных кранов; мобильный кран «Либхерр»; 6 козловых перегружателей; 8 самоходных кранов

      Склады: общая площадь открытых складов 215,4 тыс. кв.м. Площадь крытых складов 78,8 тыс. кв. м. Элеватор вмещает до 60000 т зерна. Холодильник для скоропортящихся грузов вмещает до 13500 т. Температура хранения: от +8° до -30°С.

      Нефтяная гавань: После реконструкции Нефтегавани были переоборудованы причалы, созданы условия пожаробезопасной обработки судов, создана станция очистки балластных вод мощностью 100 тыс. т в год. Шесть причалов гавани могут принять к обработке танкеры длиной до 260 м, с осадкой до 13 м и производить грузовые операции с интенсивностью: светлых нефтепродуктов — 1000 т/ч; темных нефтепродуктов — 2500 т/ч.

     Пропускная способность гавани до 25 млн. т в год.

     Нефтепродукты перегружаются на специализированном терминале. Имеются резервуары для хранения темных нефтепродуктов на 340 и светлых нефтепродуктов на 70 тыс. т. Переходные фитинги не требуются. Есть средства, предотвращающие разлив нефти.

      Суда, имеющие на борту взрывоопасные и огнеопасные грузы, обязаны стать на якорное место № 354 до получения распоряжений администрации порта и пожарной охраны.

      Все судовладельцы, суда которых осуществляют плавание на внутренней акватории порта, за исключением судовладельцев маломерных судов, ежедневно к 8.00 сообщают в главную диспетчерскую" порта название судов, время их готовности к выходу, перестановке, спуску/постановке в док. Поданная заявка выполняется до 12 часов следующих суток. Корректирует сменно-суточный план движения судов главная диспетчерская порта по согласованию с ИГНП.

     Скорость судов не должна превышать: на акватории порта и в каналах Нефтяной гавани 4 уз; в других районах портовых вод—10 уз.

     Лоцманская проводка обязательна. Обеспечивается через агента, но судно должно подать заявку за 12 дней, 96. 24 и 6 часов по «Одесса-радио»

     Запрос лоцмана для проводки судна на акватории порта, в/из порта должен быть подан капитаном судна через агента не позднее, чем за 4 часа.

     Лоцман поднимается на борт и сходит на берег с лоцбота в 1,7 милях на восток-юго-восток от Воронцовского маяка (46°29' С.Ш., 30°48' В.Д.).

      Буксировка: Буксиры обязательны для судов длиной более 100 м.

     Капитан судна  подает заявку на буксиры через агента не менее чем за 2 часа до готовности судна к отходу. Вызов буксиров осуществляет капитан судна через диспетчера порта за 45 минут до полной готовности судна к отходу или до подхода судна к воротам порта.

     Предотвращение загрязнении окружающей среды: сбор, вывоз нефтезагрязненных и хозяйственно-фекальных вод со всех судов производятся портом по заявкам судов с оплатой по установленным тарифам. Откатку чистого, изолированного балласта необходимо производить только по специальному предназначенным для этого судовым трубопроводам и насосам. Откатка за борт изолированного балласта производится под наблюдением представителя ИГНП. 

     Станция очистки балластных вод принимает до 42000 куб. м балластных вод.

 

Сантус

(23°56´ с.ш., 46°19´в.д.)

 

         Порт Сантус оборудован в бухте Сантус. Бухта Сантус представляет собой общее устье нескольких горных рек. Большую часть бухты занимает остров Саи-Висенти. С востока между островом Сан-Висенти и островом Санту-Амару расположен узкий, по глубокий пролив, который и является акваторией порта Сантус. Причальные сооружения порта тянутся вдоль северо-восточного берега острова Сан-Висенти. Порт Сантус является одним из крупнейших портов Бразилии, в него могут заходить суда длиной до 299 м и с осадкой до 8,6 м, а во время сизигийных приливов и до 9,9 м. Порт хорошо защищен от ветров и волнений, а вход в него обеспечивается светящими створными знаками.

        Скорость приливного течения в порту обычно не превышает 1 узла в сизигию, а скорость отливного течения в сизигию или в период сильных дождей может достигать 3 узлов.

        В порту Сантус против городской набережной на глубинах 5,4 и 9,2 м и в 2 кбт к востоку от склада № 12 на глубинах 14—15 м. Во время сильных северо-западных ветров стоянка в порту Сантус на якоре и у причалов бывает неспокойной, кроме того, суда, входящие в порт и выходящие из него, должны идти малым ходом, так как в проливе наблюдается явление присасывания.

        Общая длина причальной линии порта Сантус составляет 3,7 мили. Причалы порта оборудованы у городской набережной, которая тянется вдоль северо- восточного берега острова Сан-Висенти, и имеют номера с 1 по 30. Глубины у причалов 9,9—13 м, считая с северо-запада на юго-восток. 

        Нефтяной пирс 11-образной формы, длина мористой стенки 567 м, расположен на восточной стороне фарватера в 9 кбт к юго-востоку от склада № 30. Глубины вдоль стенки пирса 10—13 м. Суда, швартуются к причалам городской набережной левым бортом.

         Грузооборот порта: через порт ввозят пшеницу, нефть, уголь, удобрения и другие грузы; вывозят кофе, сахар, бананы, хлопок-сырец, хлопчатобумажные изделия, фрукты и другие грузы.

          В порту Сантус имеется следующее перегрузочное оборудование: 149 электрокранов грузоподъемностью от 1,5 до 30 т, 156 мостовых кранов, 117 электрокаров, 291 вилопогрузчик, грузоподъемностью от 4,5 до 9 т, 30 передвижных кранов грузоподъемностью  4,5 т, 67 вагонеток, 2 цистерны, 52 козловых крана, 158 автомашин грузоподъемностью от 6 до 30 т, 49 тракторов, 35 локомотивов, 434 железнодорожных вагона, 2 плавучих крана грузоподъемностью 150 и 50 т каждый, 2 водолея и другие вспомогательные суда. Для хранения легковоспламеняющихся грузов предоставляются специальные хранилища.

         Ремонт: В порту Сантус несколько мастерских, которые производят небольшой по объему ремонт. Сложный ремонт двигателей в порту производить не рекомендуется. В порту имеется 2 слипа.

          Карантин: При заходе судна в порт врач санитарной службы и его помощник проверяют справки о прививках и выдают судну свободную практику, которая должна предоставляться в последующих бразильских портах захода. Капитан может получить свободную практику не радио, и тогда другие представители портовой администрации могут осмотреть судно до прибытия врача карантинной службы.

         Услуги лоцманов: Лоцманская проводка в порту обязательна. Заявки на лоцмана оформляются через агента за 3 ч до прихода судна в порт. Лоцманская станция имеет высокочастотную телефонную аппаратуру, которая работает на шестом канале. Лоцманский катер красного цвета. Он несет красный флаг с черной буквой «Р» в центре. Если лоцманский катер не может встретить судно на рейде из-за плохой погоды, то лоцманская ассоциация инструктирует капитанов о том, как ближе подойти к порту, указывая место, где лоцман может быть безопасно принят на борт судна.

         Услуги буксеров: Услуги буксиров для швартовки и отшвартовки необязательны и их аренда производится по желанию капитана или совету лоцмана. Для помощи судам порт предоставляет 5 буксиров. Мощность самого большого буксира 1600 л. с.

 

                                                            
                                                            Генуя

                                               (44°24 с.ш. ,08°54' в.д.)

            Часовой пояс - Гринвичский меридиан + 1 час.

            Порт расположен на северо-западном побережье Италии в вершине Генуэзского залива. Это крупнейший порт Италии, вокруг него амфитеатром раскинулся город Генуя (население около 800 тыс. человек).

Ближайшая железнодорожная станция в юроде Генуя.

              Ближайший аэропорт - 5 км от города.

              Лоцманская проводка обязательна для судов свыше 500 БРГ. Заказ лоцмана на 12 канале УКВ. Лоцман поднимается на борт судна в 1 миле от входа в порт.

               Буксировка: буксиры подходят к судну при входе в порт. Используется буксирный трос судна. В порту имеется 42 буксира мощностью от 600 до 6000 л. с. Использование буксиров не обязательно за исключением случаев швартовки к платформе или к бую (для выгрузки нефти).   

               Праздничные дни: Новый Год - 1 января, День Освобождения - 25 апреля, День Труда - 1 мая, Пасха, Пасхальный Понедельник, День Покровителя Святых - 24 июня, Успение Богородицы -15 августа, День всех Святых -1 ноября, 8, 25 и 26 декабря.

               Рабочее время: генеральные грузы - 3 смены, понедельник - суббота, 06.30-13.00, 13.00-19.30, 19.30-01.00. Четвертую рабочую смену можно заказать с понедельника до пятницы в период с 15 марта до 15 ноября.

                Отходы: порт имеет оборудование и баржи для приемки балластной воды и грязной воды после мытья танков.

                Бункеровка: предоставляются различные виды топлива. Бункеровка производится с барж - бункеровщиков.

                Пресная вода предоставляется на всех причалах. Возможна доставка баржой- заправщиком, минимальное количество заказываемой воды 20 куб. м.

                Медицинское обслуживание: предоставляется любая медицинская помощь.

                Развитие: ведутся работы по расширению промышленной зоны порта Генуя, включая строительство большого плавучего дока, способного принимать суда до 350000 ДВТ, строятся два рабочих причала 350 и 400 м длиной и глубиной 11-20 м и прилегающей рабочей территорией 80 тыс. кв. м.

                В настоящее время уже используется территория 50 тыс. кв. м для складирования пус¬тых контейнеров и хранения автомашин и трейлеров.

 

 

              

 

 

                                              

 

 

 

 

 

 

1.2. Основные технико-эксплуатационные характеристики заданных типов судов

Основные технико-эксплуатационные характеристики заданных типов судов приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2 Технико-эксплуатационные характеристики судов

Характеристики	Единица измерения	Типы судов
		Кап. Кушнаренко	Повенец
Длина максимальная	м	169,6	105,8
Ширина	м	21,8	14,6
Высота борта	м	13,2	8,0
Осадка максимальная	м	9,7	6,6
Дедвейт	т	15735	4295
Чистая грузоподъемность	т	12940	3792
Грузовместимость кип.	м3	20700	5767
Грузовместимость нас.	м3	23100	6248
Скорость в грузу	узл.	19,0	13,1
Скорость в балласте	узл.	20,5	14,2
Дальность плавания	мили	12000	6000
Ледовый класс	-	Л2	Л2

 

 

 

2. Подготовка исходных данных и составление математической модели задачи

 

1. Построение возможных вариантов схем движения судов

 

Для определения плана  работы судов рассмотрим возможные  схемы движения. Под схемой движения j понимается набор участков работы флота, последовательно проходимым судном.

                     1                   2    

1. Одесса   ®   Сантос  ®  Одесса  ( 1;2)

                      4                  5      

2. Одесса   ®  Генуя   ---®  Одесса (4;5)

                    3                   2                4                             

3. Генуя   ®   Сантос  ®  Одесса ® Генуя (3;2;4)

   2                   6                   3

4.  Сантос  ®  Одесса - - -®  Генуя  ®  Сантос (2;6;3)

 

       ®     груженый участок

- - - ®    балластный переход.

2.2 Расчет нормативов  работы судов на схемах движения

Для полученных схем движения с помощью исходных данных рассчитываем следующие нормативы:

1. время расчета судна i - го типа на j – ой схеме движения в сутках:

 

                                  t_ij =

t_il                                   (1)

( і = 1,m ; j = 1,n) ,

где t_il – норматив времени работы судна і – го типа на l – ом участке, сут., который включает валовое время перехода на участке и валовое стояночное время в порту выгрузки. Суммирование выполняется по участкам, входящим в систему (l j).

t₁₁ = 14+19+16+23=72 суток – время рейса судна 1 –го типа по 1-ой схеме,

данные по остальным схемам вводим в табл. 2.1.

Таблица 2.1.  Расчет норматива времени работы судов, сут.

№ судна	Схемы
	1	2	3	4
1	72	29	101	80
2	57	21	71	60

2)     инвалютный доход судна і – го типа на j – ой схеме движения за один рейс, тыс. долл.

 

F_ij =

f_l *q_il                     

 

 ( і = 1,m ; j = 1,n),

где

f_l - тарифная ставка на  l- ом участке, долл./т ;

q_il  - загрузка судна і – го типа на l- ом участке, тыс.т.

 Рассмотрим первую  схему:

           F₁₁= f₁ *q₁₁ + f₁ *q₁₂   - инвалютный доход судна 1 – го типа на 1 – ой схеме движения , тыс. долл.

F₁₁= 38*13+ 44*12=1022  тыс. долл.

 

Данные по всем схемам вводим в табл. 2.2.

                       Таблица 2.2. Инвалютный доход судов  за  рейс, тыс. долл.

№ судна	схемы
	1	2	3	4
1	1022	374	1466	1092
2	246	136	456	320

 

2. расходы в инвалюте судна і – го типа на j – ой схеме движения за один рейс R_ij принять равным 30% от доходов в инвалюте.

                                               R_ij=0,3*F_ij                                                     (3)

( і = 1,m ; j = 1,n)

R₁₁= 0,3* F₁₁= 0,3*1022=306,6 тыс. долл.- инвалютный расход судна 1 – го типа на 1 – ой схеме движения , тыс. долл.

 

 

 

 

Данные по всем схемам вводим в табл. 2.3.

                           Таблица 2.3.   Расходы в инвалюте за  рейс, тыс. долл.

№ судна	схемы
	1	2	3	4
1	306,6	112,2	439,8	327,6
2	73,8	40,8	136,8	96

 

     2.3. Составление математической модели задачи

    При разработке математической модели задачи решаются такие вопросы:

• выбор параметров управления;
• выбор критерия оптимальности;
• формирование ограничений и целевой функции в общем виде и с использованием конкретных числовых данных.

      Выбор критерия оптимальности в расстановочной задаче существенно зависит от соотношения провозной способности флота П и объема перевозок Q. В курсовой работе П<Q. Критерий оптимальности – максимум дохода в инвалюте.

                             

F_ij = F_ij -R_ij                              (4)

( і = 1,m ; j = 1,n)

F₁₁= F₁₁- R₁₁= 1022-306,6= 715,4 тыс. долл.- максимум чистой валютной выручки судна 1-го типа на 1-ой схеме движения, тыс. долл.

Рассчитанный максимум чистой валютной выручки вносим в таблицу 3.

                  Таблица 3. Максимум дохода в инвалюте 

№ судна	схемы
	1	2	3	4
1	715,4	261,8	1026,2	764,4
2	172,2	95,2	319,2	224

 

 

           Математическая модель задачи в общем виде :

                                     Z = F_ij* x_ij – max                                 (5)                       

                             q_il* x_ij £ Q_l   (l=1,S)                            (6)                                  

                                t_ij *  x_ij = T_i ( і =1,m)                             (7)                                          

                               x_ij ³ 0 ( і = 1,m ; j = 1,n)    ,                           (8)                                                  

 

где x_ij – число рейсов судов і – го типа на j – ой схеме движения (параметры управления), судо – рейсы ;

T_i - бюджет времени судов і – го типа, судо – сутки.

 

                          T_i = N_i *Т_пл  ( і =1,m),                                        (9)

где N_i – число судов і – го типа;

 Т_пл   - продолжительность планового периода (Т_пл  = 365 сут.);

 

Т₁ = 6*365=2190 судо –сут.;

Т₂ = 10*365=3650 судо –сут.;

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

G_l  - множество схем движения, содержащих l – ый участок;

S – количество груженых участков.

Экономический смысл целевой функции (5)– максимизировать доход в инвалюте.