Статья: ПРОЕКТ МАЛОМЕРНОГО ПАРОМА С ПОДВЕСНЫМИ ЛОДОЧНЫМИ МОТОРАМИ ДЛЯ РАБОТЫ НА ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЯХ (2025)

Темой исследования являются большие системы водного транспорта, в частности порты, судоходные компании, судостроительные и судоремонтные предприятия, логистические центры, шлюзованные судоходные каналы, регулируемые внутренние водные пути, которые как объекты автоматизированного управления предъявляют следующие требования к его надежности: обеспечение на необходимом уровне безопасности и надежности отдельных технических узлов и подсистем и информационных потоков, циркулирующих в человеко-машинном контуре управления в условиях нарастающей цифровизации транспорта (аналогичное требование должно быть установлено для разрабатываемого программного обеспечения); использование облачных технологий хранения больших данных, что требует учета на стадии проектирования защитных мероприятий как технического, так и алгоритмического характера; разработка на стадии проектирования методики обобщенной интегрированной прогнозной оценки надежности АСУ как основы рассмотрения альтернативных вариантов ее структуры и состава ввиду функциональной разнородности широкого спектра технических устройств, входящих как в субъект, так и в объект управления. Отмечается, что при этом должна быть учтена высокая подверженность объектов воднотранспортной системы многообразным рискам и уязвимостям, как сезонным, так и постоянно действующим (тем самым определяется актуальность разработки метода построения интегральной оценки надежности АСУ для объектов водного транспорта как цели исследования). В рамках общей задачи предлагается решение следующих вопросов: определение размерности и структуры интегрального показателя; включение качественно описываемых уязвимостей, имманентно присущих объекту управления и контуру управления; построение математической модели функционирования проектируемой АСУ; построение на этой основе имитационной модели управления с целью анализа «узких мест», в наибольшей степени влияющих на ухудшение оценки; использование теоретико-вероятностной методики активного управления рисками на стадии рассмотрения альтернативных вариантов отдельных частей проекта. Методологическую основу исследования составляют общие положения прикладной теории вероятностей, теория планирования эксперимента на имитационной модели, оптимизация проектного показателя надежности средствами математического программирования. Результатом работы является метод построения интегрального показателя проектной надежности контура автоматизированного управления для больших систем водного транспорта, агрегирующего вероятности проявления разнородных уязвимостей технических узлов, информационных уязвимостей в точках выхода в облачную среду и потенциальных ошибок в программном обеспечении.

Темой работы является исследование хромовых электролитических покрытий, широко применяемых на водном транспорте для повышения износостойкости деталей ответственного оборудования, в том числе для защиты водоохлаждаемых поверхностей втулок цилиндров судовых дизелей от кавитационного воздействия.

В работе предпринята попытка связать шероховатость хромовых блестящих покрытий с характером распределения в них трещин и, как следствие, с кавитационный износостойкостью покрытий. Были испытаны семь покрытий из блестящего хрома, нанесенных при разных режимах и имеющих разную обработку поверхности, отличающихся друг от друга толщиной, микротвердостью и характером распределения трещин. Хромирование выполнялось в стандартном электролите - водном растворе хромового ангидрида и серной кислоты - следующего состава: хромовый ангидрид (CrO3) - 250 г/л; серная кислота (H2SO4) - 2,5 г/л; содержание трехвалентного хрома - не более 5 г/л; содержание ионов трехвалентного железа - не более 10 г/л. Электролит готовился на дистиллированной воде однократной перегонки. Хром наносили на образцы из серого чугуна СЧ21, вырезанные из втулок цилиндров судового дизеля, бывших в эксплуатации. Испытания на кавитационный износ проводили в пресной воде при температуре воды 20 ± 3 оС на ультразвуковом магнитострикционном вибраторе при частоте и амплитуде колебаний торца концентратора, равных примерно 22 кГц и 28 мкм соответственно.

Расстояние между поверхностью испытываемого покрытия и торцом колеблющегося концентратора выставляли равным 0,5 мм. В процессе испытаний образцы периодически взвешивали на аналитических весах с дискретностью показаний 0,1 мг, при этом наряду с потерями массы образцов оценивали шероховатость поверхности покрытий в очаге износа по значению среднего арифметического отклонения профиля.

Структуру покрытия исследовали на металлографическом микроскопе на поперечных нетравленых шлифах до и после испытаний.

Учитывали, что износостойкость хромовых электролитических покрытий при кавитации определяется двумя факторами: характером трещин в покрытии и толщиной покрытия, а также то, что толщина покрытия влияет на его долговечность, а характер трещин - как на долговечность, так и на скорость изнашивания хромового покрытия.

Густота сетки трещин, выходящих на поверхность, и их ширина определяют шероховатость поверхности, а поскольку кавитационный износ начинается с районов покрытия, примыкающих к берегам трещины в начальный период кавитационного воздействия, происходит хрупкий откол частиц от покрытия путем его разрушения по уже имеющимся трещинам в исходном покрытии, должна прослеживаться зависимость между скоростью изнашивания и высотным параметром шероховатости Ra, что подтверждается результатами экспериментов.

Существование зависимости скорости изнашивания от среднего арифметического отклонения профиля исходной поверхности хромового покрытия позволяет сделать вывод о том, что поверхность втулок цилиндров после хромирования необходимо подвергать шлифованию мелкозернистым инструментом и по возможности полированию. При этом покрытие должно быть плотным, а именно не содержать большое количество широких протяженных трещин.

В работе выполнено исследование складского комплекса контейнерного терминала, представляющего собой сложную систему, выполняющую функции обслуживания проходящих через него потоков.

Отмечается, что хранение на крупных терминалах, где постоянно находятся десятки и даже порой сотни тысяч контейнеров, осуществляется в многоярусных штабелях для минимизации крайне дефицитной площади портовой территории. Такой вынужденный подход к складированию ведет к увеличению трудоемкости операций по выборке контейнеров из штабелей для погрузки на судно или на подвижной состав смежного транспорта.

Подчеркивается, что рост высоты штабеля усложняет соответствующую процедуру вследствие блокировки целевых контейнеров другими контейнерами, что вынуждает перемещать последние для освобождения к ним доступа. Это приводит к увеличению количества дополнительных перемещений при выполнении одного коммерческого (оплачиваемого клиентом) движения по выборке целевого контейнера и соответственно к снижению производительности и росту себестоимости операций.

В частности, отмечается, что увеличение числа вспомогательных перемещений снижает селективность контейнеров, определяемую отношением числа «коммерческих» перемещений к общему их числу и повышает трудоемкость, определяемую обратной к ней величиной.

Получены аналитические выражения для всех классов складирующего оборудования в виде комбинаторных зависимостей, которые могут служить требуемыми объективными и просто вычисляемыми метриками.

Использование этих метрик обеспечивает возможность выполнения более точных расчетов на стадии технологического проектирования, планирования и управления контейнерами терминалами. Тем самым достигается возможность более точного прогнозирования эксплуатационных показателей, учитывающих специфику используемых технологий и организационных решений.

Темой исследования является проблема прокладки безопасного маршрута судна с учетом гидрометеорологической обстановки в районе его следования. Решение задачи предлагается с использованием теории графов. Кратчайшим маршрутом при океанском переходе является дуга большого круга, вокруг которой строится граф.

Узлы графа отстоят друг от друга на расстоянии 12-часового перехода судна. Для узлов графа определяется текущая и прогностическая гидрометеорологическая информация о ветре, волнении и поверхностном течении. Для решения этой задачи предлагается использовать модифицированный алгоритм A* (A-Star).

В качестве эвристической функции используется не расстояние, а кратчайшее время прохождения маршрута с учетом потерь или приращения скорости из-за влияния гидрометеорологических факторов на каждом отрезке пути между соседними вершинами графа. Предлагаемый алгоритм обладает высокой скоростью нахождения оптимального пути. Проведено компьютерное моделирование, иллюстрирующее результат работы предлагаемого модифицированного алгоритма.

Полученные результаты показывают возможность значительной экономии времени при плавании по оптимальному маршруту по сравнению с плаванием по дуге большого круга. Предложенный метод может быть использован для создания систем автоматизированной прокладки оптимальных маршрутов с учетом меняющихся условий окружающей среды.

В рамках обзорной статьи исследованы проблемы регулирования проектного этапа дноуглубительных работ в акваториях морских портов Российской Федерации.

Акцентировано внимание на отсутствии единого нормативного подхода к организации данных работ, что обусловлено высокой степенью фрагментации законодательства и преобладанием подзаконных актов.

Отмечается, что подобная ситуация создает сложности в реализации проектов, замедляя модернизацию портовой инфраструктуры и повышая риски административных барьеров. Особое внимание уделено экологическим аспектам, включая процедуры экологической экспертизы, а также стратегической роли портовой инфраструктуры в контексте развития Северного морского пути, позиционируемого как ключевой элемент национальной транспортной политики.

В рамках исследования проанализированы основные стадии проектного этапа: выбор проектной организации, проведение инженерных изысканий, согласование документации в Росрыболовстве, экологическая экспертиза и получение разрешений на захоронение донного грунта.

Выявлены системные проблемы, связанные с дублированием норм, разночтениями в подзаконных актах и формированием неформальных ведомственных требований, что ведет к монополизации рынка проектных услуг и снижению эффективности регуляторных процедур.

Предложены пути совершенствования регулирования, включая разработку унифицированных стандартов, охватывающих все этапы проектирования и консолидацию разрозненных подзаконных актов в единые нормативные документы.

Подчеркивается необходимость четкого разграничения обязательных и рекомендательных требований к проектной документации, что позволит минимизировать субъективизм при принятии решений контролирующими органами. Особо отмечается важность координации между Росрыболовством, Росприроднадзором и другими ведомствами для устранения противоречий в регулятивной практике.

Проведенный анализ выполнен на базе использования широкого спектра источников: федеральных законов, актов органов исполнительной ветви власти и технических стандартов.

Результаты исследования имеют практическую значимость для органов государственной власти, проектных организаций и участников рынка гидротехнического строительства, ориентированных на повышение эффективности реализации инфраструктурных проектов в условиях повышения требований к экологической безопасности и стратегическим интересам государства.

Рассмотрен способ создания судопогрузочной машины непрерывного действия путем закрепления конвейерной телескопической стрелы на опорно-ходовой конструкции портального крана и применения его механизмов для управления всеми перемещениями стрелы. Особое внимание уделено проблеме пыления сыпучих грузов в существующих портах Российской Федерации, продолжающих задействовать грейферные портальные краны для перевалки грузов.

Отмечается, что применяемые в настоящее время комплексные меры борьбы с пылением не позволяют устранить просыпь и пылеунос сыпучих грузов при проведении погрузочно-разгрузочных работ грейфером на причале. При этом единственным эффективным решением является внедрение дорогостоящих судопогрузочных машин, что служит сдерживающим фактором развития для многих портов России ввиду нерентабельности инвестиций.

В целях повышения экологичности и интенсивности перевалки сыпучих грузов на причалах действующих портов сформулирована задача по разработке более доступного способа перехода от грейферных портальных кранов к современным судопогрузочным машинам непрерывного действия. В рамках исследования разработано специальное крепление телескопической конвейерной стрелы к порталу портального крана.

Представлены общий вид машины, а также изображения шарнирного и стационарного креплений к порталам кранов различной конструкции. Рассмотрены принципы действия механизмов портального крана как в сочленении с телескопической стрелой при отгрузке сыпучих грузов, так и при обособленной работе крана собственным крюковым захватом с тарно-штучными грузами.

Выполнен сравнительный анализ основных технических характеристик и стоимостных показателей разработанной судопогрузочной машины. Определены ее основные достоинства и недостатки.

Предложенный способ создания судопогрузочной машины на базе портального крана демонстрирует возможность устройства нового типа подъемно-транспортной машины, сочетающего высокую производительность и экологичность, универсальность применения, доступность внедрения в существующих портах, а также низкую стоимость изготовления и монтажа.

Предлагается воспринимать линейный сплайн как математический критерий линии положения. Линейная сплайн-аппроксимация при этом рассматривается в двойственном варианте: сплайн ассоциируется с аналогом линии положения и одновременно с многозвенником восстановленной навигационной изолинии. Сплайн-градиент интерпретируется как усовершенствованное понимание классического вектора градиента, имеющего отличие в построении по нормали к сплайновому фрагменту, аппроксимирующему изолинию в окрестности счислимой точки.

При таком подходе обеспечивается реалистичность многофакторности вероятных направлений максимальных увеличений навигационной функции за счет оперирования комплексом сплайн-градиентов, что объективно отображает ситуацию предельной точности обсервации как вероятнейшей точки пересечения сплайновых линий положения.

Отмечается, что понятие сплайн-градиента признано основополагающим предикатом, определяющим потенциал движения судна при изолинейном плавании с учетом меняющейся геометрической характеристики поля навигационных параметров. Конкретизирована оценка точности навигационных измерений за счет вариативного конфигурирования архитектуры комплекса градиентов.

Представляется целесообразным предположение о гипотетической возможности независимого контроля изолинейного перемещения судна при наличии на борту специальной аппаратуры, способной постоянно определять значения параметров навигационной изолинии с синхронной фиксацией веера градиентов, так как внутренняя геометрия траектории судна полностью характеризуется навигационными параметрами в общепринятом в навигации смысле.

Указывается, что альтернативным преимуществом удержания судна на маршруте изолинейного плавания является техническая возможность ориентирования на управляющий сигнал от измерений значений комплекса градиентов без использования дополнительной информации.

Применение веера градиентов в практическом аспекте создает прецедент организации параметрической системы, в которой текущий истинный курс и координаты изолинейно движущегося судна являются функциями градиентометрических измерений.

Допускается теоретическая возможность практического применения теории сплайн-функций к приближению новейших изолиний, внедрение которых в навигацию будущего связано с инновациями технических средств судовождения.

Прогнозируется, что предлагаемый подход может быть использован как математическое обеспечение автоматизированной системы судовождения с искусственным интеллектом в рамках концепции безэкипажного судоходства.

Темой исследования является вопрос разработки имитационной модели для определения рационального варианта распределения входящего потока круизных и паромных судов в системе причалов морского пассажирского порта или терминала.

Разработка в данном исследовании нового программного инструментария, который на основе гибкости настройки интерфейса может быть применим к различным морским пассажирским терминалам с учетом возможности выполнения многосценарного моделирования, направлена на уточнение методов технологического проектирования морских пассажирских портов и терминалов.

Отмечается, что используемые детерминированные модели для расчета пропускной способности причала или необходимого количества причалов не позволяют учитывать в полной мере динамические параметры влияния внешней среды, что ограничивает их применение и формирует необходимость использования методов имитационного моделирования.

В исследовании отмечается, что наряду с основным параметром: ожидаемым годовым пассажиропотоком и количеством круизных и паромных судов, ключевым вопросом является структура потока судов.

Предложена модель приоретизации обслуживания входящих круизных и паромных судов, рассматривается возможность исследования наличия случайного потока судов, заходящих в порты, имеющих как низкий, так и высокий приоритет заявок в очереди.

На основе выполнения многосценарного моделирования в разработанном цифровом двойнике с использованием новой программы доказана возможность сформировать набор больших данных для последующего принятия решений при неопределенности стратегического развития морского пассажирского порта в регионе моря и методам привлечения новых круизных линий.

Исследования, представленные в работе, направлены на изучение гидравлики процесса наполнения судоходных шлюзов с головной системой питания из-под плоских подъемно-опускных ворот. В частности, рассмотрена задача о возможности компенсации первого обратного пика гидродинамической силы путем изменения площади отверстия наполнения.

Изменение площади отверстия наполнения рассмотрено в том числе для случаев постоянной величины площади и для случаев ее уменьшения. В теоретическом эксперименте временной промежуток и интенсивность изменения площади отверстия наполнения синхронизировались со скоростью распространения волн в камере шлюза.

Первую волну попуска от сформировавшегося в начале процесса наполнения необходимо компенсировать второй волной, которая создается принудительно путем уменьшения площади сечения отверстия наполнения с последующим переходом к ее увеличению.

В исследовании определялись параметры второй компенсационной волны, чтобы при взаимодействии с первой волной попуска отсутствовал первый пик обратной гидродинамической силы.

Исследовано также влияние на возникновение пика обратной силы режима изменения площади отверстия наполнения. Для реализации поставленной задачи использованы теоретические методы, основанные на решении уравнений неустановившегося движения воды, позволяющие определить колебания свободной поверхности воды в камере шлюза, в том числе на начальном этапе наполнения.

Результаты, полученные в исследовании, показывают для различных водоизмещений судна зависимости изменения величины гидродинамической силы от режимов изменения площади отверстия наполнения и от взаимосвязанного с площадью изменения приращения расхода воды.

Полученные результаты исследования могут быть направлены на создание безопасных условий для шлюзования как судов действующего флота, так и перспективного безэкипажного флота.

Темой исследования является всесторонняя оценка эффективного управления цепями поставок насыпных грузов в большегрузных контейнерах на морские контейнерные терминалы в целях накопления и отгрузки на морские суда.

Актуальность темы вызвана тем, что контейнеризация широко охватившая различные категории грузов, оставила без внимания массовые относительно недорогие насыпные грузы, для перевозки которых успешно используются мягкие контейнеры малой грузоподъемности, требующие для хранения крытых помещений, которыми, как правило, контейнерные терминалы не оборудуются.

Отмечается, что постановка задачи обусловлена необходимостью синхронизации логистических потоков, в силу того что управление функциональной схемой терминала требует системного подхода к разработке модели движения смежных видов транспорта, задания ритма подачи автомобилей и вагонов под выгрузку и погрузку и учета ряда других факторов.

Подчеркивается, что моделирование схем обработки контейнеров на морском терминале находится в прямой зависимости от его пропускной способности, расчет которой базируется на оценке емкости складских площадей порта, в границах которых может быть принято к обработке и хранению определенное количество контейнеров, а также от наличия средств механизации, необходимых для их обработки.

В предлагаемой работе рассмотрена возможность организации технологических процессов терминала на основе сокращения контейнеро-мест в зоне хранения в различных условиях работы транспортной системы, а именно в условиях задержки судна под погрузкой в силу метеорологических или иных причин.

Сделан вывод о том, что предлагаемые схемы обработки контейнеров могут способствовать сокращению издержек участников транспортного процесса, не нарушая заданных сроков поступления и обработки грузов, обеспечивая ритмичность и надежность технологических операций на морском терминале.

Рассмотрена концепция аппроксимации геометрической формы зоны навигационной безопасности судна в идеологии образов сплошных деформируемых сред как непрерывное множество точек N-фокусного эллипса, который также можно использовать применительно к задаче ограждения навигационных опасностей. Данная конфигурация позволяет точнее учитывать информацию о полях различных кинематических и динамических параметрах движения судна и генерировать управляющие воздействия по обеспечению заданного уровня безопасности плавания. Отмечается, что решение задачи обеспечения безопасности судовождения при формализации зоны навигационной безопасности судна в виде N-фокусного эллипса первоначально требует разработки принципов управления на кинематическом уровне. При этом возникает нетривиальная задача определения координат особых «характерных» точек на границе зоны навигационной безопасности, таких как точка, ближайшая к навигационной опасности, находящаяся на пересечении с линией относительного движения, «крайние» точки. В том числе из-за нелинейности уравнения N-фокусного эллипса, изменений размеров и формы зоны навигационной безопасности, вызванных движением собственного судна и меняющейся навигационной обстановки, предлагается решение, базирующееся на одном из классических методов определения местоположения в навигации - обобщенном методе линий положения. Основные положения изыскания подкреплены инфографикой и доведены до уровня непосредственного практического применения. Сделан вывод о том, что формализация предлагаемых методов и алгоритмов в автоматических навигационных комплексах или системах управления автономными судами позволит судоводителю на борту или управляющему ими дистанционно решать задачи судовождения на качественно новом уровне в неразрывной связи с традиционными методами контроля безопасности мореплавания.

Темой исследования является оценка и прогнозирование динамики заносимости судоходных каналов - важная составляющая обеспечения круглогодичной навигации крупнотоннажных судов в акватории Северного морского пути, поскольку арктические моря и соединяющие их проливы, особенно в восточном секторе, мелководны, что требует выполнения дноуглубительных работ для поддержания гарантированных безопасных глубин.

Статья посвящена описанию разработанного метода оценки и прогнозирования динамики заносимости судоходных каналов в акватории Северного морского пути.

Рассмотрены основные особенности условий выполнения дноуглубительных работ в арктических морях, к которым относятся наличие льда в течение 8-9 месяцев в году, когда проведение дноуглубительных работ является невозможным, короткий (3-4 месяца) период чистой воды, когда выполнение дноуглубительных работ становится возможным, при этом плавание транспортных судов и ледоколов по каналам осуществляется круглый год.

Отмечается, что наряду с традиционными факторами, влияющими на процессы заносимости морских каналов, такими как ветро-волновые явления и течения, существенное влияние оказывают движители крупнотоннажных транспортных судов и мощных ледоколов ввиду значительной осадки судов и мелководья каналов.

Приведено теоретическое обоснование модели заносимости на основе экспериментальных данных, полученных по результатам съемки рельефа дна с применением многолучевых эхолотов.

Детально показаны этапы обработки натурных данных для их подготовки и применения в математической модели заносимости. Приведены результаты прогноза расчетных величин объемов заносимости и соответствующие им доверительные интервалы.