CC BY
23
Транспорт
2. Фролов В.Ф. Перспективы развития железнодорожной инфраструктуры региона // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : VII междунар. науч. практ. конфер. Иркутск, 2016.
3. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: Вопросы взаимодействия и рельса : пер. с англ. / С.М. Захаров, В.М. Богданов и др. М. : Интекст, 2002. 408 с.
4. Лысюк В.С. Причины и механизм схода колеса с рельса. Проблема износа колеса и рельса. М. : Транспорт, 1997. 188 с.
5. Е.А. Шур. Повреждение рельсов. М. : Интекст, 2012. 191 с.
6. С.М. Захаров. Контактно-усталостное повреждение колес грузового вагона. Тр. ОАО «ВНИИЖТ». М. : Интекст, 2004. 160 с.
7. Особенности структуры белых шаров на поверхности катания железнодорожных колес / М.О. Дружинин и др. Металловедение и обработка металлов. 2008. № 2. С. 3-7.
8. Нирконэн В.Т. О влиянии конусности колесных пар на динамику движения подвижного состава // Вагоны и вагонное хозяйство. 2015. № 2 (42). С. 29-31.
9. Андриевский С.М. Боковой износ рельсов в кривых. Труды ВНИИЖТ. М. : Трансжел-дориздат, 1961. Вып. 207. 128 с.
10.Ершков О.П. Построение графиков удельных характеристик и графиков-паспортов вписывание железнодорожных экипажей в кривые (теоретические основы). Тр. ВНИИЖТ. М. : Трансжелдориздат, 1963. Вып. 268. С. 64-125.
11.Ковенькин Д.А. Повышение стабильности ширины рельсовой колеи в кривых участках пути : дисс. ... канд. техн. наук. Иркутск, 2006. 189 с.
12.Патент РФ № 2516599 Рос. Федерация. Призматический образец для оценки прочности материала / Е.В. Зеньков, Л.Б. Цвик, Д.В. Запольский и др. Опубл. 27.03.2014, Бюл. № 9.
13. Зеньков Е.В., Цвик Л.Б. Расчетно-экспериментальная методика оценки прочности материала литых деталей вагонов // Безопасность регионов - основа устойчивого развития : сб. науч. тр. Иркутск, 2014. С. 122-128.
14. Запольский Д.В., Цвик Л.Б. Повышение эксплуатационной надежности колес железнодорожных вагонов и совершенствование профиля их осевого сечения // Безопасность регионов - основа устойчивого развития : сб. науч. тр. Иркутск, 2014. С. 12-132.
УДК 656.078.14: 519.86(571.63) Бондаренко Наталья Викторовна,
преподаватель Хабаровского техникума железнодорожного транспорта факультета среднего профессионального образования, Дальневосточный государственный университет путей сообщения, тел. 8(924)200-25-67, e-mail: [email protected]
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ
СТРАТЕГИЙ КОМПЛЕКСНОГО ЭТАПНОГО РАЗВИТИЯ ВЛАДИВОСТОКСКОГО МУЛЬТИМОДАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО УЗЛА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ
N. V. Bondarenko
MATHEMATICAL PROBLEM DEFINITION OF TECHNICAL AND ECONOMIC ASSESSMENT OF COMPLEX LANDMARK DEVELOPMENT OF THE VLADIVOSTOK MULTIMODAL TRANSPORT HUB STRATEGY AND THE TECHNOLOGY OF ITS REALIZATION
Аннотация. Для реализации комплексной оценки стратегий этапного развития Владивостокского мультимодального транспортного узла, как одного из важнейших элементов мультимодального транспортного коридора «АТР - Европа» в исследуемом припортовом регионе юга Дальневосточного Приморья, обеспечивающего входы-выходы из него транзитных грузопотоков, в настоящей статье произведен выбор критериев для технико-экономической оценки стратегий и сформирована экономико-математическая модель. Выбраны метод и методика реализации заявленной цели на основе применения модифицированного динамического программирования. Рассмотрены рекомендации по технологии решения поставленной задачи формирования экономически эффективных стратегий этапного изменения облика и мощности Владивостокского мультимодаль-ного транспортного узла и его элементов на основе применения разработанной экономико-математической модели.
Ключевые слова: Владивостокский мультимодальный транспортный узел, стратегия, технико-экономическая оценка, интегральный эффект.
Abstract. To realize a complex assessment of landmark development strategy of the Vladivostok multimodal transport corridor "the Pacific Asian Region - Europe " in the studied port region of the Far East Primorye South providing entrances and exits of transit freght traffics to it, in the present article the choice of criteria for a technical and economic assessment of strategy is made, the economic-mathematical model is created. The method and technique of realization of this purpose on the basis of application of the modified dynamic programming is chosen. Recommendations about technology of the objective formation of landmark change solution, economically effective strategy of the Vladivostok multimodal transport hub shape and power and its elements on the basis of the developed economic-mathematical model application are considered.
Keywords: Vladivostok multimodal transport hub, strategy, multimodal effect, technical and economic assessment.
Введение
Глобализация, кооперация внешнеторговых связей в сегменте рынка транспортных услуг, связанном с контейнеризацией с одной стороны, и конкуренция с другой, требуют всестороннего анализа возможностей Единой транспортной системы страны и ее элементов при формировании экономически эффективных стратегий развития мультимодальных транспортных коридоров, узлов и звеньев с учетом технико-экономической их оценки.
Системное представление облика Владивостокского мультимодального транспортного узла (ВМТУ) [1], анализ технического состояния его элементов и разработанная методика формирования допустимого множества альтернатив изменения облика и мощности элементов и системы в целом позволяют сформулировать содержательную постановку задачи выбора экономически эффективной стратегии их развития.
По аналогии с работой [2] содержательную постановку решаемой в настоящем исследовании задачи можно представить следующим образом: наметить такие совокупности альтернатив, представляющие стратегии этапного развития облика и мощности элементов и системы ВМТУ в целом, которые позволят выбрать из них экономически эффективные для разных сценариев развития экономики региона с учетом недостаточности информации по прогнозу объемов перевозок.
Концептуальные предложения
В соответствии с требованиями [3, 4] для комплексной экономической оценки стратегий изменения облика и мощности ВМТУ и его элементов в настоящей работе принят интегральный эффект, который определяется по формуле
Эинт = jj(R - з* У t •
(1)
i=1 t=0
в ^й год; Т - горизонт расчета; а =_1_ - ко' (1 + Е)'
эффициент дисконтирования затрат во времени;
Е - норма дисконта; X' - параметр управления
формированием облика ВМТУ, принимающий два значения 0 или 1, что показывает входит или не входит 7-й элемент в систему в ^ом году.
По аналогии с работой [2], но с соответствующей модификацией можно отметить, что суммарный дисконтированный результат в пределах элемента системы ВМТУ для каждой из множества возможных стратегий изменения его облика и мощности одинаков в пределах рассматриваемого сценария прогноза объемов работы и зависит от тарифа или аккордной ставки и объема грузовой работы на ^й год расчетного периода. По этой причине в качестве критерия формирования экономически эффективной стратегии этапного развития облика и мощности ВМТУ можно принять минимальные суммарные дисконтированные строительно- эксплуатационные расходы в пределах горизонта расчета:
Л„ .( т А А
min 3* = j j Со (tК + j
i=1 t=0 V
j=1
* +
j Cj (t К
• y{
X, (2)
где 7 = 1, 2, 3,..., п - количество элементов системы ВМТУ; - результат работы 7-го элемента
О*'
системы в ^м году; З - затраты по 7-му элементу
где С0 (') - функция эксплуатационных расходов по переработке контейнерного транзита в исходном состоянии по элементам ВМТУ; ' = х- срок завершения работы элемента системы в начальном техническом состоянии; К'. к - стоимость перехода из менее в более мощную альтернативу по элементам ВМТУ; 7 = 1, 2, 3,., п - количество элементов, участвующих в работе ВМТУ в пределах определенной части расчетного периода времени;
у/ - параметр управления альтернативами, принимающий два значения - 0 или 1, что показывает, входит или не входит альтернатива в стратегию в ^м году; j = 1, 2,., т - количество альтернатив, входящих в стратегии развития 7-го элемента системы; Т- сроки переходов от менее к более
i,t
Транспорт
мощной альтернативе в пределах /-го элемента системы; at и ат ^ - коэффициент дисконтирования; С j (?) - функция эксплуатационных расходов для j-й альтернативы i-го элемента системы.
На основе сформулированной выше содержательной постановки и принятого к расчетам критерия можно сформировать математическую модель поставленной в настоящей работе задачи. Из совокупности множества возможных стратегий, полученных по элементам системы ВМТУ, сформировать такой агрегированный вариант ее этапного развития в пределах принятого горизонта расчета Т, который будет иметь min З*.
Если по аналогии с работами [2,5] обозначить множество стратегий через Вт, а экономически эффективную стратегию через b, то искомая стратегия этапного развития облика и мощности ВМТУ b е Вт может быть получена по критерию с учетом следующих ограничений: 1. Любой элемент системы ВМТУ может быть включен, либо не включен в стратегию b:
x = 1 v x = 0.
(3)
2. Альтернативы элементов системы могут быть включены, либо не включены в стратегию Ь:
y/ = 1 v yJt = 0.
(4)
min
in Кр < Кр (lb), Кр (b) < max Кр
(6) (7)
где Кр (b) - инвестиции на реализацию стратегии b; min Кр, max Кр - минимальная и макси-
мальная величина инвестиции для реализации намеченной стратегии.
5. Расчетный срок окупаемости, зависящий от принятой нормы дисконта Е, не должен превышать нормативный:
Ток (b) <
rj-iu _
1
Е
(8)
3. Уровень мощности выбранной экономически эффективной стратегии изменения облика ВМТУ и его элементов должен превышать прогнозируемые объемы перспективных перевозок:
Г (Ь, ^ > Гп (г), (5)
где Гп () - прогнозный уровень контейнерного транзита; Гв (Ь, t) - возможная расчетная провозная способность ВМТУ после выполнения стратегии Ь.
4. Объем инвестиций требуемых для реализации намеченных стратегий не должен превышать суммарного объема инвестиций выделяемых для реализации искомого результата развития ВМТУ.
где Ток (Ь) - срок окупаемости намеченной стратегии Ь; Ток - нормативный срок окупаемости,
зависящий от принятой нормы дисконта.
Количество принятых ограничений может меняться в зависимости от постановки локальных задач изменения облика и мощности как отдельных элементов ВМТУ, так и системы в целом.
Содержательная и математическая постановка решения задачи этапного развития облика и мощности ВМТУ позволяет перейти к выбору метода и методики решаемой задачи.
Основные положения реализации предложенной математической модели Анализ существующих моделей и методов проектирования развития транспортных систем и их элементов, проведенный автором статьи, показал, что в большинстве работ для учета фактора времени исследователи решают задачу на основе применения динамического программирования.
Поддерживая эти тенденции как наиболее приемлемые с точки зрения проектирования транспортных систем в пределах заданного горизонта расчета, принимаемого в пределах 10-20 и более лет, автор настоящей работы использует для реализации заявленной цели модифицированный метод динамического программирования, который широко апробирован на железнодорожном транспорте [2, 5].
На основе изучения работ [6, 7, 8] установлено, что в рамках реализации заявленной цели настоящего исследования требуется:
из множества альтернатив выделить подмножество, включаемое в экономически эффективную стратегию;
установить временную последовательность реализации альтернатив;
определить срок исчерпания мощности каждой альтернативы;
рассчитать значение принятого критерия для экономически эффективной стратегии, то есть определить суммарные дисконтированные строительно-эксплуатационные расходы (2) в пределах принятого горизонта расчета;
— выбрать все необходимые технико-экономические данные по альтернативам, включенным в экономически эффективную стратегию, для разработки инновационного проекта перспективного развития исследуемой системы ВМТУ.
На основе принятой в настоящей работе терминологии понятие «техническое состояние» заменяем на понятие «альтернатива», «схема» - на «стратегия», а понятие «оптимальная стратегия», на «экономически эффективная стратегия».
Для формирования экономически эффективных (или оптимальных) стратегий назначаются расчетные альтернативы по элементам системы ВМТУ с учетом изменения их облика и мощности.
Методика формирования экономически эффективных или оптимальных стратегий изменения облика и мощности по элементам системы ВМТУ, разработанная автором настоящей статьи, базируется на реализации алгоритма Кеттеля при формировании исходного и допустимого множества альтернатив по критериям инвестиций (К) и мощности (Г) и применении метода кафедры «Изыскания и проектирование железных дорог» МИИТа для формирования экономически эффективных стратегий по элементам или системе ВМТУ в целом.
В соответствии с рекомендациями, изложенными в работах [5, 6, 7, 8], определение экономически эффективных стратегий производится на сетке «Альтернатива - время» на основе формирования рекуррентных уравнений для оценки узловых точек сетки, которая производится по шагам, зависящим от сроков переходов из менее в более мощные альтернативы. При этом метод и методика, разработанные профессорами А.П. Кон-дратченко и И.В. Турбиным, предусматривают при определении А]Л формирование рекуррентных уравнений для всех узловых точек, в которые разрешены переходы на основе исходной информации, полученной в процессе подготовки к решению поставленной задачи в виде матриц разрешенных переходов и инвестиций, а также таблиц определения величины экономических расходов в пределах горизонта расчета и возможной провозной способности по намеченным альтернативам.
Поскольку исходное состояние в исследуемой системе существует, то на первом шаге расчетной процедуры к узловым точкам есть только один путь подхода, а все остальные узловые точки имеют два пути подхода.
Полученные экономически эффективные стратегии развития облика по элементам исследу-
емои системы с поэтапным наращиванием их мощности являются основоИ для последующего агрегирования результатов по системе ВМТУ в целом, с анализом устойчивости принимаемых решениИ (в условиях недостаточности информации по прогнозу грузовой работы) на основе формирования области эффективных стратегий позволяющих установить диапазон возможного изменения облика системы ВМТУ в целом.
Заключение
На основе проведенных исследований в настоящей работе:
1. Для экономической оценки стратегий этапного развития облика и мощности ВМТУ и/или его элементов в качестве критерия приняты суммарные дисконтированные строительно-эксплуатационные расходы.
2. Сформирована экономико-математическая модель решения поставленной задачи. Представлены ограничения необходимые для учета при достижении заявленной цели.
3. Выбраны метод и методика решения поставленной задачи, базирующиеся на применении динамического программирования с учетом его модификации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бондаренко Н.В., Лебедева Н.А. Концепция формирования области эффективных альтернатив этапного развития облика и мощности мультимодального транспортного узла припортового региона Дальневосточного приморья для пропуска контейнерного транзита // Проектирование развития региональной сети железных дорог : сб. науч. тр. / под ред. В.С. Шварцфельда. Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2015. С. 71-76.
2. Методологические основы проектирования этапного развития облика и мощности мультимодальной транспортной сети : монография / С.М. Гончарук и др. Хабаровск : Из-во ДВГУПС, 2012. 227 с.
3. Виленский, П.Л., Лившиц В.Н., Смоляк С.А. Оценка эффективности инвестиционных проектов : учеб.-практ. пособие. М. : Дело, 2001. 832 с.
4. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. 2-я ред. М. : Экономика, 2000. 421 с.
5. Лебедева, Н.А. Формирование области эффективных альтернатив изменения облика и мощности мультимодальных транспортных
Транспорт
узлов на основе системного подхода : дис. ... канд. тех. наук. Хабаровск, 2009. 179 с. 6. Проектирование железных дорог / Горинов, А.В. и др. М. : Транспорт, 1971. 319 с.
7. Турбин И.В., Гавриленков А.В., Кантор И. И. Изыскание и проектирование железных дорог. М. : Транспорт, 1989. 479 с.
8. Беллман, Р. Динамическое программирование. М. : ИЛ, 1960. 400 с.
УДК 629.734/.735, 519.635.4 Скоробогатова Марина Викторовна,
аспирант, Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 8(3952) 520937 доб.106, e-mail: [email protected]
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА РЕЛЕЯ - РИТЦА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ НЕСУЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КРЫЛА МУНКА С МАКСИМАЛЬНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ
ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ
M. V. Skorobogatova
THE USE OF RAYLEIGH - RITZ METHOD FOR DETERMINING THE SHAPE OF THE BEARING SURFACE OF THE MUNK'S WING, MAXIMIZING THE LIFT
COEFFICIENT
Аннотация. В статье рассмотрена проблема проектирования низколетящей несущей поверхности в целях улучшения эксплуатационных характеристик летательного аппарата, в частности увеличения его подъемной силы. Характерной особенностью теории оптимальной несущей поверхности является то, что ее экстремальные задачи в подавляющем большинстве случаев являются некорректными экстремальными задачами вариационного исчисления из-за избытка граничных условий. По этой причине не все задачи этого класса имеют аналитические решения. Для решения некорректных задач оптимизации геометрии основного несущего комплекса предлагается использовать численные методы оптимизации аэродинамических коэффициентов. Выбранный автором статьи численный метод используется при решении задачи оптимизации, для которой уже известно аналитическое решение. Полученные результаты говорят о применимости данного алгоритма к решению других задач оптимизации аэродинамических коэффициентов.
Ключевые слова: теория оптимизации несущей поверхности, увеличение подъемной силы летательного аппарата, метод Релея - Ритца, крыло Мунка.
Abstract. The article deals with the problem of designing low-flying carrier surface in order to improve the performance of the aircraft, in particular an increase in lift vessel. A characteristic feature of the theory of optimal bearing surface is that its extreme problems in the vast majority of cases are incorrect extremal problems of calculus of variations due to the excess of the boundary conditions. For this reason, not all the problems of this class have analytical solutions. For the solution of ill-posed problems to optimize the geometry of the primary carrier of the complex we propose to use numerical methods for optimization of aerodynamic coefficients. Selected by the author numerical method used to solve the optimization problem, for which analytical solution is already known. The results show the applicability of this algorithm to solve other problems of optimization of aerodynamic coefficients.
Keywords: supporting surface optimization theory, aircraft lift increasing, Rayleigh -Ritz method, Munk's wing.
Введение
В целях обеспечения безопасности и экономичности полетов судов на динамической воздушной подушке проектировщиками решаются задачи выбора оптимальной конфигурации таких летательных аппаратов. В силу сложной пространственной геометрии подобных устройств традиционным способом оптимального проектирования их несущих комплексов стала декомпозиция общей задачи на две следующие [1]:
1) задача оптимизации несущей поверхности, решаемая методом теории оптимальной несущей поверхности (ТОНП);
2) задача об оптимальной компоновке всего аппарата в целом.
Алгоритмы исследования первой из них строятся независимо от второй. Вместе с тем оптимизация компоновочных форм создает новые критерии оптимальности, а значит - новые задачи
ТОНП. Применительно к летательным аппаратам (ЛА) одно из главных мест здесь занимает вопрос выбора формы изолированного крыла конечного размаха [5].
Центральное место в общей задаче оптимального проектирования занимает задача оптимизации геометрии основного несущего комплекса.
Задачи оптимизации низколетящего крыла имеют очевидную практическую значимость.
Например, для улучшения эксплуатационных характеристик аппаратов некоторых компоновочных схем важно спроектировать крыло с максимальным градиентом подъемной силы по отстоянию. Максимизация подъемной силы крыла при заданном индуктивном сопротивлении приводит к повышению экономичности всего летательного аппарата в целом.
С практической и теоретической точек зрения представляют интерес задачи нахождения экс-
