с.Языково, Нижегородская область, Россия
сотрудник с 01.01.2019 по настоящее время
Нижний Новгород, Нижегородская область, Россия
Согласно теории ограничений Голдратта, доказано, что пропускная способность системы водного транспорта для европейской части России определяется пропускной способностью шлюзов каскада водохранилищ на реке Волге от Ярославля до Астрахани, на реке Каме от Перми до Камского Устья. При формировании схемы грузовых перевозок предлагается решение многосекционных толкаемых составов, обеспечивающее максимальное использование пространства камеры шлюза и соблюдение расписания подхода к шлюзу, соответственно, минимизацию простоя флота в ожидании. Решением задачи видится формирование регулярных контейнерных линий барже-буксирных составов, предложен метод разделения водного пути на участки, связанные через рейды узловых портов и рейд переформирования составов. Рациональный способ обслуживания несамоходных грузовых судов определен выбором формы закрепления тяги за тоннажем для основных маршрутов перевозок, способа обслуживания тягой тоннажа – маршрутный или участковый, при которых целесообразность маршрутов и схемы использования определяются технологией сборных партий грузов. Увеличение производительности и провозной способности флота достигается за счет исключения времени ожидания буксиром-толкачом момента завершения погрузо-разгрузочных операций и времени ожидания толкачами прибытия друг друга. Аналогично формирование контейнерных линий рассматривается как обязательное условие связанности каждого порта отправления с каждым портом прибытия. Соблюдение расписания требует применения регулирования режима скорости движения судна. Рассматривается общепринятый вариант регулировки времени через дополнительные остановки. Время хода с грузом рассчитывается по рационально-экономичной скорости движения, а время шлюзования не включает время ожидания, т. к. прибытие состава происходит в заранее согласованное время.
шлюз, расписание, пропускная способность, эксплуатационные показатели тяги, расписание Y, речные перевозки, барже-буксирный состав, переформирование состава
Введение
Хорошо известная в менеджменте теория ограничений (Theory of Constraints), разработанная Э. Голдраттом, оценивает эффективность системы управления наличием узких мест, которые препятствуют достижению максимальных показателей и уменьшают результативность деятельности [1]. Для эффективной речной транспортной системы такого рода ограничениями являются шлюзы. При сравнении в сопоставимых условиях безопасного судоходства пропускная способность участка движения на внутренних водных путях (ВВП) более чем в 10 раз превышает пропускную способность шлюза.
Пропускная способность системы водного транспорта определяется пропускной способностью самого узкого места. В нашем случае это шлюз. Под судопропускной способностью шлюза понимают наибольшее число шлюзований или равное ему число шлюзуемых составов, пропускаемых через шлюз за определенный промежуток времени, а под грузопропускной способностью – количество грузов в судах, пропускаемых через шлюз за тот же период времени. В результате проведения анализа работы шлюзов установлено, что данный показатель снизился почти в 3 раза. Сопоставив отношение фактического количества проходящих через шлюз судов к количеству шлюзований за навигацию, можно отметить, что количество пропущенного флота за одно шлюзование эквивалентно средней валовой вместимости судна 2 155 регистровых тонн тоннажа (в 5 раз меньше вместимости, на которую рассчитана камера шлюза) [2].
Методы исследования
Основной идеей является обеспечение максимальной пропускной способности камер шлюзов. Габариты камер шлюзов составляют 290 × 30 м. Рассмотрим правила шлюзования на ВВП Российской Федерации [3].
Мы не можем повлиять на время шлюзования, которое зависит от перепадов высот, скорости наполнения, технического состояния механизмов, но можем повышать пропускную способность за счет совместного шлюзования нескольких судов, обязательно соблюдая правила шлюзования.
Совместное шлюзование используется для увеличения пропускной способности, но, с другой стороны, резко увеличивается время прохождения шлюза из-за ожидания судов друг друга при подходе, при швартовке и прочих операциях. Поэтому при формировании схемы грузовых перевозок мы предлагаем решение, обеспечивающее максимальное заполнение камеры шлюза (табл. 1). В шлюз заходит одно судно (состав), и случаев взаимного ожидания судами друг друга не будет возникать совсем [4].
Таблица 1
Table 1
Минимальные суммарные запасы по ширине в камере шлюза, м
Minimum total reserves in width as a gateway, m
|
Ширина камеры шлюза |
Величина запаса |
|
10,0 и менее |
0,4 |
|
10,1–18,0 |
0,8 |
|
18,1 и более |
1 |
При наличии на подходе к границам шлюза или шлюзованного участка ВВП очереди из судов более чем на одно шлюзование диспетчером шлюза должна обеспечиваться следующая последовательность их пропуска:
– первая очередь – пассажирские и иные суда, следующие по расписанию;
– вторая очередь – нефтеналивные суда с нефтью и/или нефтепродуктами, а также их остатками, с температурой вспышки паров ниже 60 °С, суда с взрывчатыми и отравляющими веществами, суда со скоропортящимися грузами;
– третья очередь – средства плавучей механизации и суда технического флота, а также суда, перевозящие специальные грузы;
– четвертая очередь – сухогрузные самоходные суда и толкаемые составы, нефтеналивные суда и составы с нефтью и/или нефтепродуктами, а также их остатками, с температурой вспышки паров 60 °С и выше;
– пятая очередь – сухогрузные буксируемые составы, плоты и иные суда.
При скоплении у границ шлюза или шлюзованного участка ВВП судов более чем на два шлюзования диспетчером шлюза составляется план шлюзований, предусматривающий максимально быстрый и безопасный пропуск судов через шлюз.
Допускается совместное шлюзование:
– нефтеналивных судов и составов с нефтью и/или нефтепродуктами, а также их остатками, независимо от температуры вспышки паров;
– сухогрузных судов и составов, судов технического флота с нефтеналивными самоходными судами и составами с нефтью и/или нефтепродуктами, а также их остатками, с температурой вспышки паров 60 °С и выше;
– пассажирских судов (в том числе скоростных) с сухогрузными судами и составами и судами технического флота.
Совместное шлюзование судов, перевозящих в качестве груза отравляющие, взрывчатые и радиоактивные вещества, с иными судами запрещается.
Вывод: согласно Приказу [3], можно без переформирования состава за одно шлюзование пропустить барже-буксирный состав, состоящий из 12-и секций проекта RBD-4608, а это 7 200 т грузоподъемности (рисунок).
Состав из 12-и секций в камере шлюза
The composition of 12 sections in the airlock chamber
В дополнение к Приказу необходимо учитывать, что перед и во время навигации каждый день с 6 ч утра до 9 ч утра происходит траление шлюза, таким образом, суда во время траления прошлюзоваться не могут. Следовательно, самое раннее шлюзование флота происходит с 03:00 до 05:00, а также после 09:00, при этом с согласованием с расписанием работы пассажирского флота.
Расписание линий работы флота модели Y
При решении задачи формирования регулярных контейнерных линий предложен метод разделения водного пути на участки, связанные через рейды узловых портов и рейд переформирования составов, который напоминает изображение буквы Y и который определяет следующие элементы контейнерной линии:
1. Короткое плечо, порт-спутник, 1 шлюз на коротком плече. Порт-спутник – это порт, который перегружает груз на суда для конкретного узлового порта. Для порта Нижний Новгород портом-спутником является Ярославль, для порта Октябрьск – порт Саратов, для порта Камбарка – порт Пермь.
2. Длинное плечо – транзит от переформирования до переформирования состава. Среднее расстояние между транзитными пунктами составляет » 460 км. Если обратить внимание на схему, то можно увидеть фигуру равностороннего треугольника. Одинаковое расстояние между пунктами позволяет улучшить планирование работы флота, задавая ритм движения барже-буксирных составов [5].
Предлагаемый метод объединяет два типа построения несамоходного состава:
– магистральный 12-секционный состав работает на длинных плечах;
– вспомогательный 4-секционный состав работает на коротких плечах.
Модель регулярной контейнерной линии включает следующие правила:
1. Количество двадцатифутовых эквивалентов (далее – ДФЭ) в 1 секции проекта RBD-4608 составляет 30 ед.
2. В каждом порту обработки при снятии фиксированного количества контейнеров обратно грузится такое же количество, чтобы грузоподъемность и грузовместимость каждой секции использовалась на 100 %.
3. Рейды узловых портов должны обеспечивать доформирование состава до 12-и единиц секций.
4. Рейд Камское Устье (рейд переформирования составов) обеспечивает перестановку (сортировку) отдельных секций таким образом, чтобы соблюдалась связанность каждого порта друг с другом [6].
Производительность работы флота
В науке об эксплуатации речного флота значительное внимание всегда уделялось способам (формам) организации работы грузовых составов. Сложность выбора организационно-технологического решения для грузовых составов (по сравнению с грузовыми теплоходами) обусловлена тем, что состав включает в себя несколько судов (толкач и баржи), работа которых требует согласования. При этом увеличивается число объектов управления, следовательно, возрастает число возможных решений и усложняется поиск наилучшего из них. Одним из наиболее важных вопросов в этой научно-практической области всегда был и есть выбор рационального способа тягового обслуживания несамоходных грузовых судов, который включает решение следующих задач:
– выбор формы закрепления тяги за тоннажем для основных маршрутов перевозок: постоянное закрепление (в следующих друг за другом рейсах баржи состава транспортирует один и тот же толкач) или раскрепление (в разных рейсах баржи транспортируют разные толкачи);
– выбор способа обслуживания тягой тоннажа – маршрутный (на всем маршруте движения баржевого состава его обслуживает один и тот же толкач) или участковый (в процессе транспортировки баржевого состава тяговые средства меняются);
– определение целесообразности, маршрутов и схемы использования сборных составов (число и состав транспортируемых толкачом барж может меняться в процессе транспортировки).
Решение этих задач требует учета большого числа факторов, характеризующих условия эксплуатации флота, в том числе:
– характеристики обслуживаемых грузопотоков (интенсивность грузопотока, расстояние перевозок, пространственная совместимость грузопотоков и др.);
– условия плавания на маршруте перевозок, наличие лимитирующих участков;
– производственные мощности портов в пунктах грузовой обработки;
– состав и количество буксирного и несамоходного флота в судоходной компании.
Выбор формы тягового обслуживания составов, прежде всего, влияет на время стоянки судов в портах и в пунктах переформирования составов [7].
Для повышения эффективности речной транспортной системы, согласно принципам теории ограничений Голдратта, увеличение производительности и провозной способности флота возможно за счет исключения времени ожидания буксиром-толкачом момента завершения погрузо-разгрузочных операций и времени ожидания толкачами прибытия друг друга.
Согласно предложенной модели, состав ТСК-395 + 4*RBD-4608 проводит погрузочно-разгрузочные работы в порту Ярославль, затем следует порт Нижний Новгород. Далее в порту Нижний Новгород отдает эти баржи и забирает другие от состава, прибывшего из Камского Устья проекта 00443 + 12*RBD-4608, следует обратно в порт Ярославль для проведения погрузочно-разгрузочных работ. Прибывший из Камского Устья состав проекта 00443 + 12*RBD-4608 следует в Нижний Новгород, отдает 4 секции проекта ТСК-395, а оставшиеся 8 секций ставит под причал для погрузочно-разгрузочных работ. Затем следует до Камского Устья для обмена баржами, далее – обратно в Нижний Новгород с 12*RBD-4608 [8]. Рассчитав эксплуатационные показатели работы флота и учитывая факторы, влияющие на шлюзование, можно составить расписание работы флота (табл. 2).
Таблица 2
Table 2
Расписание портов-спутников по программе «минимум»
Schedule of satellite ports under the “minimum” program
|
Пункт |
Расстояние, км |
Движение, ч |
Стоянка, ч |
Момент |
|
Движение вниз |
||||
|
Рейд Ярославль – прибытие |
0 |
– |
11 |
25.04.2024, 02:00 |
|
Рейд Ярославль – отправление |
328 |
33 |
– |
25.04.2024, 13:00 |
|
Городецкая ГЭС – прибытие |
0 |
– |
2 |
26.04.2024, 22:00 |
|
Городецкая ГЭС – отправление |
70 |
6 |
– |
27.04.2024, 00:00 |
|
Рейд Нижний Новгород – прибытие |
0 |
– |
4 |
27.04.2024, 06:00 |
|
Движение вверх |
||||
|
Рейд Нижний Новгород – отправление |
0 |
– |
– |
27.04.2024, 10:00 |
|
Городецкая ГЭС – прибытие |
70 |
8 |
– |
27.04.2024, 18:00 |
|
Городецкая ГЭС – отправление |
0 |
– |
2 |
27.04.2024, 20:00 |
|
Рейд Ярославль – прибытие |
328 |
33 |
– |
29.04.2024, 05:00 |
|
Рейд Ярославль – отправление |
0 |
– |
15 |
29.04.2024, 20:00 |
Расписание движения составов делается аналогично. Для Нижнекамского, Пермского, Тольяттинского шлюзов согласуем «окошко» для соблюдения расписания шлюзования. Смысл расписания сводится к тому, чтобы время подхода барже-буксирных составов для шлюзования обязательно выдерживать.
В программе «максимум» произойдет изменение в расписании движения и стоянки толкача с большей мощностью. Толкач не будет участвовать в грузовых работах в узловых портах, его задача – прийти в узловой порт, переформировать состав и отправиться в рейс. Какие же будут результаты в программе «максимум»? Время кругового рейса сократится на 1 сутки и потребность во флоте увеличится на несколько единиц флота в узловом порту.
Также в нашей модели формирования контейнерных линий как обязательное условие рассматривается связанность каждого порта отправления с каждым портом прибытия (табл. 3–5).
Таблица 3
Table 3
Связанность линий «Ярославль – Саратов»*
Connectivity of Yaroslavl – Saratov lines
|
№ рейса |
Пункт |
Дата и время |
Пункт |
Дата и время |
|
ЯР-НН-1 |
Ярославль |
25.04.2024, 13:00 |
Нижний Новгород |
27.04.2024, 08:00 |
|
НН-КУ-1 |
Нижний Новгород |
27.04.2024, 10:00 |
Камское Устье |
29.04.2024, 08:00 |
|
КУ-ОКТ-2 |
Камское Устье |
30.04.2024, 06:00 |
Октябрьск |
02.05.2024, 05:00 |
|
ОКТ-САР-4 |
Октябрьск |
03.05.2024, 08:00 |
Саратов |
04.05.2024, 20:00 |
*Баржа Бяр-3.
Таблица 4
Table 4
Связанность линий «Ярославль – Пермь»*
Connectivity of Yaroslavl – Perm lines
|
№ рейса |
Пункт |
Дата и время |
Пункт |
Дата и время |
|
ЯР-НН-1 |
Ярославль |
25.04.2024, 13:00 |
Нижний Новгород |
27.04.2024, 08:00 |
|
НН-КУ-1 |
Нижний Новгород |
27.04.2024, 10:00 |
Камское Устье |
29.04.2024, 08:00 |
|
КУ-КМБ-2 |
Камское Устье |
30.04.2024, 09:00 |
Камбарка |
02.05.2024, 06:00 |
|
КМБ-ПРМ-4 |
Камбарка |
02.05.2024, 08:00 |
Пермь |
04.05.2024, 06:00 |
*Баржа Бяр-1.
Таблица 5
Table 5
Связанность линий «Ярославль – Нижний Новгород»*
Connectivity of Yaroslavl – Nizhny Novgorod lines
|
№ рейса |
Пункт |
Дата и время |
Пункт |
Дата и время |
|
ЯР-НН-9 |
Ярославль |
16.05.2024, 20:00 |
Нижний Новгород |
20.05.2024, 04:00 |
|
НН-КУ-9 |
Нижний Новгород |
21.05.2024, 10:00 |
Камское Устье |
23.05.2024, 08:00 |
|
КУ-СВЖ-10 |
Камское Устье |
24.05.2024, 08:00 |
Свияжск |
24.05.2024, 18:00 |
|
СВЖ-КУ-11 |
Свияжск |
28.05.2024, 22:00 |
Камское Устье |
29.05.2024, 08:00 |
|
КУ-НН-12 |
Камское Устье |
30.05.2024, 08:00 |
Нижний Новгород |
01.06.2024, 06:00 |
*Баржа Бяр-4.
На следующем этапе необходимо рассчитать прогноз времени прибытия судов по расписанию. Для соблюдения расписания требуется применять регулирование режима скорости движения судна. Но мы рассматриваем более простой вариант регулировки времени через дополнительные стоянки. Время хода с грузом рассчитаем по рационально-экономичной скорости движения [9]. Время шлюзования не включает время ожидания, т. к. прибытие состава происходит в заранее согласованное время.
Расчет времени кругового рейса по участкам пути (табл. 6, 7) при полном согласовании работы баржебуксирных составов составит 6 суток. Далее рассчитаем эксплуатационные показатели работы составов на линиях по известным формулам [10].
Таблица 6
Table 6
Расчет эксплуатационных показателей работы тяги проекта ТСК-395
Calculation of the operational performance of the traction of the TSK-395 project
Таблица 7
Table 7
Расчет эксплуатационных показателей работы тяги проекта 00443
Calculation of the operational performance of the draft 00443
Рекомендации
Согласно данным табл. 6, на линии «Свияжск – Камское Устье» коэффициент использования времени на ход с гружеными составами очень низкий, т. к. расстояние составляет 93 км. Следовательно, можно увеличить данный показатель, чтобы состав мог забирать груз с соседних портов, например Чебоксары, Чистополь.
Приведем сравнение валовой производительности на примере с компанией ПАО «Иртышское пароходство». Валовая производительность тяги на перевозках сухогрузов составляет 250–270, а на нефтегрузах – 280–300 ткм/сило-сут; грузовых теплоходов – 70–110, несамоходного сухогрузного тоннажа – 30–35, а наливного 50–55 ткм/тоннаже-сут [11]. В нашем случае показатели валовой производительности выше, чем у ПАО «ИРП», что свидетельствует об эффективности работы флота.
Результаты исследования
По программе «минимум» количество толкачей проекта 00443 составит 3 ед., проекта ТСК-395 – 4 ед., количество барж проекта RBD-4608 – 57 ед. Количество ДФЭ в одной секции проекта RBD-4608 составляет 30 ед. Результаты расчетов провозной способности по программе «минимум» представлены в табл. 8.
По программе «максимум» количество толкачей проекта 00443 – 3 ед., проекта ТСК-395 – 7 ед., количество барж проекта RBD-4608 – 81 ед. Время кругового рейса составов составит 5 суток, число отправлений составов увеличится до 42. Провозная способность составов по программе «максимум» за навигацию составит 143 640 ДФЭ.
Таблица 8
Table 8
Провозная способность по программе «минимум», ДФЭ
Carrying capacity under the minimum program, TFE (two-foot equivalents)
|
Участок пути |
Тип флота |
Провозная способность |
Провозная способность за навигацию |
Общий итог |
|
Ярославль – Нижний |
ТСК-395 + 4*RBD-4608 |
240 |
8 400 |
119 700 |
|
Пермь – Камбарка |
ТСК-395 + 4*RBD-4608 |
240 |
8 400 |
|
|
Октябрьск – Саратов |
ТСК-395 + 4*RBD-4608 |
240 |
8 400 |
|
|
Свияжск – |
ТСК-395 + 9*RBD-4608 |
540 |
18 900 |
|
|
Нижний Новгород – Камское Устье |
00443 + 12*RBD-4608 |
720 |
25 200 |
|
|
Камбарка – |
00443 + 12*RBD-4608 |
720 |
25 200 |
|
|
Октябрьск – |
00443 + 12*RBD-4608 |
720 |
25 200 |
Заключение
Метод формирования регулярных контейнерных линий ставил задачу разработки схемы работы флота с максимально возможной провозной способностью. По приведенным расчетам, 57 ед. несамоходных секций общей грузоподъемностью 34 200 т тоннажа за навигацию перевезет почти 120 тыс. ед. контейнеров ДФЭ.
Общепринятые требования к работе регулярной контейнерной линии предполагают обязательное соблюдение расписания движения судов, гарантируя момент времени отправления и прибытия, а также установления публичных тарифов на перевозку контейнера. В предложенной модели мы намеренно рассматривали сценарий наличия груза для полного использования грузоподъемности и грузовместимости секций. Если предположить сценарий недостаточной грузовой базы, то в предлагаемом методе состав будет формироваться из меньшего числа секций (менее 12). Таким образом, метод обладает свойствами вариативности и гибкости, обеспечивая в любом сценарии оптимальное использование грузоподъемности, а значит, оптимальную себестоимость перевозок.
В обратном развитии событий при росте грузовой базы для наращивания провозной способности барже-буксирных составов схему модели Y можно масштабировать в 2 и в 3 раза больше. Следовательно, интервал отправления составов будет составлять от 1 до 2 суток. Согласованное расписание шлюзования позволит выдержать ритмичность работы барже-буксирных составов и обеспечивать высокую пропускную способность камер шлюза.
1. Детмер У. Теория ограничений Голдратта: системный подход к непрерывному совершенствованию / пер. с англ. М.: Альпина Бизнес Букс, 2008. 444 с.
2. Железнов С. В., Лисин А. А., Уртминцев Ю. Н., Липатов И. В. Исследование факторов восстановления грузовых речных перевозок на Единой глубоководной системе России // Науч. проблемы вод. трансп. 2021. № 69 (4). С. 197–208.
3. Об утверждении Правил пропуска судов через шлюзы внутренних водных путей: Приказ Министерства транспорта РФ от 03.03.2014 № 58. URL: https://base.garant.ru/70712552/?ysclid=mkqiwbqof9594538084 (дата обращения: 20.11.2025).
4. Зубкова Е. В., Клементьев А. Н. Анализ методик определения значения критической скорости судна при заходе в камеру шлюза предельно малой ширины // Науч. проблемы вод. трансп. 2021. № 66 (1). С. 145–152.
5. Платов А. Ю., Платов Ю. И., Васильева О. Ю. Метод расчета расхода топлива судового дизеля при эксплуатационно-техническом обосновании судов внутреннего плавания // Мор. интеллектуал. технологии. 2020. № 4-1 (50). С. 121–127.
6. Авдонин Д. И., Лисин А. А. Моделирование работы барже-буксирных составов на регулярной речной контейнерной линии // Науч. проблемы вод. трансп. 2025. № 83 (2). C. 191–204.
7. Уртминцев Ю. Н. Современные способы тягового обслуживания речных грузовых составов // Науч. проблемы вод. трансп. 2024. № 81 (4). C. 223–230.
8. Базылев А. В., Бычков В. Я., Перевезенцев С. В., Плющаев В. И. Аппаратно-программный комплекс для автоматической швартовки судов // Науч. проблемы вод. трансп. 2020. № 64. C. 196–207.
9. Платов А. Ю., Платов Ю. И. Концепция системы оперативного планирования отправления грузов из портов на внутренних водных путях // Науч. проблемы вод. трансп. 2022. № 71 (2). C. 180–187.
10. Разработка плана освоения перевозок грузов в судах: метод. указания по выполнению курсового проекта для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 23.03.01 «Технология транспортных процессов» и 26.03.01 «Управление водным транспортом и гидрографическое обеспечение судоходства». Н. Новгород: Изд-во ВГУВТ, 2016. 36 с.
11. Григорьев Е. А. Экономическая оценка ресурсосберегающих технологий работы речных судов: дис. … канд. техн. наук. Новосибирск, 2014. 151 с.
