СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СУДОВОГО СОСТАВА
METHOD FOR FORMATION OF SHIP COMPOSITION

Предлагаемое изобретение относится к водному транспорту и касается судовых составов, формируемых из несамоходных барж, судов и буксиров. Способ позволяет сформировать оптимальную конфигурацию судового состава в зависимости от характеристик водного пути на всем маршруте следования состава.
В практике водного транспорта широко применяется совместное использование несамоходных судов и барж, движение которых осуществляется методом буксировки или толкания с использованием буксиров. Такие методы позволяют существенно повысить эффективность работы флота за счет использования нескольких судов в едином составе. Однако, при достаточной мощности и маневренной возможности современного барже-буксирного флота, количество одновременно буксируемых или толкаемых несамоходных судов или барж ограничено характеристиками водного пути, а именно шириной судового хода, радиусом его кривизны и габаритами надводных сооружений, например, шириной камер шлюзов или пролетов между опорами мостов и т.п.
Формирование барже-буксирного состава выполняется различными способами, отличающимися степенью механизации и автоматизации. Из уровня техники известны способы соединения несамоходных барж и буксиров-толкачей между собой (патент RU № 2097254, опубл. 27.11.1997; патент RU № 2117601, опубл. 20.08.1998; заявка на изобретение № 97101990/28, опубл. 20.02.1999; патент RU № 2150405, опубл. 10.06.2000; патент RU № 40045, опубл. 27.08.2004; патент RU № 2245276, опубл. 27.01.2005; патент RU № 2401764, опубл. 20.10.2010; патент US № 8490567, опубл. 23.07.2013 и др.). Общим недостатком перечисленных способов является отсутствие возможности автоматической стыковки и расстыковки несамоходных судов и буксиров, в т.ч. в условиях различной осадки судов, при выполнении ими необходимых маневров или при смене буксира.
Для стыковки и расстыковки несамоходных барж и буксиров существуют автоматические сцепные устройства: устройство по патенту US 4587920, опубл. 13.05.1986, реализующее быстроразъемное соединение и разъединение тягового троса; по патентам RU 2551777, опубл. 27.05.2015 и RU 2747326, опубл. 04.05.2021 реализовано устройство и способ автоматического сцепного устройства за счет нового формообразования носовой части буксира-толкача и кормовой части толкаемой баржи; по патенту WO2010007644A1, опубл. 21.01.2010, реализовано устройство автоматического соединения судов за счет выдвижных соединительных штифтов в корпусе.
Из уровня техники известны как буксируемые (заявка на изобретение RU 94017166, опубл. 10.05.1996), так и толкаемые (патент RU 209963, опубл. 24.03.2022; патент RU 2709213, опубл. 17.12.2019; патент RU 2331543, опубл. 20.08.2008) одиночные несамоходные суда и составы судов (буксиров и барж) (патент RU 2096244, опубл. 20.11.1997; патент RU 2141428, опубл. 20.11.1999; патент RU 2488512, опубл. 27.07.2013), соединенные в один ряд (линию) с помощью автоматических или полуавтоматических сцепных устройств.
Известны также составы из несамоходных барж и буксиров, соединенные в несколько рядов (линий) за счет их бортового, носового или кормового сцепления как между собой, так и с буксиром. В аналогах по патентам RU № 2104208, опубл. 12.01.1994; № 2099234, опубл. 20.12.1997; № 2113374, опубл. 20.06.1998; № 2183172, опубл. 10.06.2002, судовой состав содержит два или более ряда барж. В аналогах по патентам US № 6748892, опубл. 15.06.2004 и № 8166902, опубл. 01.05.2012 система состоит из множества барж, соединенных между собой.
Из уровня техники известны способы управления работой барже-буксирных составов. В патенте RU 2113374, опубл. 20.06.1998 одновременно используются речные и морское баржи, буксиры и толкачи, что обеспечивает возможность их попеременного использования. Изобретение по RU 2462385, опубл. 27.09.2012, характеризуется возможностью смены рабочего модуля в зависимости от условий работы: свободная вода или ледовые условия, способ работы отличается в зависимости от выбранного режима. В патенте RU 2408494, опубл. 10.01.2011, приводится конструкция судов, в том числе не менее двух несамоходных барж и буксиров, и способ их трансформации под заданные условия грузоперевозки.
Общим недостатком перечисленных аналогов является отсутствие возможности управления переформированием составов судов в зависимости от условий судоходства.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения по технической сущности и назначению является способ формирования судового состава, описанный в пат. РФ № 2113374, МПК B 63 B 21/62, опубл. 20.06.1998, и заключающийся в соединении в ряды или линии составов из несамоходных барж и буксиров путем стыковки с помощью автоматических сцепных устройств барж между собой и буксиром.
Недостатком прототипа является то, что судовой состав в условиях ограниченной или стесненной навигационной обстановки водного пути не имеет возможности пройти участок маршрута в том случае, если длина или ширина судового состава соответственно превышают радиус кривизны или ширину судового хода на данном участке водного пути.
Заявляемый способ позволяет получить новый по сравнению с прототипом технический результат, заключающийся в обеспечении возможности перегруппировки или переформирования судового состава с выбором его оптимальных габаритов в зависимости от характеристик следуемого водного пути на всем протяжении маршрута при обеспечении необходимой (максимальной) грузоподъемности и маневренных характеристик состава.
Для достижения указанного результата используется следующая совокупность существенных признаков: в способе формирования судового состава, заключающемся, как и прототип, в стыковке/расстыковке несамоходных барж и буксиров, при этом стыковку производят по бортам, носовой и кормовой частям стыкуемых объектов с помощью автоматических сцепных устройств в один и более рядов, каждый из которых состоит из одной и более барж, в отличие от прототипа, стыковку/расстыковку несамоходных барж и буксира производят с формированием оптимальной длины () и ширины () состава на основе расчетных данных о характеристике судового хода и габаритах барж и буксира по длине, ширине и осадке, исходя из соотношений:
для жестко соединенных (учаленных) составов судов:
где:
- ширина судового состава; - ширина буксира-толкача;  - ширина буксира-тягача;  - ширина несамоходной баржи;  - количество линий в судовом составе; - ширина судового хода, зависящая от  - навигационная глубина судового хода и  - максимальная осадка судового состава;  - длина судового состава; - длина буксира-толкача;  - длина буксира-тягача;  - длина несамоходной баржи;  - количество рядов в судовом составе;  - радиус кривизны судового хода, при этом расчет габаритов состава с учетом перечисленных данных, а также объема перевозимого груза, плана размещения груза на несамоходных баржах и навигационных карт с информацией о характеристиках водного пути на протяжении всего маршрута следования судового состава производят при планировании судового рейса с помощью установленного в центре управления движением судов программно-вычислительного комплекса, и в виде плана перехода с указанием мест переформирования судового состава передают на бортовой компьютер буксира.
Для реализации способа используется программно-вычислительный комплекс, выполненный в виде специализированного автоматизированного рабочего места (АРМ) на базе персонального компьютера, на который поступает информация об объеме перевозимого груза, план размещения груза на несамоходных баржах, данные о характеристиках участков судового хода водных путей на маршруте следования, полученные из навигационных карт, и данные о габаритах барж и буксиров по длине, ширине и осадке из их мерительных свидетельств. Результатом работы АРМ является детальный план перехода судового состава с указанием мест его переформирования.
Сущность изобретения заключается в следующем.
При планировании судового рейса в программно-вычислительном комплексе ЦУДС производится предварительный расчет, исходными данными для которого являются объем перевозимого груза, план размещения груза на несамоходных баржах, навигационные карты с информацией о характеристиках водного пути - ширине судового хода (), радиусе кривизны судового хода () и изобатах глубин - для всех прямолинейных и криволинейных участков следуемого маршрута водного пути - и данные о габаритах барж и буксиров по длине, ширине и осадке из их мерительных свидетельств. Результатами расчета, которые передаются на бортовой компьютер буксира, является план перехода с указанием мест переформирования судового состава. В соответствии с полученной из ЦУДС информацией капитан буксира имеет возможность принять своевременное решение о необходимости переформирования судового состава перед приближением к критичному участку водного пути. В результате состав может сгруппироваться в оптимальную конфигурацию для обеспечения безопасного прохождения стесненного участка с сохранением грузоподъемности и маневренных характеристик.
Сопоставление предлагаемого изобретения с прототипом показало, что поставленная задача - обеспечение возможности переформирования судового состава с управлением его оптимальными габаритами в зависимости от характеристик следуемого водного пути - решается в результате совокупности новых признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
Вместе с тем, проведенный информационный поиск в области водного транспорта не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного способа критерию «изобретательский уровень».
Сущность предлагаемого способа поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена схема движения судового состава: исходный вариант - 1 (для примера состоящий из 3 рядов и 2 линий несамоходных барж и одного буксира-толкача) и переформированный судовой состав - 2 (расчетно состоящий из 2 рядов и 3 линий несамоходных барж). Предварительно в программно-вычислительном комплексе (на фиг. 1 не показан) был произведен расчет по формулам (1-3), позволивший определить, что судовой состав в начальной конфигурации - 1 не имеет возможности прохода на данном участке водного пути, имеющего поворот, поскольку радиус поворота судового состава превышает радиус кривизны судового хода. Программно-вычислительным комплексом учитывались характеристики участков следуемого водного пути (на рисунке ограничен линиями - 3, а границы судового хода ограничены опасной изобатой - 4), который состоит из прямолинейного и криволинейного участков, разделенных линией - 5. Прямолинейный участок водного пути для движения судового состава ограничен по ширине судового хода (), криволинейный участок водного пути - радиусом кривизны судового хода () и его шириной (). Тогда программно-вычислительным комплексом для безопасного прохода криволинейного участка судовым составом предлагается зона для его переформирования, обозначенная штриховкой - 6. В указанной зоне судовой состав переформировывают в автоматическом или полуавтоматическом режиме без изменения количества несамоходных барж и буксиров, но изменяя его конфигурацию по количеству рядов и линий несамоходных барж, после чего он продолжает свое движение (на фиг. 1. схема вероятного движения переформированного судового состава представлена в виде его пунктирных контуров). Таким образом, переформированный судовой состав имеет возможность пройти криволинейный участок водного пути, тогда как исходный вариант судового состава был ограничен в его прохождении.
Предлагаемый способ выполняется в следующей последовательности.
При планировании перевозки груза по заданному маршруту следования на программно-вычислительный комплекс, выполненный в виде специализированного АРМ, поступает информация об объеме перевозимого груза и план размещения груза на несамоходных баржах, производится загрузка навигационных карт с характеристиками прямолинейных и криволинейных участков судового хода водного пути следуемого маршрута, включая ширину судового хода и радиус кривизны судового хода, изобаты глубин, а из мерительных свидетельств выполняют ввод данных о габаритах барж и буксиров по длине, ширине и осадке. Программный комплекс в составе АРМ обрабатывает полученные данные: для каждого участка следуемого водного пути производится проверка выполнения соотношений  и  или для жестко соединенных (учаленных) составов , на основе которой определяются возможность безопасного прохода судового состава на отдельных участках следуемого маршрута, его оптимальная конфигурация для прохождения стесненных участков водного пути с сохранением грузоподъемности и места переформирования. В результате создается детальный план перехода судового состава с указанием мест его переформирования в зависимости от характеристик участков судового хода следуемого водного пути на всем протяжении маршрута.
Пример реализации предлагаемого способа.
В составе научно-исследовательской работы специалистами ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова» для участка Волго-Балтийского бассейна внутренних водных путей на реке Нева - от места впадения реки Ижора до места впадения реки Славянка - с помощью разработанного программно-вычислительного комплекса было проведено математическое моделирование движения судового состава, состоящего из 6 несамоходных барж проекта 81218 (габаритная длина - 59,5 м, габаритная ширина - 13,4 м, осадка - 1,6 м) и одного буксира-толкача проекта 81353 (габаритная длина - 24 м, габаритная ширина - 7,2 м, осадка - 1,6 м), жестко соединенных (учаленных) между собой по бортам и в носовой и кормовой частях с помощью автоматических сцепных устройств. Начальная конфигурация представляла собой судовой состав, сформированный в 3 ряда и 2 линии несамоходных барж с буксиром-толкачом. Расчет выполнялся для трех криволинейных и четырех прямолинейных связанных участков следуемого водного пути. С помощью программно-вычислительного комплекса была выявлена необходимость переформирования судового состава для прохода одного из криволинейных участков с шириной судового хода - 100 м и радиусом кривизны судового хода - 250 м, при этом определена оптимальная конфигурация судового состава для прохождения стесненного участка водного пути - 2 ряда и 3 линии несамоходных барж, соединенные с буксиром-толкачом. Переформирование было рекомендовано осуществлять непосредственно перед поворотом.
Таким образом, произведенные расчеты и математическое моделирование показали преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом - возможность переформирования судового состава с управлением его оптимальными габаритами в зависимости от характеристик участков судового хода следуемого водного пути на всем протяжении маршрута, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».