Содержание к диссертации
Введение
1. Перегрузочные процессы в портах, как объект управления 13
1.1. Иерархия технологических процессов в транспортном узле 13
1.2. Степень организованности перегрузочных процессов в транспортном узле 21
1.3. Детерминированные и стохастические модели 30
1.4. Принципы создания математического обеспечения автоматизированного управления 33
2. Стохастические оценки качественных показателей перегрузочных процессов 49
2.1. Показатели качества перегрузочного процесса 49
2.2. Системная связь показателей качества перегрузочного процесса 65
2.3. Факторный анализ технологического процесса переработки грузов 71
2.4. Стохастическая модель оценки качественных показателей 79
3. Математические модели перегрузочных процессов 87
3.1. Стохастические модели процессов 87
3.2. Алгоритмы построения моделей качественных показателей 92
3.3. Ситуационные состояния перегрузочного процесса 100
3.4. Информационное обеспечение моделей перегрузочного процесса 104
3.5. Оптимизация процесса перегрузочных работ 107
4. Математическое обеспечение оперативного управления элементами транспортного узла 114
4.1. Оптимизация стыковочных операций 114
4.2. Ситуационное управление элементами транспортного узла как способ достижения максимальной пропускной способности 119
4.3 Модели завоза-вывоза грузов 140
4.4. Модели оптимального размещения грузов на складских площадях перегрузочного комплекса 153
5. Информационное обеспечение оперативного управления контейнерным терминалом 165
5.1. Особенности автоматизированного управления контейнерным терминалом 165
5.2. Инструментальная среда информационного обеспечения оперативного управления обработкой контейнеров 179
5.3. Структура базы данных информационной системы обработки контейнеров 187
6. Моделирование процесса оптимизации завоза-вывоза контейнеров 204
6.1. Математические модели оперативного управления завозом-вывозом контейнеров 204
6.2. Алгоритмы условной оптимизации 215
6.2.1. Алгоритм определения минимально необходимого количества единиц автотранспорта 217
6.2.2. Алгоритм минимизации суммарных расходов при заданном парке автотранспортных средств 218
6.2.3. Особенности параметрической формализации моделей и правила перехода 220
6.2.4. Алгоритм случайного поиска в задаче оптимизации завоза-вывоза контейнеров 223
6.3. Алгоритмы размещения партии контейнеров на складской площадке на
основе случайного поиска 224
6.3.1. Алгоритмы внесения частичного порядка на множестве контейнеров 226
6.3.2. Алгоритмы формирования и заполнения стековой структуры 229
6.3.3. Алгоритмы выбора отношения частичного порядка на множестве контейнеров 234
6.3.4. Алгоритм поиска квазиоптимального размещения партии контейнеров на складской площадке 236
6.4. Стохастическая модель оптимизации страхового запаса контейнеров 241
6.5. Имитационное моделирование процесса оптимизации страхового запаса контейнеров 247
Заключение 253
Список литературы 257
Приложения 271
- Степень организованности перегрузочных процессов в транспортном узле
- Системная связь показателей качества перегрузочного процесса
- Алгоритмы построения моделей качественных показателей
- Ситуационное управление элементами транспортного узла как способ достижения максимальной пропускной способности
Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап развития транспортных перевозок характеризуется ростом требований к срокам доставки грузов, качеству перевозок, сокращению затрат на транспортно—складские операции. Бурное развитие в конце XX века средств связи, появление новых информационных технологий позволили создавать принципиально новые технологии транспортировки грузов, базирующиеся на концепциях интермодальных транспортных коридоров. В системе международных транспортных коридоров (МТК), использующих мульти-модальные технологии, возникают крупные научные проблемы, связанные с управлением оптимальной сбалансированностью и качеством транспортных магистралей, достижением равновыгодной эффективности функционирования отдельных подсистем МТК,
Центральным звеном в транспортных процессах являются транспортные узлы (ТУ), В них начинается и заканчивается доставка грузов, происходят процессы перевалки груза с одного вида транспорта на другой. Более трети транспортных узлов в Российской Федерации связаны с перевозками водным транспортом, т.е. с ТУ, организационно-технологической основой которых являются морские и речные порты. Несмотря на ввод в эксплуатацию новых портовых перегрузочных комплексов, потребность России в перегрузочных мощностях удовлетворяется отечественными портами не полностью, а по переработке внешнеторговых грузов менее 70%. Одновременно с этим в последнее пятилетие наблюдается рост грузовых перевозок водным транспортом, а наиболее быстро увеличились перевозки в контейнерах —на 50%/117/.
В настоящее время при определенном дефиците финансовых ресурсов в федеральном бюджете и недостатке собственных средств для строительства новых портов и реконструкции существующих реальным направлением повышения эффективности работы ТУ является оптимизация управления перегрузочными процессами порта, его инфраструктурой на основе применения современных информационных и компьютерных технологий.
Сложность управления технологическими процессами в транспортных узлах определяется рядом специфических особенностей, важнейшей из которых является взаимодействие его элементов: судов, железнодорожного транспорта, автомобилей, грузовладельцев, перегрузочной техники и обслуживающего персонала. Дополнительные проблемы породила приватизация портов, в процессе которой произошло дробление портов на отдельные компании, связанные с администрацией порта лишь договорными отношениями. Конкуренция между перегрузочными комплексами (ПК) за овладение грузовой базой требует от них повышения качества обработки грузов, увеличения интенсивности грузовых, складских и прочих работ. Для обеспечения эффективного функционирования перегрузочного комплекса, имеющего многоцелевой характер, требуется выполнение значительного количества ограничений технических, экономических и социальных показателей, которые взаимосвязаны между собой и подвержены влиянию многочисленных факторов, значительная часть которых неуправляема портом.
Другой особенностью перегрузочных процессов в порту является их непрерывное развитие, обусловленное как изменением потребностей в переработке тех или иных грузов, так и постоянно изменяющейся обстановкой внутри порта и в обслуживаемых им регионах. Это вызывает необходимость максимальной формализации способов принятия решений как по оперативному - диспетчерскому управлению перегрузочными процессами, так и при их модернизации и реорганизации. Известно, что общая продолжительность работ при создании подсистем автоматизированного управления на основе типовых решений и процедур проектирования по сравнению с индивидуальной разработкой сокращается примерно на 30%, а стоимость — на 20%. Поэтому разработка эффективной методологии проектирования автоматизированных систем диспетчерского управления технологическими процессами в ТУ является одним из резервов снижения затрат на развитие перегрузочных мощностей и улучшение эксплуатационных и технико-экономических показателей работы ТУ.
Исходя из сказанного, разработка математических моделей качественных показателей перегрузочных процессов, методов их оценки с учетом влияния многочисленных факторов в условиях неопределенности, оптимизация управляющих воздействий, обеспечивающих необходимое качество организации транспортных процессов, обработки грузовых и транспортных потоков, создание соответствующих алгоритмов решения указанных проблем, их математического и программного обеспечения является актуальной проблемой проектирования и эксплуатации автоматизированных систем диспетчерского управления технологическими процессами в портах -транспортных узлах
Целью диссертационной работы является теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы по повышению эффективности автоматизированного диспетчерского управления технологическими процессами в транспортных узлах (на базе портов) на основе методов системного анализа перегрузочных комплексов, математического моделирования перегрузочных процессов и взаимосвязанных с ними процессов завоза-вывоза грузов, информационного обеспечения диспетчерского управления процессами перевалки грузов в условиях рыночной экономики, в системе рынка транспортных услуг и интермодальных сообщений.
Задачи исследований;
1. Разработать системную концепцию анализа перегрузочного процесса, обеспечивающую качественно новый уровень решения проблемы повышения эффективности эксплуатации перегрузочного комплекса.
2. Произвести структуризацию и выделить базовые направления развития и совершенствования автоматизированного управления перегрузочными процессами.
3. Разработать математические модели и алгоритмы создания сбалансированных графиков перегрузочных работ в условиях неопределенности.
4. Разработать методическое обеспечение количественного и качественного факторного анализа показателей качества перегрузочного процесса.
5- Разработать теоретические основы моделирования деятельности элементов транспортного узла как распределенных систем на основе ситуационных оптимизационных математических моделей, так и систем массового обслуживания с использованием имитационных моделей,
6. Разработать методологические аспекты создания, развития и совершенствования математического обеспечения задач управления контейнерными терминалами.
7. Создать формализованное описание производственного процесса для баз по ремонту контейнеров.
Объектом исследования являются перегрузочные процессы в транспортных узлах - портах и системы диспетчерского управления этими процессами.
Предметом исследования являются математические модели, алгоритмы и информационное обеспечение автоматизированного управления перегрузочными процессами.
Научная новизна, В диссертации проведено исследование, обобщение и развитие методологии принятия решений по управлению перегрузочными процессами в транспортных узлах на основе учета структурных, ситуационных и прогнозных математических моделей перегрузочных комплексов, информационных систем обработки и передачи статистических данных результатов функционирования перегрузочных комплексов:
1, Обоснована методология анализа деятельности перегрузочных комплексов и создания математического обеспечения автоматизированных систем управления перегрузочными комплексами на основе системного подхода к математической, алгоритмической и объектно—ориентированной реализации и новых информационных технологий по моделированию, созданию и исследованию сложных технических комплексов.
2. Разработано методическое обеспечение оценивания качества перегрузочного процесса, включающее в себя создание математических моделей показателей качества перегрузочной деятельности, обоснование параметров устойчивого функционирования перегрузочного комплекса,
3. Предложен комплекс организационных, управляющих решений по совершенствованию эксплуатационных, технических и экономических характеристик функционирования транспортного узла на основе построенных стохастических моделей перегрузочных процессов и прогнозирования его состояния в предстоящем ситуационном периоде.
4. Разработаны теоретические основы моделирования элементов транспортного узла на основе ситуационных, оптимизационных и имитационных моделей и алгоритмы их исследования. При этом построены стохастические модели перевалки грузов в порту, включающие в себя автотранспортные и складские грузовые работы с доставленной судном в порт судовой грузовой партией или отправляемой на судне из порта.
5. В рамках автоматизированного управления контейнерным терминалом разработана структура базы данных информационной системы грузовой обработки контейнеров, предложены алгоритмы, позволяющие решать задачи диспетчерского управления доставкой в порт или отправкой из него контейнеров наземным транспортом, оптимальным размещением контейнеров на складах контейнерного терминала. Обосновано применение разработанного программного обеспечения автоматизированного диспетчерского управления контейнерным терминалом в рамках системы мультимодальных транспортных коридоров.
6. Разработана стохастическая модель ремонтного производства контейнеров, ориентированная на оптимальное сочетание технических и экономических результатов грузовладельцев, грузоперевозчиков и ремонтников в целях сбалансированного сокращения совокупных затрат в реальных условиях рынка транспортных услуг.
Методы исследований. В диссертационной работе используются методы: математической статистики и теории вероятностей, теории экстремальных зна чений последовательностей случайных величин и случайных процессов, теории прогнозирования и регрессионного анализа, теории принятия статистических решений, теории стохастического программирования, теории алгоритмов, теории баз данных, оптимального управления и имитационного моделирования.
Практическая ценность работы заключается в создании и отработке комплекса средств алгоритмической и программной поддержки процессов про-ектирования автоматизированных систем диспетчерского управления, позволяющих решать задачи эффективного использования комплексного транспортного узла, каким является порт, разработку графиков транспортировки, перегрузки и складирования грузов, обеспечивающих снижение затрат на транспорт-но-складские операции.
В процессе выполнения диссертационной работы разработаны алгоритмические, методические и программные средства, которые используются в научно-исследовательских работах, в портах, на судоремонтных предприятиях, в учебном процессе в качестве подсистем автоматизированных систем управления перегрузочными комплексами, автоматизированных рабочих мест складских диспетчеров:
1. Алгоритмы оптимизации расписания перевозок грузов, алгоритмы размещения грузов на складских площадях и их программное обеспечение внедрены в Медвежьегорском порту ОАО «Беломорско - Онежское пароходство», в Новороссийском морском торговом порту, в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций, в Военной академии тыла и транспорта.
2. Алгоритмическое и программное обеспечение задач оперативного управлення контейнерным терминалом внедрены в ОАО «Морпорт СПб», ОАО «Канонерский судоремонтный завод».
3. Пакет прикладных программ "Анализ и прогноз. Ритмичность и стабильность" для оперативного анализа качества перегрузочного процесса и прогнозирования уровня ритмичности включен в отраслевой фонд алгоритмов и про грамм АСУ "ПОРТ" (ОФАП) и в Государственный фонд алгоритмов и программ РФ (ЛЬ П004849 ГосФАП РФ),
4. Методика определения оптимального количества контейнеров, ожидающих ремонта, внедрена в Балтийском ЦПКБ с ЭОП, использована в качестве теоретической основы научно-исследовательской работы по определению экономически обоснованных страховых запасов крупнотоннажных контейнеров для ремонтных предприятий морского транспорта (арх.№ і 1098-0006; №Гос.реп 01840074117), Математические модели производства по ремонту контейнеров и алгоритмы их исследования используются в учебном процессе СПГУВК на кафедре прикладной математики.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы были представлены и одобрены на отечественных и международных конференциях, семинарах и выставках, в том числе; на Международных научно-технических конференциях ТРАНСКОМ (1997, 1999, 2001 гт\ Санкт-Петербург), на Всероссийской научно-методической конференции СПГУВК (1994 г.), на научно-технических советах Вычислительного центра пароходств Северо-Западных бассейнов, на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПГУВК (1994 - 2002 гг.), на теоретических семинарах кафедр прикладной математики и высшей математики.
Публикации, По теме диссертации опубликовано 44 печатных работы, в том числе, 4 монографии: «Модели технологических процессов на транспорте», «Математическое моделирование транспортных процессов», «Математическое обеспечение нестандартных задач», «Оценка напряженности планов транспортных узлов», 3 учебпо-мстодических пособия.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и приложений. Общий объем работы составляет 304 страниц, в том числе 13 рисунков, 35 таблиц и список использованных источников из 150 наименований.
Степень организованности перегрузочных процессов в транспортном узле
Перегрузочная деятельность порта, ее ритмичность и эффективность находятся в органической связи с движением транспортного флота. Прибытие каждого судна в порт под обработку подчинено графику движения флота, но фактически время прибытия, как правило, отличается от ожидаемого и порой значительно. Нередки случаи одновременного прибытия в порт нескольких судов с однородным грузом. Для успешной грузовой обработки судов порту необходимы экономически обоснованные резервы пропускной способности перегрузочных комплексов (ГОС).
Порт не определяет самостоятельно объем перегрузочных работ и их характер по роду груза. Порт обрабатывает те суда, которые прибывают в порт, и грузит те грузы, под которые предназначены суда.
Важной особенностью порта как комплексного транспортного узла является взаимодействие его элементов: судов, железнодорожного транспорта, автомобилей, грузов, перегрузочной техники и обслуживающего персонала, стохастически реагирующих на управляющие воздействия. Координация работ транспортных предприятий и организаций в рамках транспортных узлов осуществляется в различных областях взаимодействия - планово-экономической, технической, технологической, организационной, коммерческо-правовой. Наиболее развитой областью взаимодействия различных видов транспорта в транспортных узлах является технологическая область.
Для успешного функционирования порту необходимо оперативное управление его работой, которое включает оперативное планирование работы транспортного узла, диспетчерское руководство, учет, анализ и регулирование производственных процессов порта.
Существовавшая ранее централизованная система формирования грузооборота порта заменилась на новый порядок, основанный на договорных началах. В этих условиях грузовая база наращивается в течение всего текущего года.
Это превращает систему управления работой порта в систему непрерывного планирования.
Подобная система впервые появилась еще в 1975 г. в Ленинградском транспортном узле. Основным ее ядром является непрерывный план-график работы транспортного узла (НПГРТУ), который составляется и согласовывается между транспортными организациями и грузовладельцами на оперативную перспективу - обычно на декаду /86, 139/» В НПГРТУ использованы идеи метода оптимизации на скользящем интервале (будем называть его ситуационным периодом), которое осуществляется по следующей схеме.
Период планирования разбивается на подпериоды по календарному признаку (месяц - на декады, декада - на сутки), но более гибким считается другой подход /86/, при котором во внимание принимается качество информации, используемой в расчетах. В этом случае плановый период разбивается на подпериоды по достоверности используемой информации. Первый из подпериодов принимается в качестве текущего. В дальнейшем плановый период вместе с текущим подпериодом сдвигается вдоль оси времени на величину текущего под-периода, т.е. происходит скольжение во времени планового периода. Величина сдвига в каждом случае определяется вновь поступающей информацией с учетом потребности ведения НПГРТУ,
НПГРТУ строится на базе непрерывного план-графика работы порта (НПГРП) и оперативных планов смежных транспортных предприятий с согласованием количества, рода, сроков подачи и обработки транспортных средств. Система непрерывного планирования работы транспортного узла предусматривает обязательное выполнение всеми предприятиями основных показателей, таких как взаимные обязательства по подаче транспортных средств, объем перевалки грузов через транспортный узел по укрупненной номенклатуре, объем перевалки грузов по прямому варианту транспорт-транспорт, расчетные и нормативные сроки обработки подвижного состава.
Одной из форм непрерывного управления является разработанная специалистами АО "Северо-Западное пароходство" системы непрерывного планирова ния доставки грузов (СНПДГ). В ней координируется работа не только транспортных организаций, но и отправителей, и получателей груза как участников единого процесса.
На первом этапе управления по этой системе разрабатываются и согласовываются суточные и на весь регулируемый период объемы доставки грузов между портами, службой перевозок и движения флота и грузовладельцами -отправителями и получателями. На втором этапе составляется расписание движения флота между портами погрузки и выгрузки. Оно основывается на согласованных нормах обработки флота и нормах ходового времени, а также на дислокации флота к началу текущего периода. На третьем этапе расписание работы автотранспорта согласовывается с расписанием прибытия судов, определяются объемы груза, перегружаемые по прямому варианту и выгружаемые на оперативные склады, объем груза, передаваемый на тыловые склады, рассчитываются потребности ресурсов портов выгрузки и погрузки, благодаря которым может быть обеспечено исполнение графика обработки транспортных средств.
ШИ РТУ, СНПДГ охватывают разработку планов транспортных предприятий, также предприятий-грузоотправителей и грузополучателей на короткие промежутки времени. В оперативных планах конкретизируются направления перевозок, количество, типы, сроки прибытия и отправления транспортных средств и т.д.
В современных условиях новым элементом является расширение конкурентной среды, увеличение численности агентов, экспедиторов, взаимодействующих с портом в осуществлении процесса перевалки грузов, необходимость заключения договоров с грузовладельцами, фрахтователями. При этом сохраняется необходимость прогнозирования объема перегрузочных работ, на основании которого определяются повседневные материальные и финансовые ресурсы. Процесс этот носит непрерывный характер, а отдельные его этапы различаются по объектам и параметрам управления. На годовом интервале объектом и параметром управления является объем конкретного грузопотока, В оперативном режиме управления-судовая грузовая партия, нормы погрузки-разгрузки судна, комплексные нормы выработки по применяемым технологическим схемам перегрузки груза.
Системная связь показателей качества перегрузочного процесса
При составлении графика перегрузочных работ и распределении его по перегрузочным комплексам основными характеристиками производственных возможностей транспортного узла являются показатели пропускных способностей его перегрузочных комплексов. Под пропускной способностью ПК понимается максимально возможный объем перегрузки груза при полном использовании технической производительности перегрузочных машин, складских площадей и труда портовых рабочих при оптимально выбранной технологи и организации перегрузочного процесса. То, что фактический объем перегрузки в подавляющем большинстве превосходит нормативный, говорит о недостатках в определении пропускной способности ПК как максимальной, предельной величины. Пропускная способность определяется как произведение его суточной пропускной способности и графикового времени переработки данного рода груза, определенного в соответствии со структурой грузопотока, проходящего через ПК. На суточную пропускную способность, численно равную интенсивности перегрузочных работ» существенное влияние оказывает ритмичность работы коллектива ПК.
Во многих научных исследованиях /4, 7, 56, 99/ подчеркивается большое значение ритмичной работы предприятия для улучшения использования производственного оборудования и трудовых ресурсов. Неритмичность сопровождается крайне напряженной работой предприятия в одни интервалы времени (чаще в конце отчетного периода) и простоями рабочей силы и оборудования в другие. Неритмичность ведет к увеличению сверхурочных работ, что, в свою очередь, вызывает непроизводительные расходы. Для выполнения договоров при неритмичной работе необходимы резервы оборудования, рабочих и т.д. Создание таких неоправданных резервов вызывает непроизводительные расходы, снижает уровень фондоотдачи, а также и других показателей эффективности на предприятии.
Так в бюджете времени речного флота на протяжении 1990-99 гх. стояночное время в портах составляет 52% по грузовым теплоходам, 59% - по несамоходным, 38% - по танкерам, 41% - по несамоходным наливным и 30% - по буксирам. При этом на долю грузовых операций приходится около трети всех стоянок. Исследования /143/, проведенные в различных портах Волжского объединенного речного пароходства, показывают устойчивую тенденцию к росту стоянок флота в ожидании грузовой обработки и одной из причин является неритмичность перегрузочных работ, В Ярославском порту 78% стоянок судов в ожидании выгрузки обусловлено неритмичностью перегрузочных работ, в Казанском - 59%, в Горьковском - 38%,
Автором диссертации проведен анализ влияния ритмичности работы на объем переработки угля в Санкт-Петербургском транспортном узле.
В таблице 2.5 приведены данные по обработке угля в навигацию 1998 г. Сопоставляя полученные проценты ритмичности грузовой обработки флота и среднесуточной интенсивности грузовых работ, можно сделать вывод о связи между этими показателями. Чем выше процент ритмичности, тем выше интенсивность грузовых работ. Интенсивность обработки грузов снижается при увеличении неритмичности. Наибольшая среднесуточная производительность, равная 10876 т, достигнута в октябре. При этом процент ритмичности равен 88%. Наименьшая среднесуточная производительность, равная 8903 т, получена в августе. Процент ритмичности равен 71%.
Связи между процентом ритмичности перегрузочных работ и среднесуточной интенсивностью дадим теоретическое обоснование. Работами многих ученых и специалистов установлено, что величина выполнения суточных планов предприятий может быть с удовлетворительной степенью достоверности описана нормальным законом распределения /4, 42, 110, 114/. Для проверки гипотезы о нормальности распределения величин отношений фактической интенсивности грузовой обработки судов к средней был применен критерий согласия Пирсона, Табличное значение % для уровня значимости 0,05 и степени свободы, равной 3, равно 6,0. Исходные данные по годам были разбиты на пять групп -две в отрицательной области, три в положительной. Расчетные значения критерия согласия Пирсона были получены следующие: Т.к. расчетные критерии не превосходят критического, нет оснований отвергать гипотезу о нормальности распределения величин q /q . Следовательно данные об интенсивности грузовых работ являются выборками из нормально распределенной генеральной совокупности. Для нахождения максимальной интенсивности грузовых работ воспользуемся правилом "Зет", утверждающим о практической невозможности отклонений случайной величины от среднего значения, превышающих среднее квадра-тическое отклонение втри раза. Вероятность таких отклонений менее 0,001.
Алгоритмы построения моделей качественных показателей
Количественная оценка ожидаемого уровня ритмичности перегрузочных работ - одна сторона применения полученных моделей. Не менее, а даже более важна другая - выявление резервов в организации перегрузочного процесса, определение основных направлений повышения ритмичности переработки грузов и создание предпосылок для разработки сбалансированных графиков.
Мобилизация различного рода резервов является важнейшим источником роста производительности труда на перегрузочных работах. Одно из средств использования таких резервов - организация ритмичной работы. Ритмичное выполнение графиков осуществляется диспетчерскими аппаратами портов и пароходств. До настоящего времени в работе диспетчеров преобладает интуитивный подход в решении этих задач, что снижает эффективность диспетчерского управления работой ПК. Применение полученных моделей позволяет повысить качество мероприятий, разрабатываемых диспетчерским персоналам.
Резервы повышения уровня ритмичности перегрузочных работ могут быть подразделены на межотраслевые, внутриотраслевые и внутрипортовые, К межотраслевым относятся резервы, связанные с выполнением обязательств смежниками (поставка грузов и порожнего тоннажа предприятиями железнодорожного и автомобильного транспорта)» К внутриотраслевым резервам - выполнение договорных сроков доставки грузов водным транспортом. К внутрипроизводственным относятся резервы, связанные с улучшением использования ОСНОВНЬЇХ производственных фондов порта и труда портовых рабочих.
Выбор основных путей повышения ритмичности переработки грузов производится на основе анализа модели скорректированного показателя ритмичности. Дополнительные резервы повышения грузооборота порта определяются на основе анализа модели положительного и отрицательного показателей ритмичности.
Улучшение ритмичности переработки грузов характеризуется снижением скорректированного показателя ритмичности. Следовательно, при положительном коэффициенте д/ фактора xt в модели скорректированного показателя ритмичности необходимо наметить мероприятия, направленные на снижение фактора х„ при отрицательном коэффициенте а,- - на увеличение фактора х/я Отрицательный показатель ритмичности показывает среднесуточную долю недовыполнения планового объема перегрузки. Следовательно, необходимо предусмотреть мероприятия, направленные на его снижение. Положительный показатель ритмичности показывает среднесуточную долю перевыполнения нормативного объема перегрузки. Его модель позволяет установить под влиянием каких факторов происходит рост этого показателя. Отрицательным влиянием следует считать рост положительного показателя ритмичности за счет повышения факторов; изменение численности бригады портовых рабочих, выполнение комплексных норм времени и использование перегрузочной техники.
Повышение фактора х\ связано с ростом производительности труда на перегрузочных работах, которая зависит от многих факторов- Их можно объединить в укрупненные группы: повышение технического уровня производства; совершенствование управления, организации производства и труда; изменение объема и структуры грузопотока; различные отраслевые факторы. Разработка мероприятий по повышению производительности труда с учетом тенденций воздействия основных факторов позволит в дальнейшем поднять уровень ритмичности. Снижение этого фактора связано с увеличением комплексных норм выработки (КНВ). Разработка и принятие более высоких норм выработки приведет к снижению показателя выполнения норм КНВ.
Необходимость повышения фактора х2 объясняется, в первую очередь, недостаточно высоким уровнем производительности труда. Если среднесписочная численность бригады превышает нормативную, то необходимость роста фактора Х2 вызвана недостатками в организации перегрузочного процесса, потерями рабочего времени, Если среднесписочная численность бригады не превышает нормативной, то необходимость роста х2 вызвана нецелесообразностью уменьшения численности бригады, т-к. оно не компенсируется увеличением производительности труда на перегрузочных работах. Необходимость снижения фактора х2 означает целесообразность дальнейшего уменьшения численности бригады или увеличения объема перегрузочных работ без увеличения численности.
Для снижения фактора хА положительную роль должно сыграть широкое распространение прогрессивных методов организации труда на перегрузочных работах.
Необходимость снижения фактора х5, т.е. коэффициента ритмичности прибытия флота с грузом, для улучшения ритмичности переработки грузов объясняется сущностью показателя (2.3). Уменьшение этого показателя происходит при увеличении объемов прибытия груза в порт сверх его пропускной способности» Очевидно, что у порта есть ресурсы для успешной обработки этих объемов, что может быть учтено в предшествующем ситуационному периоде.
Необходимость снижения или увеличения факторов xs или x-j объясняется тем, что уровень выполнения обязательств смежных транспортных предприятий по договорным поставкам грузов или порожнего тоннажа не соответствует оптимальному объему работ по прямому варианту.
Факторы х8 и х9 входят лишь в соотношения для отрицательного показателя ритмичности. Следовательно, для них возможно лишь одно направление - в сторону снижения. Для снижения фактора х8 необходима разработка мероприятий по изменению организации и технологии перегрузки груза для снижения влияния метеоусловий. Для снижения фактора х9 необходимо рассмотреть вопрос о целесообразности увеличения складских площадей для снижения простоев флота в ожидании начала перегрузочных работ по складскому варианту.
Выбор основных направлений повышения ритмичности переработки грузов проиллюстрируем на примере перегрузки угля Санкт-Петербургским транс-портным узлом (табл. З.І), Модель скорректированного показателя ритмичности позволяет сделать вывод о необходимости снижения фактора х9 и увеличения факторов #i и хь Следовательно, комплексные нормы выработки могут быть увеличены, а комплексные нормы времени на перегрузку угля могут быть снижены. Необходимость снижения фактора х9 указывает на заметное влияние на уровень ритмичности переработки угля простоев флота в ожидании освобождения складских площадей. В модель отрицательного показателя ритмичности с положительным коэффициентом входит фактор х6 - выполнение договоров поставки вагонов под погрузку угля. Поэтому необходимо увеличить объем перевалки угля по прямому варианту. При этом произойдет высвобождение складских площадей и снизятся простои флота в ожидании их освобождения.
Предложенная методика повышения уровня ритмичности переработки грузов предполагает наличие информации о перегрузке грузов, как минимум, за две навигации. Только на таком интервале времени можно установить сложившиеся положительные и отрицательные тенденции в перегрузочном процессе. Совершенствование оперативного диспетчерского планирования и управления работой флота и портов, основанное на идеях непрерывного управления, реализуемого на ЭВМ, обеспечивает дополнительные возможности в повышении уровня ритмичности переработки грузов перегрузочными комплексами,
Ситуационное управление элементами транспортного узла как способ достижения максимальной пропускной способности
Оперативное управление включает в себя составление оперативных графиков, диспетчерское руководство, а также учет, анализ и регулирование перегрузочных процессов. Наиболее успешными в смысле внедрения автоматизированных систем управления являются три последних компонента оперативного управления. Важнейшее место в системе оперативного управления работой транспортного узла занимает составление оперативных графиков перегрузочных работ, грузовой обработки судов, вагонов и автотранспорта. Качество оперативных графиков перефузочных работ и, в особенности, их реализация в большей степени зависит от качества оперативных графиков (и, естественно, их реализации) предприятий, входящих в ТУ и осуществляющих своевременную подачу под погрузку порожних средств смежных видов транспорта и выгрузку груженых транспортных средств.
Оптимизация функционирования транспортных систем исторически явилась толчком к развитию математического программирования и, более общо, исследования операций. Отметим в этой связи такие содержательно интерпретируемые задачи, как транспортная задача линейного программирования, задача коммивояжера, задача о ранце, проблема маршрутизации, проблема оптимизации расписаний и т.д. Эти же системы, в особенности такие их подсистемы, как транспортные узлы, служат также важной областью практического приложения методов теории массового обслуживания /86/. При этом первая группа методов соответствует целям оперативного управления, вторая же обеспечивает оптимизацию "в среднем", за длительный промежуток времени.
Так задача построения оптимального графика суточного завоза-вывоза грузов является сложной многовариантной экстремальной задачей, структура которой существенно зависит от конкретных условий перегрузочного комплекса и которая не может быть поэтому поставлена и решена универсально, в общем виде, без ограничений, снижающих или даже аннулирующих практическую ценность подобного решения. Приведем в этой связи замечание С.А, Панова /107, с.6/ о том, что "при формализации любой из поставленных задач ... рассматривались именно ей и только ей свойственные ограничения, учет которых в общей постановке не всегда возможен, а иногда даже и нецелесообразен".
Рассмотрим состояние проблемы маршрутизации автомобильных перевозок. Будучи задачами комбинаторного типа, задачи маршрутизации доставляют традиционные" для данного класса моделей трудности связанные с нелинейностью целевой функции и несвязностью, невыпуклостъю множества ограничений. Помимо многовариантности и, как следствие, высокой трудоемкости маршрутизация в условиях оперативного диспетчерского управления сопряжена с жесткими ограничениями на время принятия решений. Ограничения на длительность работы и количество выделяемых единиц автотранспорта объективно связывает задачу маршрутизации в условиях ТУ /32, 107 и др./ с задачей составления расписаний /63» 135/. Сразу же отметим» что в анализируемых ниже моделях указанная связь практически не учитывается.
Внедренные в практику оперативного планирования математические модели маршрутизации охватывают, в основном, перевозки однородных грузов. Описанные в литературе подходы при всех их значительных различиях в структуре математической модели можно тем не менее типизировать по ряду признаков: - по типу экстремальной задачи (целевой функции и допустимой области); - по используемому алгоритму (конечному или потенциально бесконечному, но сходящемуся, формально теоретически обоснованному или эвристическому); - по формализуемой в модели содержательной постановке; - по техническому и организационному обеспечению решения. Содержание публикаций не позволяет» как правило, выделить для каждой конкретной задачи все упомянутые характеристики; тем не менее их обзор представляется необходимым для определения места и степени новизны предлагаемых ниже методов. В общем случае задача математического программирования, формализующая содержательную задачу оптимизации функционирования производственно-экономической системы, может быть представлена в виде: где х - вариант плана (вектор или матрица), D - множество всех возможных (допустимых) планов, f(x) - значение критерия оптимизации, достигаемое на плане д\ В зависимости от содержательного смысла показателя целевой функции/ оптимизация функционирования производственно-экономической системы предполагает минимизацию или максимизацию критерия. Общим для всех моделей является дискретность области допустимых планов D, что не позволяет применить стандартные процедуры регулярного математического программирования. Это обусловлено дискретной природой оптимизируемой транспортной системы и не дает оснований надеяться на адекватные результаты при каком-либо погружении задачи в связную выпуклую континуальную область. Известно, что округление нецелочнсленного решения может приводить к сколь угодно большому отклонению как от дискретного экстремума, так и от точки этого экстремума. Размерность дискретных моделей, как правило, высока. В местах дислокации крупных транспортных узлов наблюдается тенденция к увеличению числа пунктов отправки-доставки. К настоящему времени можно считать установленным, что наилучшие практические результаты решения дискретных экстремальных задач, относящихся к реальным оптимизируемым системам, получаются при использовании подходящим образом выбранного подмножества допустимой области Д исключающего некоторую подобласть заведомо неэффективных вариантов плана и последующем использовании эвристических алгоритмов /1,2,23, 52, 85, 128/.
