Введение к работе
Актуальность исследования. Оперативное планирование работы флота представляет собой особую часть оперативного управления, отличительным признаком которой является календарное планирование работы конкретных судов при учёте фактической эксплуатационной обстановки.
Методология оперативного планирования работы речного флота в условиях плановой экономики создавалась и совершенствовалась многими учёными, среди которых можно особо выделить А.С. Бутова, В.Н. Захарова, В.П. Зачёсова, В.В. Звонкова, А.П. Ирхина, В.И. Кожухаря, Ю.И. Платова, С.М. Пьяных, В.И. Савина, А.А. Союзова, И.П. Фадеева, Е.В. Ширяева. В результате этих разработок была выработана практически законченная методология оперативного планирования работы флота (ПРФ), ставшая составной частью трёхуровневой (навигационный, месячный и оперативный уровни) системы планирования, ориентированной на работу речного транспорта в условиях устойчивых массовых объёмов перевозок. При переходе к рыночной экономике значительно изменились как организационные, так и экономические условия, в рамках которых осуществляется деятельность современных судоходных предприятий, вследствие чего прежняя методология ПРФ в значительной степени потеряла свою актуальность.
Прежняя система ПРФ, по сути, прекратила своё существование. Изменились цели управления, критерии эффективности перевозочного процесса, упразднены все государственные структуры, ответственные за ПРФ, потеряли силу бывшие ранее обязательными формы отчётности и отраслевые методики ПРФ. Навигационное планирование в настоящее время сводится к планированию затрат и определению потребности во флоте, а месячное планирование вообще не выполняется. Оперативное планирование базируется на использовании более или менее случайного набора прежних методик ПРФ, а также полуэмпирических приёмов принятия решений.
Вместе с тем перед судоходными предприятиями очень остро стоит проблема конкуренции с железнодорожным и автомобильным транспортом. Возникает вопрос, в какой степени возможно повышение конкурентоспособности судоходных предприятий за счёт системы ПРФ и какими свойствами должна при этом обладать упомянутая система?
Главным конкурентным преимуществом речного транспорта является потенциально более низкая фрахтовая ставка, напрямую зависящая от величины эксплуатационных затрат. Снижение эксплуатационных затрат за счёт методов, принятых в прежней методологии ПРФ, таких, как сочетание грузопотоков в круговых рейсах или расстановка судов по грузопотокам, в современных условиях незначительно. Бльшие возможности предоставляет до сих пор незадействованный в рамках системы ПРФ метод, который состоит в управлении скоростями движения судов. Такое управление позволяет добиться снижения общих эксплуатационных затрат в среднем на 9-10%, а при определённых условиях – на 24-25%, что подтверждается как практически, так и теоретически.
Введение в состав методологии ПРФ методов оптимизации эксплуатационных расходов за счёт управления скоростями движения судов означает интеграцию процессов планирования работы флота и технического нормирования в единый процесс оперативного планирования, что предполагает обоснование и разработку как методологии ПРФ, так и методологии оптимального нормирования ходовой операции.
Важной отраслевой проблемой является повышение производительности флота за счёт сокращения простоев в пунктах обработки, шлюзах и однопутных участках. Хотя данная проблема всегда стояла перед эксплуатационной наукой, в последние годы она усугубилась, несмотря даже на снижение объёмов перевозок. При этом прежние подходы по согласованию работы элементов транспортной системы за счёт единого для пароходств и портов плана работы флота из-за децентрализации управления уже неприменимы.
В рамках процесса планирования практически единственным путём повышения производительности работы флота является повышение адаптивности системы ПРФ за счёт более точного учёта изменчивой эксплуатационной обстановки. Для повышения адаптивности планирования может использоваться непрерывная схема планирования. Впервые внедрённая в 70-х годах на морском транспорте, эта схема для ПРФ на речных перевозках практически не применялась. Между тем можно утверждать, что потребность в применении непрерывной схемы планирования на речном флоте в современных условиях значительно возросла за последние десять лет из-за значительной доли перевозок, осуществляемых в рамках рейсовой формы судоходства, а также из-за высокой нерегулярности перевозок. Тестовые расчёты показывают, что за счёт более адаптивного планирования даже при детерминированном транспортном процессе производительность работы речного флота может быть увеличена в среднем на 15-16%, а при некоторых особых условиях, например при малых объёмах перевозок, – даже до 40%.
Серьёзным препятствием на пути внедрения методов исследования операций в практику планирования являлось несоответствие получаемых в автоматизированном режиме планов работы флота с реальной обстановкой, что во многом обусловливалось невозможностью реализации сложных и адекватных математических моделей на вычислительной технике 70-х и 80-х годов. Эта проблема являлась одной из ряда причин, по которым автоматизация оперативного планирования на речном транспорте СССР, по сути, не состоялась. Поиск путей повышения адекватности ПРФ привёл ряд исследователей к обоснованию применения в процессе планирования имитационных моделей работы флота в диалоговом режиме. Однако зависимость алгоритмов имитации от параметров транспортного процесса, требующая при изменении последних программной переделки имитационной модели, исключала применение имитации в оперативном ПРФ.
Теоретические оценки позволяют утверждать, что применение имитации может повысить точность планирования срока доставки груза до 16%. При этом отсутствие имитационной модели как средства более достоверного прогноза в условиях эксплуатации речного флота в значительной степени обесценивает как непрерывную схему планирования, так и методы минимизации расходов за счёт оптимального нормирования.
Таким образом, в системе оперативного ПРФ заложен значительный и до сих пор не использованный резерв повышения конкурентоспособности судоходных предприятий. Отсутствие современной методологии ПРФ является проблемой отраслевого уровня, значительно ограничивающей развитие и конкурентоспособность внутреннего водного транспорта.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является обоснование и разработка методологии оперативного планирования работы флота на базе интеграции оптимального нормирования, непрерывного планирования и автоматизированной имитации транспортного процесса как средства усиления конкурентных преимуществ речных судоходных предприятий. Достижение этой цели предполагает решение следующих задач.
Во-первых, необходимо обосновать и сформулировать принципы оперативного планирования работы речного флота, отвечающего объективным потребностям современных судоходных предприятий.
Во-вторых, требуется обоснование и разработка математических методов и моделей, необходимых для полноценной практической реализации методологии планирования и образующих взаимосвязанную систему, рис. 1.
Рис. 1. Состав методологии оперативного планирования
В-третьих, должно быть дано обоснование экономической целесообразности внедрения методологии оперативного планирования, построенной на основе вышеуказанных методов и моделей, а также определены конкретные проектные решения, обеспечивающие техническую возможность промышленной эксплуатации системы планирования.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является речное судоходное предприятие. Предметом исследования диссертации является система оперативного планирования работы грузового флота речного судоходного предприятия.
Методы исследования. Исследование имеет междисциплинарный характер и базируется на принципах и методах: теории ходкости судов, теории дизельных двигателей, исследования операций, логистики, имитационного моделирования, а также прикладной информатики.
Научная новизна работы. В диссертации впервые теоретически обоснована методология оперативного планирования работы речного грузового флота, предназначенная для использования средними и крупными судоходными предприятиями в рыночных условиях. При этом был выполнен ряд новых научных разработок.
Впервые разработан метод расчёта винтовых и ограничительных характеристик судна, ориентированный на задачи нормирования ходовой операции, позволяющий с достаточной степенью точности прогнозировать скорость судна и расход топлива главными двигателями при учёте путевых условий и технического состояния каждого конкретного судна.
Впервые разработана завершённая методология оптимального нормирования ходовой операции, предназначенная для решения задач рейсового планирования, прогнозирования моментов прибытия судов, что позволяет как существенно уменьшить неопределённость при планировании времени следования и эксплуатационных затрат, так и значительно оптимизировать последние.
Впервые разработана автоматизированная имитационная модель работы флота, не требующая алгоритмической перестройки при изменениях параметров перевозочного процесса и позволяющая моделировать движение и обработку судов любого судоходного предприятия с учётом системных эффектов в узлах транспортной системы.
Впервые разработана завершённая методология непрерывного технического планирования работы речного флота на базе оптимального нормирования ходовой операции, автоматизированной имитации перевозочного процесса и эвристических методах календарного планирования. Данная методология предназначена для обоснования и расчёта календарного плана работы каждого конкретного судна с учётом его технического состояния на произвольный горизонт планирования и позволяет на основе текущей дислокации, переменных путевых условий и плана перевозки корректировать в оперативном режиме календарный график движения, оптимизируя при этом эксплуатационные затраты и срок доставки.
Основные научные результаты, которые выносятся на защиту.
-
Методологические принципы оперативного планирования работы речного грузового флота в современных условиях.
-
Методологические принципы нормирования ходовой операции.
-
Методы расчёта винтовых и ограничительных характеристик грузового судна (состава).
-
Методы расчёта характеристик судового дизельного двигателя.
-
Метод расчёта оптимального режима движения судна.
-
Метод разделения водного пути на однородные участки.
-
Динамическая модель работы флота.
-
Метод расчёта календарного графика движения.
-
Система показателей эффективности перевозочного процесса для оптимизации календарного графика движения.
-
Проектные решения для разработки автоматизированной системы оперативного планирования работы флота.
Практическая ценность и реализация работы. Практическая значимость работы подтверждается результатами многолетнего использования основных методов и моделей, предлагаемых в диссертации. В период с 1996 г. по 2008 г. автором для различных судоходных предприятий было выполнено более 20 договорных работ, связанных с совершенствованием нормирования и планирования работы флота. Среди наиболее значимых работ можно выделить следующие.
Для ОАО «Волжское нефтеналивное пароходство «Волготанкер» (АО «Волготанкер») были разработаны и внедрены в 1998 г. автоматизированное рабочее место (АРМ) «Рейсовое планирование», в 1999 г. – АРМ «Планирование работы флота», а в 2000 г. – АРМ «Теплотехник». Для ОАО «Судоходная компания «Волжское пароходство» (АО «Волжское пароходство») в 2001 г. было создано АРМ «Нормирование и рейсовое планирование», которое находится в эксплуатации уже в течение 9 лет. В 2006 г. было разработано АРМ нормирования для ООО «Прайм Шиппинг».
В 2004 г. для АО «Волготанкер» были разработаны оптимальные нормы времени следования и расхода топлива. Внедрение этих норм позволило сократить эксплуатационные затраты в навигацию 2004 г. на 67 миллионов рублей.
Метод расчёта календарного графика работы флота и динамическая модель работы флота были разработаны автором в 2004 г. в ходе выполнения технического проекта для системы непрерывного планирования для АО «Волготанкер», принятого к внедрению.
Внедрение указанных разработок подтверждается материалами, приведёнными в приложении к диссертации.
Внедрение и использование результатов исследований на производстве было бы невозможно без участия и поддержки специалистов судоходных компаний: А.И. Есина, Н.Е. Клюкина, Ю.В. Кутявина, С.Н. Ровина, С.Г. Смирнова и многих других, которым автор выражает свою глубокую признательность.
Апробация работы. Выполненные автором в рамках договорных работ результаты научных исследований докладывались на технических советах АО «Волготанкер» и АО «Волжское пароходство». Результаты исследований докладывались автором на вузовских научных конференциях в 2000, 2003, 2004 и 2005 годах, а также на международных форумах «Великие реки» в 2001, 2003, 2004, 2008, 2009 и 2010 годах. Кроме этого основные положения диссертации докладывались в 2010 г. в Московском речном пароходстве и Ассоциации портов и судовладельцев речного транспорта.
Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано две монографии, а также 31 научная статья, в том числе 10 публикаций в изданиях, рецензируемых ВАК РФ. Для компьютерных программ, реализующих ряд изложенных в диссертации математических методов и моделей, получены два свидетельства о государственной регистрации.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений общим объёмом 365 страниц. Работа содержит 276 страниц основного текста, 10 таблиц, 59 рисунков. Список литературы включает 414 наименований на 37 страницах. В девяти приложениях на 52 страницах содержатся дополнительные расчёты, таблицы с данными, копии свидетельств о регистрации программ, отчёт по топливоиспользованию, документы об апробации на предприятиях, а также акты и справки о внедрении и подтверждении эффекта внедрения.
