Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса 9
1.1. Роль транспорта в организации экономических связей 9
1.2. Обзор исследований в области теоретических основ оптимизации транспортных процессов 12
1.3. Обзор теоретических подходов к учету интересов окружающей среды при принятии управленческих решений 27
1.4. Анализ рынка молочной продукции и ее классификация 33
2. Теоретико-методические аспекты повышения эффективности доставки молочной продукции 37
2.1. Анализ практики распределения транспортных потоков молочной продукции 37
2.2. Выбор рациональных схем погрузки и размещения молочной продукции в подвижной состав 43
2.3. Логистическая цепочка в перевозках молочной продукции 52
2.4. Роль выбора стратегии и ориентации на рынок при управлении транспортными грузовыми потоками 55
2.5. Возможности совершенствования транспортно-логистического обслуживания перевозок молочной продукции 61
3. Теоретические основы оптимизации распределения транспортных грузовых потоков 65
3.1. Динамическая оптимизация распределения транспортных потоков 65
3.2. Применение ДТЗЗ-Н для выбора рационального типа автотранспортного средства 77
3.3. Методы и алгоритмы определения степени воздействия транспорта на окружающую среду 82
3.4. Статическая оптимизация распределения транспортных потоков 86
4. Реализация научных результатов исследования 92
4.1. Решение ДТЗЗ-Н методом потенциалов 92
4.2. Исходные данные для решения задачи 100
4.3. Расчет оптимальной структуры грузопотоков молочной продукции в условиях статического баланса производства и потребления 106
4.4. Расчет оптимальной структуры грузопотоков молочной продукции в условиях нарушения баланса производства и потребления 116
4.5. Определение оптимальной структуры подвижного состава с помощью ДТЗЗ-Н 123
4.6. Анализ результатов и их графическая интерпретация 128
Основные результаты и выводы 133
Библиографический список 135
Приложения 148
- Обзор исследований в области теоретических основ оптимизации транспортных процессов
- Выбор рациональных схем погрузки и размещения молочной продукции в подвижной состав
- Применение ДТЗЗ-Н для выбора рационального типа автотранспортного средства
- Расчет оптимальной структуры грузопотоков молочной продукции в условиях статического баланса производства и потребления
Введение к работе
Актуальность исследования. Новые экономические условия, усиление конкуренции заставляют предприятия одновременно более динамично реагировать на изменяющиеся потребности рынка и сокращать затраты, в том числе и на логистику. Поэтому вопрос эффективного управления грузодвижением стоит в числе первых, когда речь идет о повышении конкурентоспособности автомобильных перевозок.
Высокий уровень сезонности, короткие сроки реализации, существенная эластичность спроса, большой ассортимент и жесткие ограничения, налагаемые торговыми сетями, создают сложные проблемы в работе по реализации продукции предприятиям молочной промышленности. Для обеспечения эффективного управления транспортно-логистическими процессами по доставке молочной продукции необходимо иметь научные основы по оптимизации транспортных потоков продукции по выявлению резервов снижения затрат в системе «производство – транспорт – потребление», учитывающие динамичность процессов и исходной информации.
Несмотря на многочисленность работ по данной проблеме, на сегодняшний день имеется ряд возможностей по совершенствованию организации, планирования и управления процессами перевозок. В частности, не рассмотрены модели оптимизации транспортных потоков в системе «поставщик – транспорт – потребитель» в динамично изменяющихся условиях внешней и окружающей сред, учитывающие не только транспортные и складские затраты, но степень влияния объектов автотранспортного комплекса на качество окружающей среды.
Отсутствие методов эффективной организации процессов перевозок молочной продукции подтверждает теоретическую и практическую значимость предложенной темы диссертационной работы.
Цель и задачи работы. Цель – повышение эффективности функционирования системы доставки молочной продукции на основе разработанных теоретических и научно-методических положений.
Первоначально сформулированы задачи, которые были решены для достижения поставленной цели:
проанализирована существующая система распределения молочной продукции холдинга и определены пути повышения эффективности автомобильных перевозок готовой продукции;
предложены методы, позволяющие оценить влияние основных объектов автотранспортного комплекса на качество окружающей среды;
разработана методика повышения эффективности автомобильных перевозок молочной продукции при использовании усовершенствованной технологии кросс-докинга;
предложена экономико-математическая модель, позволяющая эффективно распределять транспортные потоки молочной продукции с учетом экологического фактора в системе «производство – транспорт – потребление»;
разработана методика выбора рационального типа автотранспортного средства для перевозки молочной продукции;
создано научно-методическое и программное обеспечение для реализации системы планирования, организации и управления процессами доставки молочной продукции.
Объектом исследования является система «поставщик – транспорт – потребитель».
Предметом исследования являются процессы перевозок молочной продукции автомобильным транспортом.
Теоретической и методологической основой диссертационного исследования были научные труды российских и зарубежных ученых по проблемам повышения качества управления автомобильными перевозками и уменьшения экологической опасности; системный и программно-целевой подходы; методы математического моделирования; новые постановки динамической транспортной задачи.
Научная новизна исследования заключается в разработке следующих теоретико-методических и прикладных положений повышения эффективности автомобильных перевозок молочной продукции заводов холдинга, которые выносятся на защиту:
экономико-математическая модель оптимизации распределения транспортных потоков молочной продукции с учетом экологического фактора и применением динамической транспортной задачи с задержками;
методы и алгоритмы, позволяющие определить степень воздействия на окружающую среду объектов автотранспортного комплекса;
научно-практический подход применения усовершенствованного в диссертации метода кросс-докинга, учитывающего негативное влияние автомобильного транспорта на окружающую среду, для планирования автомобильных перевозок молочной продукции;
экономико-математическая модель выбора рационального типа автотранспортного средства для перевозки молочной продукции в динамично изменяющихся условиях;
результаты теоретических и расчетных исследований по повышению эффективности автомобильных перевозок молочной продукции.
Практическая значимость. Разработанные теоретические подходы, экономико-математические модели и методики позволили создать научную основу для рационального использования транспортных средств и могут быть применены при решении задач планирования и эффективного управления процессами автомобильных перевозок молочной продукции.
Практическое использование результатов работы позволяет получить научно обоснованные решения: по выбору автомобильного подвижного состава, используемого для перевозки готовой продукции; в расчетах стоимости доставки продукции в различные регионы страны; при определении оптимального распределения транспортных потоков с продукцией с учетом экологического фактора.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены и получили одобрение на: Совместном заседании научного совета РАН по проблемам транспорта и IX российско-германского симпозиума по транспортной политике и экономике (Казань, 2009), Международной конференции «Прогресс транспортных средств и систем – 2009» (Волгоград, 2009) и Научной конференции студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета (2008 и 2009).
Реализация результатов работы. Теоретические, методологические и прикладные исследования использовались: при разработке и решении проблем по гранту Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям ТО2-13.0-197 «Научные основы создания ноосферологистических технологий перевозок грузов»; при выполнении Международного проекта «Экологические проблемы загрязнения окружающей среды вредными производствами», выполняемым совместно с итальянскими учеными Политехнического университета г. Анкона; при организации перевозок молочной продукции между филиалами компании «Юнимилк»; в учебном процессе со студентами кафедры «Управление автотранспортом» Липецкого государственного технического университета при изучении дисциплин «Транспортная логистика», «Автомобильные перевозки» и в дипломном проектировании.
Достоверность результатов подтверждается использованием научного системного подхода; большим объемом фактических данных, полученных наблюдением и обработанных статистически; их сопоставлением с результатами других авторов и полученными при использовании разработанных методик; справкой о внедрении и полученным экономическим эффектом.
Личный вклад автора заключается в формировании идеи и цели диссертационной работы, в постановке задач и их решении, в разработке теоретико-методических положений для элементов научной новизны исследования, новых методик, экономико-математических моделей и подходов на всех этапах выполнения диссертации.
Публикации. Основные научные результаты и теоретические положения диссертационного исследования опубликованы в шести статьях.
Структура и объем работы. Структура диссертации и последовательность изложения обусловлены целью и задачами исследования. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов. Содержание изложено на 134 страницах текста, включая 23 таблицы и 33 рисунка. Библиографический список включает 113 наименований.
Обзор исследований в области теоретических основ оптимизации транспортных процессов
Управление транспортными, грузовыми, финансовыми, информационными потоками делается все более затруднительными из-за колоссального многообразия возможных решений, принимаемых на различных уровнях. Особую важность в связи с этим приобретают вопросы научно обоснованного поиска оптимальных решений в различных экономических ситуациях - решений, повышающих эффективность работы транспорта, промышленных предприятий, обеспечивающих высокую конкурентоспособность произведенной продукции и максимальный экономический эффект.
В 60-70-х годах в нашей стране началось активное развитие методов экономико-математического моделирования. Ведь именно моделирование хозяйственных ситуаций обеспечивает нахождение нетривиальных путей в принятии тактических и стратегических управленческих решений при рыночной конкуренции, позволяет существенно повысить обоснованность планов, уровень планового предвидения; находить и осуществлять рациональные решения по всем производственным и экономическим вопросам оперативного, текущего и перспективного характера [60].
Отличительной чертой исследования практических экономических задач с помощью математических методов является то, что эксперимент проводится на модели, а не в реальной жизни. Перебираются сотни вариантов решений, и с помощью математических процедур выбираются лучшие из них. Это дает значительный экономический эффект. Появление ЭВМ привело к расширению экономико-математических исследований, так как позволило резко сократить время, необходимое для решения сверхбольших задач.
Математические методы позволяют учесть сложность технологии и элементы случайности в транспортном процессе, способствуют системному подходу и установлению эффективных режимов функционирования транспортных систем. В решении эксплуатационных задач применяются теория вероятности, теория множеств и теория графов, математическое программирование, теория массового обслуживания, исследование операций, а также специальные разделы вычислительной математики.
Применению вероятностных расчетов в эксплуатационной деятельности в значительной степени способствует зависимость перевозочного процесса от многих переменных величин. Из методов, основанных на теории вероятности, необходимо отметить теорию игр и решений, которая изучает математические модели, где участники имеют различные интересы и располагают для достижения своих целей более или менее свободно выбираемыми путями (стратегиями).
Интересна для решения эксплуатационных задач теория графов и теория множеств. При помощи их множество различных вариантов представляется определенной последовательностью целенаправленного приближения к оптимуму. Поэтому эти теории широко используют при решении сложных комбинаторных задач, например, при построении схем узловых пунктов сети.
Затраты на эксплуатацию и реконструкцию транспортных объектов, связанных с овладением перспективного грузопотока, целесообразно рассчитывать методами динамического программирования.
Параметрическое программирование используется не столько для отражения динамики процессов, сколько для учета влияния вариации отдельных параметров задачи в некоторых пределах. С использованием метода целочисленного программирования решаются фактически статические транспортные задачи, в которых переменные по своему физическому смыслу могут принимать лишь ограниченное число дискретных значений и выражаться только в целых числах. Достаточно много работ посвящено использованию для синтеза транспортных сетей метода ветвей и границ. Преимущество метода - относительная легкость учета дополнительных ограничений, недостаток — резкое экспоненциальное возрастание объема вычислений по мере роста размерности задачи. По этим причинам некоторыми учеными точечные методы поиска оптимума (целочисленные программы, метод ветвей и границ и т.д.) квалифицируются лишь как демонстрационные и непригодные для решения достаточно больших задач.
Из математических методов наибольшее развитие и широкое применение в практических задачах, возникающих в экономике, технике и других областях деятельности человека, получили методы линейного программирования.
Изучение свойств систем линейных неравенств ведется учеными всего мира не одно столетие. Выделение класса экстремальных задач, определяемых линейным функционалом на множестве, задаваемом линейными ограничениями, следует отнести к 30-м годам прошлого века. Одними из первых, исследовавшими в общей форме задачи линейного программирования, были Джон фон Нейман, знаменитый математик и физик, доказавший основную теорему о матричных играх и изучивший экономическую модель, носящую его имя; советский академик Л.В. Канторович, сформулировавший ряд задач линейного программирования и предложивший метод их решения, незначительно отличающийся от симплекс-метода. Опубликовать основные его работы помешала война, и книга вышла в свет только в 1959 г.
Выбор рациональных схем погрузки и размещения молочной продукции в подвижной состав
Для грузоперевозок автотранспортом скоропортящихся грузов (к которым относятся и молочные продукты) требуется соблюдение ряда условий, и прежде всего - поддержание особого температурного режима в течение всего времени перевозки груза, а также при погрузке и разгрузке. Должна быть обеспечена также доставка их по месту назначения в установленные сроки. В противном случае продукты теряют свои ценные качества или годность. Для этого требуются особые транспортные средства - рефрижераторы. Рефрижератор от латинского «refrigeratus» «охлажденный»; «refrigero» - «охлаждаю». Согласно правилам перевозки рефрижераторами скоропортящихся продуктов ATP Europe, і рефрижератором является транспортное средство с изотермическим кузовом и холодильным агрегатом, который позволяет поддерживать температуру внутри кузова следующим образом: Класс А: рефрижератор, оснащенный холодильным агрегатом, поддерживающим температуру между +12С и 0С включительно; Класс В: рефрижератор, оснащенный холодильным агрегатом, поддерживающим температуру между +12С и -10С включительно; Класс С: рефрижератор, оснащенный холодильным агрегатом, поддерживающим температуру между +12С и -20С включительно. В зависимости от назначения, используются рефрижераторы различной грузоподъемности: малой (до 1 тонны) - для внутригородских перевозок; средней (3-10 т) - для внутригородских и межобластных перевозок; большой (10 - 20 т) - для межобластных, междугородних и международных перевозок. Ниже приведены основные технические характеристики некоторых видов тягачей и полуприцепов-рефрижераторов, применяемых для перевозок молочной продукции. Рациональной схемой размещения отдельных грузовых мест на подвижном составе является та, при которой полностью используется грузоподъемность или вместимость кузова, обеспечивая сохранность перевозимого груза и безопасность движения. На уровень использования грузоподъемности (грузовместимости) оказывают влияние следующие факторы [54]: — объемный вес перевозимого груза; — качество подготовки груза и приведение его в транспортабельное состояние; — рациональные способы размещения груза в подвижном составе; — степень уплотнения груза в подвижном составе; — полнота использования габарита погрузки при перевозке груза на открытом подвижном составе; — способ погрузки груза в подвижной состав (ручной, механизированный) и особенности применяемых средств механизации погрузочно-разгрузочных работ; — степень экономической заинтересованности грузоотправителя в лучшем использовании грузоподъемности и вместимости подвижного состава. При повышении грузоподъемности и вместимости автотранспортных средств увеличивается провозная способность подвижного состава и снижается себестоимость перевозок [74]. Молочная продукция перевозится уложенной согласно утвержденной схеме (для каждого вида продукции) на стандартных европоддонах (1200x800 мм), каждый поддон для обеспечения сохранности продукта оборачивается в несколько слоев стрейч-пленкой. На рисунках ниже изображены примеры укладки продукции на поддоне. осуществляется в наиболее распространенных рефрижераторах вместимостью 33 паллеты и грузоподъемностью 20-22 т. Схема погрузки и размещения продукции в рефрижераторе приведена в приложении 1. Анализ схем погрузки и размещения молочной продукции в подвижной состав показал: — с целью повышения грузовместимости эффективно использовать схемы погрузки и размещения продукции в два яруса; — существует зависимость количества загружаемых в подвижной состав от высоты паллеты. Длина и ширина паллеты одинакова, поэтому их загружаемое количество от этих параметров не зависит. Выбор рациональных схем погрузки может существенно влиять на себестоимость перевозки единицы продукции и последующего формирования конечной цены. Кроме того, различные виды продукции имеют существенные различия по объемно-весовым характеристикам (это видно из приведенных выше рисунков), а перевозка их осуществляется, в основном, сборными отправками (особенно это актуально при перевозках «кросс-докингом », т.к. необходимо формирование отправок таким образом, чтобы избежать выгрузки всей продукции на транзитном складе). В связи с этим, рекомендуется
Применение ДТЗЗ-Н для выбора рационального типа автотранспортного средства
Многообразие видов транспорта, типов автотранспортных средств, используемых для перевозки грузов, а также большая сеть распределения многих предприятий, заставляют специалистов по транспорту и сбыту не только выбирать направления и объемы потоков продукции на рынок, но и эффективно решать вопросы выбора подвижного состава.
Эффективное распределение потоков готовой продукции требует решения не только задачи согласования программ производства, потребления и ритмов работы транспорта, описанной в п. 3.1. диссертации, но и учет таких параметров доставки, как время и стоимость для различных транспортных средств, и их влияние на всю систему распределения.
Большинство авторов [68, 70, 103, 107, 108] описывают лишь экономические приоритеты выбора вида транспорта и типа транспортных средств, либо сравнивают различные варианты цепей поставок от одного поставщика к одному потребителю. При использовании математического аппарата ДТЗЗ, в работах некоторых авторов [81, 83, 102], задача выбора типа транспортных средств решалась либо за счет очевидного преимущества определенного подвижного состава, либо не ставилась. Логистика предполагает системный подход к организации и управлению потоками. В таком контексте необходимо учитывать динамику и затраты производства, потребления, движения запасов при выборе не только структуры транспортных потоков продукции (как в п. 3.1 диссертации), но и при выборе структуры подвижного состава. Эта задача наиболее актуальна в рассматриваемых условиях обширной распределительной сети. Затраты на её постановку и решение смогут значительно повысить эффективность логистики при распределении продукции.
Задача выбора оптимальной структуры подвижного состава решается путем распределения продукции потребителям в наиболее эффективных типах транспортных средств, а невостребованные для перевозки транспортные средства являются фиктивными и следуют в адрес фиктивного потребителя.
Фиктивный потребитель (аналогично потоку) — искусственно созданный виртуальный потребитель продукции или транспортных средств, который может стать реальным путем изменения внешних условии.
Главная роль транспорта - удовлетворять потребность в перемещении (п. 1.1. диссертации). В данной постановке задачи можно условно принять, что существуют порожние транспортные потоки, следующие по всему полигону распределения. Поставщики, «участвующие» в распределительной задаче, загружают эти потоки готовой продукцией в требуемые им моменты времени. Невостребованные (фиктивные) потоки продолжают перемещаться по сети к фиктивным потребителям, которые могут их использовать и отгружать свою продукцию, либо могут быть использованы другими поставщиками.
В реальной действительности, поставщик планирует потребный для перевозки парк транспортных средств и заранее заказывает его у перевозчика, который обеспечивает подачу порожнего подвижного состава. Невостребованный транспорт, например, после выгрузки, используется другими поставщиками продукции, либо следует в близлежащий пункт погрузки [14].
Выбор рационального типа автотранспортного средства ставится как задача минимизации функционала S где Sj — затраты на транспортировку продукции в &-том типе автотранспортного средства, с учетом величины эколого-экономического ущерба от загрязнения окружающей среды, р.; P {t) — стоимость доставки продукции от г -го поставщика j-му потребителю в момент времени t в -том типе автотранспортного средства, р/усл. грузовое место; Хщ(і) — грузопоток продукции от z -ro поставщика в у-й пункт потребления в момент времени t, перевозимый в Аг-том типе автотранспортного средства, усл. грузовых мест; Mikjp - величина приведенной массы выброса загрязняющих веществ в атмосферу от Аг-того типа автотранспортного средства, усл.т; X\kj{t) - объем поставки, вышедший в момент времени t от z-го поставщика в у-й пункт потребления в А том типе автотранспортного средства, усл. грузовых мест; X"jkj(t + tilg) - объем поставки, прибывшей в момент времени (t+tjig) от, /-го поставщика в у -й пункт потребления в к-том типе автотранспортного средства, усл. грузовых мест; t - нормативное время доставки продукции от /-го поставщика в у-й пункт потребления в Аг-том типе автотранспортного средства, сутки. Особенность решения задачи заключается в том, что различные типы транспорта, имеющиеся у поставщиков продукции, увеличивают размерность расчетной матрицы с mtxnt до mltx(n+l)t. Для нахождения правильного решения необходимо строгое выполнение ограничения (3.26) без возникновения моментов хранения и ожидания при поставках фиктивному потребителю.
Расчет оптимальной структуры грузопотоков молочной продукции в условиях статического баланса производства и потребления
Поиск оптимального плана перевозки продукции проводится на основании сравнения экономических показателей от распределения транспортных потоков с помощью ДТЗЗ-Н минимизации транспортно-производственных затрат и степени воздействия на окружающую среду, в условиях статического баланса производства и потребления, приведенного в п. 4.1. диссертации. В данном эксперименте рассматриваются ситуация, при которой доставка производится в авторефрижераторах грузоподъемностью 20 т, объем выпуска и потребности в продукции неравномерные и взяты из реальной действительности. Для упрощения расчетов при решении оптимизационных задач условное грузовое место будет равно 33 европаллетам. Эксперимент ставится из расчета, что объем выпуска и потребности в продукции неравномерные и взяты из реальной действительности. Цель -минимизация транспортно-производственных затрат и степени воздействия на окружающую среду при доставке. Минимизацию проводим на примере распределения продукции заводов Липецка и Твери на территории других филиалов (Смоленск, Кострома, Владимир, Орел, Брянск). На основании данных, приведенных в приложении 3, 4 диссертации, построена план-матрица перевозки грузов размерностью 7x15. В ходе решения задачи выполнено 8 улучшений плана перевозки, что позволило снизить транспортно-производственные затраты на 205 214 рублей. Фрагмент плана-матрицы перевозки представлен на рис. 4.4. В случае рассогласования моментов поставки и спроса возникают дополнительные операции, повышающие логистические затраты, это ожидание покупателем товара или хранение продукции. На рис. 4.4 они обозначены темной заливкой. В таблице 4.4 можно увидеть, как моменты рассогласования фиксируются в оптимальном плане перевозки продукции (табл. П. 5.1 приложение 5). Итоговые результаты расчетов сводятся в таблицу, в которой приведены основные экономические параметры доставки: расчетный объем перевозок; время хранения продукции на складе и ожидания ее клиентами; затраты, необходимые на перевозку, хранение, ожидание груза и итоговые затраты на доставку (табл. 4.5). Наилучшее распределение продукции возможно при полностью согласованном плане, т. е. когда не возникает моментов опоздания продукции и необходимости ее хранения. Поставленная задача решается за счет перераспределения объемов выпуска продукции и, соответственно, плана-графика отгрузки. Получив рациональный план перевозки продукции с определенными моментами рассогласования поставок І і (например, табл. П. 5.1), производится его коррекция.
«Опаздывающую» продукцию необходимо отправить раньше на период опоздания, а «хранящуюся» - позже на период хранения. То же самое происходит и с моментами и объемами производства, которые можно найти по формуле где di(z ) - объем производства z -го поставщика в момент времени і необходимый для выполнения условия поставок «точно в срок»; Ху(т ) - грузопоток продукции от /-го поставщика в у -й пункт потребления в момент времени Г необходимый для 111 выполнения условия поставок «точно в срок». Момент времени Г необходимый для выполнения условия поставок «точно в срок» можно рассчитать по формуле где t — планируемый момент времени отправления продукции от I го поставщика ву-й пункт потребления; At (t) - время хранения поставки от /-го поставщика в j-м пункте потребления до момента спроса /; At (t) - время опоздания поставки от z -го поставщика в у-й пункт потребления к моменту спроса t; Пример , перераспределения объемов отгрузки продукции плана-матрицы рис. 4.4. и изменение графика движения рис. 4.5. приведен на рис. 4.6. На основании рассчитанного плана отгрузки необходимо сделать корректировку плана выпуска продукции. Оптимальный план перевозки по критерию минимизациии транспортно-производственных затрат представлен в таблице П. 5.2. Итоговые результаты расчетов суммарных затрат приведены в табл. 4.6.
