Содержание к диссертации
Введение
1. Теория и практика формирования и функционирования систем транспортного обслуживания производства 12
1.1. Анализ функционирования систем транспортного обслуживания производства в условиях реформирования железнодорожного транспорта 12
1.2. Краткий обзор исследований в области взаимодействия различных видов транспорта и организации транспортного обслуживания производства 26
1.3. Основные направления развития теории организации продвижения вагонопотоков 34
Выводы 43
2. Параметры транспортно-технологических систем и внешние инфраструктурные факторы, определяющие эффективность транспортного обслуживания производства 46
2.1.Представление железнодорожных промышленных ТТС как транспортно-логистических систем 46
2.2. Выделение уровней организации железнодорожных промышленных ТТС 60
2.3.Систематизация параметров транспортно-логистических потоков по уровням организации железнодорожных промышленных ТТС 75
2.4.Оценка структуры вагонопотока с использованием коэффициента сложности вагонопотока 81
2.5.Система показателей своевременности грузовых перевозок в ТТС...87
2.6. Оценка влияния внешних инфраструктурных факторов на качество грузовых перевозок 91
ВЫВОДЫ 102
3. Комплекс транспортно-логистических методов организации функционирования железнодорожных промышленных ТТС 105
3.1. Выбор транспортно-логистических методов организации функционирования ТТС 105
3.2. Оптимальное распределение ресурсов в системе ремонта технических средств и устройств ТТС 108
3.3. Оптимальное распределение вагонов по грузовым фронтам 114
3.4. Совершенствование методов «структурной технологии» для условий повышения требований к качеству транспортного обслуживания... 125
3.5. Оптимизация маршрутов движения вагонов в ТТС 139
3.6. Оптимизация структуры вагонопотоков
3.7. Методы усиления пропускной и перерабатывающей способности элементов региональных ТТС 149
3.8. Методы выбора мест размещения транспортных элементов макрологистической ТТС 162
Выводы 171
Теоретико-методологические основы совершенствования организации продвижения транспортных потоков в ТТС 173
4.1. Понятие динамического баланса между параметрами транспортно-логистических потоков и элементов ТТС 173
4.2. Формализованное представление ТТС как системы поддержания динамического баланса 178
4.3. Математическая модель оптимизации параметров транспортных и ресурсных потоков в ТТС 180
Выводы 184
Комбинированная аналитико-имитационная модель оптимизации параметров транспортных и ресурсных потоков в ТТС 186
5.1. Комбинирование системно-динамического и дискретно-событийного подходов к имитационному моделированию ТТС 186
5.2. Комбинирование имитационных и аналитических моделей ТТС 204
5.3. Использование аналитико-имитационной модели для оптимизации параметров транспортно-логистических потоков в ТТС 217
Выводы 234
Методические основы реализации комплекса транспортно логистических методов и моделей организации функционирования ТТС 237
6.1. Методика достижения динамического баланса между величинами пропускных способностей элементов ТТС и транспортно-логистическими потоками 237
6.2. Подход к разработке информационно-управляющих систем ТТС .241
6.3. Оценка эффективности методов управления ресурсами в системе технического обеспечения перевозочного процесса 254
6.4. Оценка эффективности методов и моделей управления вагонопотоками и транспортными мощностями путей необщего пользования и железнодорожных транспортных узлов 260
6.5. Оценка эффективности методов и моделей усиления пропускной и перерабатывающей способностей элементов ТТС 270
6.6. Оценка эффективности методики выбора мест размещения элементов макрологистических ТТС 281
Выводы 292
Заключение 295
Список использованной литературы 300
- Краткий обзор исследований в области взаимодействия различных видов транспорта и организации транспортного обслуживания производства
- Выделение уровней организации железнодорожных промышленных ТТС
- Оптимальное распределение вагонов по грузовым фронтам
- Математическая модель оптимизации параметров транспортных и ресурсных потоков в ТТС
Краткий обзор исследований в области взаимодействия различных видов транспорта и организации транспортного обслуживания производства
Хотя в этот период основная задача заключалась в строительстве большего числа новых подъездных путей, развития сети промышленных дорог - «... каждая новая верста подвозящего к магистрали грузы рельсового пути отразится немедленно на усилении питания магистрали и, следовательно, на ее жизнеспособности и выгоде для страны ...», однако уже становилось очевидно различие в целях работы подъездных и магистральных путей - «... может быть констатирована полная разобщенность и несогласованность в тех технических и эксплуатационных мероприятиях, которые нужны для упрочения связи между железной дорогой и примыкающими к ней питательными путями сообщения ...», и далее - «С точки зрения здорового народного хозяйства следует прежде всего позаботиться о том, чтобы питающие железнодорожную магистраль корни - ее подъездные пути, были вполне здоровы и развиты, чтобы они соответствовали всем требованиям грузообмена между магистралью и прорезываемыми ею районами ...».
В это время академиком Образцовым В.И. впервые было введено понятие Единого технологического процесса работы подъездного пути и станции примыкания. В работах [104, 105, 106] рассмотрены технические аспекты взаимодействия и предложены такие технологические параметры транспортного обслуживания, как размер подач на подъездной путь и интервал между подачами.
Идеи согласованной работы магистрального и промышленного железнодорожного транспорта получили свое развитие в работах Авербуха А.Е. [2], Акулиничева В.М. [3], Баландюка Г.С. [233], Скалова К.Ю. [225], Угрюмова A.K. [243, 112], Шмулевича М.И. [77, 260, 261], Ющенко Н.Р. [264] и др. В настоящее время достаточно полно разработаны вопросы организации перевозок как на промышленном транспорте, так и на участке его взаимодействия с магистральным. Можно сказать, что достигнута теоретическая ясность в вопросах расчета и применения таких форм организации перевозочного процесса на промышленном транспорте, как график движения и план формирования поездов, контактный график, технологические процессы работы станций и грузовых фронтов.
Однако реальные размеры вагоно- и грузопотоков на промышленном железнодорожном транспорте (ПЖТ), магистральном железнодорожном транспорте (МЖТ) и на участке их взаимодействия значительно отличаются от средних величин, используемых в этих расчетах. Вопрос о неравномерности перевозок на железных дорогах возник еще в конце прошлого столетия, хотя в то время осложнения, создаваемые неравномерностью, имели второстепенное значение по сравнению с трудностями, которые испытывали железные дороги в связи с недостаточным их развитием [10]. До 40-х годов не уделялось должного внимания неравномерности, так как преобладало мнение, что основным является организация движения по твердым графикам, а неравномерность перевозок объясняется сезонностью и недостатками планирования. Дальнейшее резкое увеличение грузонапряженности железных дорог и необходимость поиска резервов в использовании технических средств транспорта потребовали обстоятельного исследования данной проблемы. Изучением неравномерности в этот период занимались чл.-корр. АН СССР А.П. Петров, профессора В.В. Поворо-женко, К.А. Бернгард, А.Е. Гибшман, А.Д. Каретников, А.А. Смехов, А.К. Угрюмов, Н.Р. Ющенко и др. Результаты их исследований подтвердили объективный характер колебаний в грузовой и поездной работе железных дорог, а также позволили разработать ряд ценных рекомендаций по совершенствованию графиков движения, планов формирования, по использованию пропускной способности участков и станций. Исследования неравномерности вагонопотоков на участке взаимодействия промышленного и магистрального железнодорожного транспорта представлены в работах [12, 101, 253, 133, 139]. В них анализируется отрицательное влияние колебаний вагонопотоков на работу МЖТ и ПЖТ, а также потери у потребителей транспортной продукции [10, 139, 253, 92] при неравномерной и неритмичной подаче вагонов на подъездной путь.
Рассмотренные работы получили обобщение в методике [29] по разработке единых технологических процессов работы подъездных путей и станций примыкания. Одним из ценных положений этой методики являются рекомендации по определению суточных объемов работы с учетом коэффициента неравномерности вагонопотоков, рассчитываемого методами математической статистики, что является определенной ступенью в развитии транспортной науки.
Исследования в области взаимодействия МЖТ и ПЖТ, проводимые в течение последних двадцати лет, были направлены, в основном, на решение проблемы сокращения простоя вагонов на подъездных путях в условиях неравномерных вагонопотоков или увеличения грузонапряженности железных дорог. Были сделаны попытки найти пути создания резервов на промышленном транспорте за счет увеличения мощности путевого развития, введения дополнительных локомотивов и вагонов, развития транспортно-грузовых комплексов (ТГК). Все перечисленные мероприятия призваны сгладить несогласованность ритмов производства и потребления основных переделов, а также неравномерное поступление сырья с сети магистральных железных дорог.
Выделение уровней организации железнодорожных промышленных ТТС
Выбранный в настоящем исследовании логистический подход к описанию ТТС основан на представлении ЛС как системы управления логистическими потоками. Управляемыми переменными в такой системе являются параметры логистических потоков. Сложность процесса управления логистической системой или, другими словами, сложность выполняемых функций и решаемых управленческих задач определяется числом элементов и связей в системе, а также числом управляемых переменных. Таким образом, выделение уровней организации ТТС основано на определении качественно различающихся по сложности функций управления транспортно-логистическими потоками, а также комплекса параметров этих потоков, необходимых для выполнения соответствующих функций.
Основным фактором, влияющим на сложность функций управления ТТС, является величина неопределенности параметров внешней и внутренней сред системы. Из теории управления известно, что чем выше степень неопределенности (вариативности) внешней и внутренней сред системы управления, тем более сложными и разнообразными должны быть функции управления, реализуемые этой системой.
Основным источником неопределенности внутренней среды ТТС является персонал. Это обусловлено наличием вариативности как затрат времени на выполнение технологических операций перевозочного процесса, так и содержания принимаемых решений на различных уровнях управления. Если вариативность продолжительности выполнения технологических операций связана с физиологическими особенностями людей, то эффективность управленческих решений разных руководителей определяется уровнем их образования, опытом, обеспеченностью необходимой информацией, степенью мотивированности на достижение цели управления и т.д.
К факторам неопределенности внешней среды ТТС следует отнести такие рыночные факторы, как действия поставщиков, потребителей, конкурентов, изменения цен на различные ресурсы, а также изменения законодательства и политической ситуации.
Перечисленные факторы характеризуются разной величиной неопределенности и различной степенью влияния на параметры транспортно-логистических потоков. Поэтому организацию функционирования ТТС необходимо основывать на уровневой группировке функций управления по величине неопределенности (сложности) факторов, которую компенсируют эти функции.
Величину отрицательного влияния факторов внешней и внутренней среды на ТТС предлагается оценивать величиной риска, которая, в общем случае, рассчитывается как произведение вероятности реализации того или иного фактора (события) на оценку потерь (затрат, убытков), имеющих место при реализации данного события. Многочисленные исследования в области управления рисками различной природы, например [8], показывают, что с уменьшением вероятности реализации неблагоприятного события, величина сопровождающего его ущерба возрастает. Это связано с тем, что вероятность наступления определенного события снижается при увеличении числа возможных факторов, способствующих или противодействующих этому событию. На низших организационных уровнях число возможных состояний объекта управления искусственно сокращается, в результате чего реализуются благоприятные для системы управления события, вероятность которых близка к математическому ожиданию. Отклонения от нормы (стандарта, математического ожидания), т.е. неблагоприятные события маловероятны и сопровождаются небольшими, в масштабах всей системы, потерями. По мере повышения уровня организации увеличивается число возможных, главным образом, неблагоприятных состояний по каждому фактору. Другими словами, увеличивается дисперсия состояния системы управления, повышается вероятность отклонения ее параметров от нормы. Несмотря на уменьшение вероятности реализации каждого отдельного состояния системы управления, за счет роста дисперсии возрастает величина суммарных потерь от реализации неблагоприятных событий. Другими словами, при увеличении сложности системы управления уровень риска возрастает.
В соответствии с таким подходом предлагается выделить базовые уровни организации логистической системы, которые используются как основа для группировки функций железнодорожных промышленных ТТС по конкретным уровням организации этих систем. Группировка функций ТТС осуществляется на основе оценки величины риска неэффективной реализации тех или иных функций.
Предлагается выделять пять базовых уровней организации логистических систем в зависимости от величины риска: технический уровень (техническая система) - ЛС представляется как техническая система. Минимизация дисперсии её параметров обеспечивается строгой регламентацией всех операций и методами обеспечения надежности функционирования технических систем. В логистических системах, отнесенных к техническому организационному уровню, персонал, как источник неопределенности, либо вообще отсутствует (например, автоматизированные линии), либо присутствует в качестве исполнителя, не принимающего решения (например, конвейерные линии); технологический уровень (технологическая система) - ЛС представляется как технологическая система, в которой персонал принимает простейшие решения по изменению отдельных параметров технологических операций (логистических элементов) или параметров логистических потоков, не оказывающих существенного влияния на соседние элементы или потоки ЛС. Например, к решениям технологического уровня относится выбор очередности обслуживания грузовых фронтов или изменение состава формируемых поездов; организационный уровень (организационная система) - ЛС представляется как организация, в которой персонал принимает решения тактического и стратегического уровней, реализуя цели организации и преследуя собственные организационные интересы. В общем случае на организационном уровне реализуются стандартные функции менеджмента: планирование, организация, мотивация, регулирование и контроль. Например, к решению организационного уровня относится разработка и реализация программы инвестирования в усиление пропускной и перерабатывающей способности транспортной инфраструктуры путей необщего пользования промышленного предприятия или ППЖТ; социально-экономический уровень (социально-экономическая система) - ЛС представляется как социально-экономическая, в которой определяющую роль играют социально-экономические факторы рыночной среды, предприятия и организации, стремящиеся к достижению своих целей, а также люди, реализующие свои социально-экономические интересы. Например, к решениям социально-экономического уровня относятся договоренности по технологическому взаимодействию различных видов транспорта в транспортном узле, учитывающие интересы как перевозчиков, так и потребителей транспортной продукции;
Оптимальное распределение вагонов по грузовым фронтам
Разумеется, что для соблюдения показателей перевозки груза к назначенному сроку, при прочих равных условиях, требуется выполнение большего объема транспортной работы, чем при регулярной перевозке, и следовательно, будут дороже. Поэтому показатели регулярности перевозки применяются для оценки качества перевозок массовых грузов, а показатели перевозки к назначенному сроку - для внутризаводских перевозок по графику или для перевозок грузов клиентам, у которых отсутствуют складские мощности.
При расчете значений некоторых показателей используются различные нормативные величины. Для показателей перевозки груза к назначенному сроку это [193]: нормативный график прибытия грузов как совокупность моментов /, „; максимально-допустимая величина отклонения времени прибытия груза от назначенного срока (/тах). Для показателей регулярности прибытия груза: нормативные величины среднего и минимального числа прибытий груза за единицу времени; величины среднего, максимального и минимального времени между поступлениями груза (ППЮИ). Для показателей срочности перевозки груза - нормативное время перевозки груза (О. Значения перечисленных нормативных величин устанавливают для каждого конкретного случая на основе расчетов оптимальных параметров грузопотоков.
Для достижения заданных значений показателей своевременности предлагается управлять структурой вагонопотоков путем ускорения или замедления продвижения отдельных струй вагонопотока на основе ряда технологических способов, представленных в п. 3.6. Для выбора этих способов предлагается вагонопотоку каждого назначения приписывать коэффициент срочности . Расчет значений коэффициентов срочности зависит от характера перевозки и производится по формулам: для регулярных перевозок, применяемы при выборе систем управления запасами (СУЗ) с постоянным интервалом между заявками [192] K -V-1 Kl-SL c., (2.10) Ч та\ Ч та\ где 7тах - максимальный запас (вместимость склада); q - запас в момент времени /; qc - страховой запас; для перевозок к назначенному сроку, применяемых при выборе СУЗ с постоянным размером транспортно-грузовой партии к =- - 2- «+( „-( + 0) о С + г) 2J1±1A L J (2.11) где tm - требуемый момент прибытия очередной партии потока". Момент t рассчитывается как момент достижения точки заказа и прогнозируется на основе текущей интенсивности расходования запаса в накопительном элементе; td - затраты времени на доставку очередной партии потока до накопительного элемента. Это значение также прогнозируется (определяется) с учетом текущего местонахождения очередной грузовой партии и средней скорости доставки.
Для систем управления запасами «с двумя контрольными уровнями» применяется формула (2.10), при условии достижения величины q точки заказа.
Для срочных перевозок величину коэффициента срочности, рассчитываемого по формуле (2.11) предлагается умножать на коэффициент нелинейности, учитывающий потери, возникающие при задержке прибытия грузовой партии С., й = 1+ (2.12) K-cmJ где С„ - потери (убытки) из-за задержки прибытия грузовой партии; Ст - транспортные затраты на доставку партии (тариф).
Коэффициенты срочности необходимо рассчитывать по формулам (2.10)-(2.12) для каждой транспортно-грузовой партии одного назначения через определенные интервалы планирования.
Одним из недостатков существующих методов и подходов к оценке качества грузовых перевозок является не полный учет возможных внешних инфраструктурных факторов, определяющих как возможности транспортной инфраструктуры выполнять требования к качеству перевозок, так и влияющих на развитие и размещение транспортно-логистических мощностей [202]. Оптимизация размещения, учитывающая только транспортные издержки, не позволяет оценить перспективу развития региональной ТТС в будущем. При этом выбор лучшего месторасположения для элементов региональной или макрологистической ТТС осуществляется из заданных альтернатив, что уже исключает остальные регионы для дальнейшего рассмотрения и определения их конкурентоспособности. В связи с этим, предлагается выявить основные факторы развития региона, которые оказывают влияние на размещение транспортно-логистического центра, и на основе учета выявленных факторов оценить привлекательность региона.
Рост спроса на комплексные транспортно-логистические услуги послужил основой для создания транспортно-логистических центров, региональных и макрологистических ТТС. Основными факторами, определяющими спрос на комплексные логистические услуги, являются динамика мировой экономики и международного товарообмена, глобализация грузопотоков и усложнение схем доставки, потребности в оптимизации расходов, связанных с перевозкой, хранением и дистрибуцией товаров. Учитывая, что основными функциями ТЛЦ является транспортирование и складирование, а также оказание сопутствующих услуг (страхование, таможенная обработка и т.д.), предлагается рассмотреть как факторы спроса грузовых перевозок [254], так и факторы спроса, влияющие на развитие складского сектора [263]. Транспортно-логистический центр представляет собой крупный инфраструктурный объект, строительство которого требует значительных инвестиций. Поэтому наряду с факторами спроса, предлагается исследовать и факторы инвестиционной привлекательности региона [63].
Математическая модель оптимизации параметров транспортных и ресурсных потоков в ТТС
В этом случае задача оптимального распределения вагонов по грузовым фронтам формулируется следующим образом. На начало плановых суток на пути необщего пользования находится k = \,2,...,L групп порожних вагонов, различающихся родом вагона и собственником. Обозначим количество вагонов, входящих в каждую группу, как Ак.
Вагоны, принадлежащие каждой группе к, на начало расчетного периода могут находиться на разных промышленных железнодорожных станциях. Присвоим каждой промышленной станции индекс / = 1,2,...,М, где М - число станций, входящих в состав путей необщего пользования. Часть вагонов &-ой группы, находящихся на і-и станции, обозначим как Ак1. Порожние вагоны, относящиеся к разным группам, требуется распределить по грузовым фронтам (промышленным станциям).
Обозначим индексами j = \,2,...,N грузовые фронты (станции) назначения (погрузки), где М - число потребителей порожних вагонов. Количество вагонов, принадлежащих к-й группе, которое должно быть подано на соответствующие фронты (станции), обозначим как Вк].
План распределения порожних вагонов должен удовлетворять требованию полного распределения всего имеющегося на подъездных путях порожняка, то есть м Л=ЛД = и,..Д. (3.12) j Bkj=Ak,k = \X...,L. (3.13) J=\ Для моделирования сдачи избытков или заказа недостатков порожних вагонов вводятся дополнительные поставщик и потребитель, соответствующие станции примыкания (внешней сети).
Требуется определить количество порожних вагонов, относящихся к каждой группе к и находящихся на станциях /, которое необходимо подать под погрузку в пункты і . Обозначим неизвестные модели, в совокупности образую 118 щие план распределения порожних вагонов, как хк .
Критерием оптимальности плана распределения, в случае, если не заданы потребные моменты постановки вагонов под погрузку, целесообразно выбрать минимум затрат суммарного времени на доставку порожних вагонов со станций их размещения на начало расчетного периода до грузовых фронтов, где будет производиться их погрузка. Обозначим эти затраты времени для каждой подачи „ как скч.
Затраты времени Скц рассчитываются с использованием известных методов поиска кратчайших маршрутов на транспортной сети как сумма оценок р (потенциалов) дуг транспортной сети, входящих в маршрут движения подачи от начальной станции / маршрута до конечной -j. Оценки ри (потенциалы) дуг транспортной сети (перегонов), соединяющих вершины сети (железнодорожные станции), предлагается рассчитывать по следующей формуле P,J=tl rl+tIJ, (3-14) где /, - продолжительность обработки (простоя) порожних вагонов на і-и станции (начальной станции дуги). Задается в модели как среднее время нахождения транзитных вагонов на станции; сг, - коэффициент загрузки станции, величина которого зависит от количества вагонов, находящихся на расчетный момент на станции, а также от числа маневровых средств и устройств на ней. Величину коэффициента загрузки предлагается определять с использованием методов нечеткой логики, на основе методики, описанной в работах [211]. Методика расчета величин ст, представлена в параграфе 3.5; /(/ - нормативное время движения по перегону, соединяющему начальную станцию / с конечной станцией j дуги.
Тогда, если определен маршрут движения подачи порожних вагонов S, ={/ ,...,Я,,j], где Л1 - номер вершины, предшествующей у-й по маршруту, то затраты времени Скц рассчитываются как сумма потенциалов дуг рц, входящих в маршрут движения Sy подачи порожних вагонов хк
Целевая функция (3.15) в совокупности с ограничениями (3.12, 3.13) и условием неотрицательности размеров составов подач вагонов хк1/ образуют известную статическую многопродуктовую транспортную задачу.
Однако использование такой упрощенной модели для оптимизации распределения порожних вагонов приведет к получению неоптимального плана, поскольку не учитывает ограничение, накладываемое контактным графиком движения поездов. В результате учета условия на включение порожних вагонов в состав поездов, обращающихся по контактному графику, время нахождения порожних вагонов на станциях маршрута и общие затраты времени Ск будут увеличиваться из-за возникновения дополнительных затрат времени на ожидание момента отправления очередного поезда. Допустим, что для каждой і-и станции известны моменты времени отправления поездов по контактному графику tn, где г = 1,2,...,/? - порядковый номер поезда по отправлению со станции / на станцию І, R - число поездов, отправляемых со станции / в течение расчетного периода. Тогда формула (3.6) перепишется следующим образом P0=ifir-p,) + tlJt (3.16) где pt - оценка (потенциал) /-й вершины транспортной сети. Величина р1 означает суммарное время движения от начальной станции маршрута до /-й и рассчитывается как сумма оценок (потенциалов) дуг транспортной сети, входящих в маршрут движения от начальной вершины маршрута до / -й, по формуле P, = P,,+P,J ; (3-17) разность tir - р,, определяет время задержки подачи в ожидании отправления по контактному графику ближайшего поезда, в состав которого включена данная подача.
Похожие диссертации на Методологические основы организации функционирования железнодорожных промышленных транспортно-технологических систем
