Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния технологии доставки скоропортящихся пищевых продуктов 10
1.1. Основные требования к доставке скоропортящихся пищевых продуктов 10
1.2. Основные требования к автотранспортным средствам при доставке скоропортящихся молочных продуктов 17
1.3. Анализ существующих проблем в области доставки скоропортящихся молочных продуктов 20
1.4. Анализ зарубежного опыта в решении проблем при доставке скоропортящихся молочных продуктов 22
1.5. Выводы 24
Глава 2. Методология формирования системы доставки скоропортящихся молочных продуктов 25
2.1. Особенности рынка автотранспортных услуг при доставке скоропортящихся молочных продуктов 25
2.2. Статистическое обследование результатов доставки скоропортящихся молочных продуктов 29
2.3. Факторы, определяющие эффективность доставки скоропортящихся молочных продуктов 32
2.4. Задача управления доставкой скоропортящихся молочных продуктов автомобильным транспортом 37
2.4.1. Особенности доставки грузов в условиях мегаполиса 38
2.4.2. Процесс доставки в рамках динамической системы управления...39
2.5. Выводы 49
Глава 3. Разработка математической модели управления параметрами процесса доставки скоропортящихся молочных продуктов автомобильным транспортом 50
3.1. Динамическая модель процесса доставки с управлением 50
3.2. Постановка задача планирования графиков работы автомобилей 66
3.3. Постановка задача диспетчерского управления параметрами процесса доставки в реальном режиме времени 81
3.4. Алгоритм решения задачи управления параметрами процесса доставки 84
3.4.1. Стандартная схема модельно-динамического метода 85
3.4.2. Особенности использования модельно-динамического метода в задаче доставки скоропортящихся молочных продуктов 89
3.4.3. Вариация маршрутов доставки скоропортящихся молочных продуктов 93
3.4.4. Комплектация грузов и генерация маршрутов развозки 102
3.4.5. Алгоритм планирования 110
3.4.6. Схема диспетчерского управления 112
3.5. Выводы 117
Общие выводы 119
Библиографический список используемой литературы
- Анализ существующих проблем в области доставки скоропортящихся молочных продуктов
- Анализ зарубежного опыта в решении проблем при доставке скоропортящихся молочных продуктов
- Задача управления доставкой скоропортящихся молочных продуктов автомобильным транспортом
- Особенности использования модельно-динамического метода в задаче доставки скоропортящихся молочных продуктов
Анализ существующих проблем в области доставки скоропортящихся молочных продуктов
Целью транспорта является удовлетворение потребностей населения и экономики страны в качественных транспортных услугах. В настоящее время в условиях мегаполиса доставка СМП не всегда является эффективной, поскольку ее выполнение характеризуется наличием сильных постоянно действующих возмущений, связанных с проблемами движения автотранспорта в пределах города, такими как: - высокая интенсивность движения: - наличие заторов (пробок); - сложность перестройки автомобилей при попытке изменения маршрута; - необходимость учета наличия выделенных полос, недоступных для использования грузовым автотранспортом.
На доставку СМП существенное влияние оказывает недостаточная координация действий участников указанного процесса. Неспособность оперативно реагировать на возникающие изменения в процессе доставки влечет за собой увеличение затрат и снижению качества поставляемого товара. Для решения проблем, связанных с доставкой СМП необходим комплексный подход не только со стороны участников процесса, но и со стороны государства через нормативные правовые документы, стандарты.
Особенностями доставки СМП на современном рынке являются: - большой ассортимент СМП; - специфика требований к технологиям доставки; - невозможность увеличения срока годности; - отсутствие информационных систем учета перемещения готовой продукции. Рост цен на СМП связан с высокой долей транспортных издержек, которые во многих случаях составляют две трети цены продукта. Большая доля транспортной составляющей вызвана не только необходимостью использования специализированного подвижного состава, а так же высоким процентом возврата СМП из-за несвоевременной доставки в магазины розничной торговли.
В работе были выявлены основные причины возврата скоропортящейся продукции магазинами розничной торговли производителю: 1. Загруженность уличной дорожной сети; 2. Наличие интервалов приема продукции в магазинах розничной торговли; і 3. Недопустимые колебания температурного режима и режима влажности воздуха внутри кузова транспортных средств, что приводит к порче продукции.
Анализ зарубежного опыта в решении проблем при доставке скоропортящихся молочных продуктов
В работе был проведен анализ проблем, возникающих при доставке СМП в международном опыте, а так же возможные варианты решения. Было рассмотрено три экономических региона: Соединенные штаты Америки, Европейский Союз, Китай.
Основными проблемами, возникающими при доставке скоропортящихся пищевых продуктов в США, являются:
Высокий уровень издержек. Но основной проблемой, связанной с транспортировкой, является не столько высокий уровень издержек, как явная тенденция к их увеличению. Так задпериод времени с 2005 по 2011 года транспортные расходы выросли с 7% до 14,3 %. Причинами роста издержек являются как внутренние, так и внешние факторы (например, мировой рост цен на топливо).
Несвоевременная доставка продукции потребителям в магазины розничной торговли. Ежегодные потери из-за отсутствия нужного товара приводят к значительным потерям (до 14 миллионов долларов США). Проблемы несвоевременной доставки возникают из-за: отсутствия налаженного взаимодействия между участниками всей цепи поставок; отсутствия возможности определения четких границ показателей эффективности процесса доставки СМП; отсутствия ъ постоянной невозможности принятия решений в оперативном режиме. В целом рынку по доставке СМП в ЕС характерны схожие проблемы, возникающие в США.
Основными проблемами, возникающими при доставке СМП в Китае, являются:
1. Высокие процент потерь продукции в процессе доставки от производителя до потребителя. Данная проблема возникает в основном из-за отсутствия специализированного подвижного состава для доставки скоропортящихся продуктов в достаточном количестве, данная продукция зачастую доставляется на непредназначенных для такого вида перевозок транспортных средствах. Последствиями является порча продукции, что может насести вред здоровью населению.
2. Нехватка специализированого подвижного состава приводит к тому," что большая часть скоропортящейся продукции не может быть перевезена на большие расстояния, например из одного района страны в другой.
3. Несовершенство нормативной правовой базы. Нормативная база в Китае не регламентирует аспекты, связанные с хранением, транспортировкой и распределением скоропортящейся продукции.
4. Недостаточно развитая инфраструктура. На сегодняшний день на территории Китая нет достаточного количества современных оборудованных складских комплексов, а специализированные склады в основном располагаются в крупных городах. Анализ опыта США, ЕС и Китая показал, что в основном все международные компании вынуждены решать примерно одинаковые проблемы. Клюевым различием Китая - страны с развивающейся экономикой от США и Европы можно выделить крайне высокие затраты на логистику, невозможность повсеместного использования современных технических средств контроля и организации логистических процессов. В том время как в странах с развитой экономикой проблемы возникают из-за жесткого контроля со стороны государства, а так же из-за усиления конкурентной борьбы.
Анализ зарубежного опыта в решении проблем при доставке скоропортящихся молочных продуктов
В планировании используется схема магистралей города, содержащая, как топологию отдельных участков дорог с указанием направлений движений и точек ветвления автомобилепотоков, в которых автомобиль способен изменять направление движения, а также характеристики движения по каждому из участков с указанием интенсивности и вероятностей возникновения заторов.
Состояние среды может быть задано указанием прогноза погодных условий, позволяющих скорректировать средние скорости движения по используемым магистралям и вероятности возникновения заторов на участках, входящих в маршруты доставки.
Результатом планирования являются: 1. Сводный план выполнения заявок на доставки; 2. План-график работы каждого задействованного в доставках автомобиля; 3. Прогнозные значения технико-экономических и технико-эксплуатационных показателей; 4. Оценка надежности выполнения плана. Каждый план-график представляет собой планируемую последовательность действий водителя, начиная с выхода автомобиля на линию до окончания работы, с указанием моментов прибытия в пункты назначений и конкретных интервалов времени погрузки-разгрузки в каждом пункте назначения.
Генерация совокупности графиков доставки грузов должна учитывать особенности режима движения на всех участках маршрута в соответствующие периоды времени.
Реальные условия доставки грузов характеризуются значительными отклонениями характеристик движения от тех, что использовались на этапе планирования.
Это приводит к необходимости адекватного и своевременного вмешательства в процесс доставки каждого грузокомплекта в реальном режиме времени, то есть к необходимости диспетчерского управления процессом. Эффективное управление возможно только в рамках автоматизированной системы диспетчерского управления. Схема такта работы диспетчерской службы показана на рисунке 2.6. Диспетчерское управление возможно только при наличии средств сбора информации о ходе выполнения доставки. В современных условиях возможно использование сотовой связи. Тактдиспетчерского регулирования работы автомобилей в реальном режиме времени
Первоочередное значение имеет информация, отражающая ход выполнения доставки. Различаются два вида сообщений: - информация об окончании выполнения очередной заявки; - информация о невыполнении в срок очередной заявки. Сообщения 1-го вида регистрируются по их фактическому поступлению. Источником информации может быть сам водитель, завершивший выполнение заявки, или получатель, подтверждающий получение требуемого груза. Сообщения 2-го вида могут потребовать для получения информации активности диспетчера. Если в ожидаемое время не поступает информация о выполнении конкретной заявки, то диспетчер, используя связь с водителем, может уточнить состояние дел.
Получаемая информация вводится в компьютер. Соответствующая компьютерная программа пересчитывает времена завершения еще не выполненных заявок и оценивает ситуацию в целом, включая: - прогноз выполнения заявленного числа заявок на конец рабочего периода; - потери от задержек выполнения заявок; - потери от невыполнения каких-то заявок. В зависимости от результатов прогноза, система может предложить коррекцию плана с адекватным изменением графиков работы водителей на оставшийся период, подкрепив его соответствующими расчетами потерь и полезности в денежном выражении.
Сообразуясь с ситуацией, лицо, принимающее решение, (диспетчер) вводит новый план в действие, информируя водителей о соответствующих изменениях.
Алгоритм коррекции плана совпадает с алгоритмом планирования, однако исходные данные должны учитывать реальную информацию о состоянии среды.
В частности, необходим своевременный ввод в систему информации о возникновении заторов, аварий автомобилей на магистралях и других нештатных ситуаций локального характера. Глобальную оценку времен движения автомобилей по используемым маршрутам (учет погодных условий) система может получить сама, исходя из информации о ходе выполнения заявок в целом.
Точное описание технологии и алгоритмов планирования и диспетчерского регулирования может быть получено только в рамках математической модели рассматриваемого процесса управления параметрами процесса доставки.
Таким образом, система управления параметрами рассматриваемого процесса доставки, способная снизить действие перечисленных выше возмущений, должна включать 2 уровня управления, (рисунки 2.4., 2.5., 2.6.): - уровень планирования доставки с генерацией графиков работы всех участвующих в доставках автомобилей; - уровень оперативного (диспетчерского) регулирования процесса доставки, на котором, в зависимости от сложившейся
Задача управления доставкой скоропортящихся молочных продуктов автомобильным транспортом
Точка перегиба зависит от показателя р и отстоит от начала координат тем дальше, чем ближе значение показателя к нулю. Качественное объяснение смысла использования S (х) следующее. При малых нарушениях ограничений функция резко возрастает, то есть она как бы стремится "не пустить" аргумент в запретную область. Затем отношение функции к изменению аргумента становится «более терпимым», а такое в рамках задачи может возникнуть при наличии многих случаев выхода за рамки ограничений. В то же время при дальнейшем увеличении величины запрещенного отклонения от указанных границ, функция вновь испытывает резкий рост.
Для определения выражения аргумента можно использовать следующий подход. Пусть П - максимум недопустимого отклонения, выбираемый из качественных соображений, а О - обнаруженное отклонение с нарушением ограничений. Тогда в качестве аргумента можно предложить выражение:
Пусть ху Э - временной отрезок, задающий ограничение на время прибытия автомобиля для выполнения некоторой заявки. Допустим, соображения качественного характера приводят к требованию, что выход за рамки интервала ограничений не должен превышать величины интервала. Следовательно, в роли аргумента аналога обратной сигмоидной функции можно рассматривать
При компьютерной реализации алгоритмов решения задачи планирования доставки СМП вместо бесконечности используется положительная макси константа, конкретное значение которой зависит от используемой вычислительной техники и языка программирования.
Диспетчерское управление параметрами процесса доставки в реальном режиме времени назовем оперативным (диспетчерским) регулированием. На вход задачи оперативного регулирования должна поступать следующая информация: - результаты решения задачи оперативного планирования с указанием графиков работы всех активных (то есть исправных и имеющих водителя) автомобилей; - список дополнительных (новых, невыполненных в прошлом и тех, которые не будут выполнены в предстоящий период) заявок с указанием всех их атрибутов в том же виде, в каком заявки подаются на вход задачи оперативного планирования; - нормативно-справочная информация, совпадающая с информацией задачи планирования.
В дополнение к ранее объявленным введем обозначения: - Xm(f) - общий результат решения задачи планирования; - результат решения задачи планирования графика работы I -го автомобиля; - Xpea(t) - результат решения задачи оперативного регулирования; - результат решения оперативного регулирования, скорректированный график работы / -го автомобиля; - прег - скорректированное количество заявок на выходе решения задачи оперативного регулирования; - У1?ег - скорректированное количество заявок, включенных в график І -го автомобиля; - тРег - число исправных автомобилей на период корректируемого плана-графика; - Трег - время прибытия І-то автомобиля на контейнерную площадку при выполнении к-ой элементарной заявки скорректированного графика.
Суть коррекции плана состоит в дополнении графиков автомобилей заявками ресурса, образуемого за счет дополнительного спроса на услуги, заявок, не выполненных в предыдущие периоды работы и заявки текущего периода, выполнение которых записано в графики отказавших автомобилей.
При этом должны по-прежнему соблюдаться рамки ограничений, связанных с моментами прибытий автомобилей в пункты погрузки-разгрузки и продолжительностью смены.
В связи с этим, в задаче оперативного регулирования в качестве оптимизационной можно использовать нежесткую модель, в которой векторный аргумент и связанные с ним характеристики относятся к этапу регулирования. Существенными ограничениями, отсутствовавшими ранее, являются требования, чтобы общее количество выполняемых заявок (3.38), а также количество заявок, выполняемое отдельным автомобилем (3.39), было не меньше полученного на этапе планирования: ХРег(Т)-Хт(Т) - п 0. (3.38) Vi(ie{ia,...,mpe2}): Xfe2(T) X(T) -n. 0. (3.39) Таким образом, задача оптимальной коррекции плана с использованием ресурса заявок и текущего состояния парка автомобилей имеет вид:
Полученные оптимизационные модели характеризуют задачу управления параметрами процесса доставки СМП, как динамическую задачу комбинаторного планирования.
Быстрый рост числа вершин дерева решений, задающего возможные назначения заявок автомобилям, позволяет классифицировать рассматриваемую задачу, как NP-задачу, вследствие чего известные точные методы решения неприменимы.
В связи с этим для решения задачи целесообразно использование модельно-динамического метода [43], относящегося к эвристическим задачам искусственного интеллекта и доказавшего свою эффективность при решении многих практических задач, связанных с оперативным планированием и регулированием работы автомобилей. Главным достоинством модельно-динамического метода является то, что он позволяет уйти от прямого перебора всех вариантов назначений. Результатом использования модельно-динамического метода для рассматриваемой задачи является, так называемый, квазиоптимальный план-график работы автомобилей. Не точное, а лишь близкое к оптимальному, решение представляет собой вполне приемлемое, удовлетворяющее совокупности ограничений решение, которое может быть найдено за конечное, обозримое время.
Суть стандартной схемы модельно-динамического метода в применении к рассматриваемой задаче состоит в пошаговом построении плана-графика автомобилей в ходе модельной имитации процесса их работы, причем на каждом шаге осуществляется одно назначение автомобилю элементарной заявки.
Таким образом, изложение модельно-динамического метода должно содержать описание процесса имитации и процедуру решения проблемы выбора при назначении ездок автомобилям.
Особенности использования модельно-динамического метода в задаче доставки скоропортящихся молочных продуктов
Сообщения по такту поступают с некоторой периодичностью и содержат сведения об интенсивности движения на магистралях.
Плановые сообщения по факту сигнализируют о выполнении очередной фазы рабочего графика водителя.
Развитие средств электронной связи уже сегодня позволяет сообщать диспетчерской службе о завершении очередной операции, предусмотренной графиком работы. Стоимость дешевых мобильных телефонов сегодня достигла уже 300-от рублей и продолжает снижаться. Можно заранее подготовить набор CMC, размещаемый в памяти мобильного телефона, который выдается водителю при выходе на линию. Тогда сигнал о завершении плановой операции посылается водителем в диспетчерскую службу путем нажатия одной-двух кнопок.
Прогнозируя моменты прибытия автомобилей в пункты погрузки-разгрузки и убытия из этих пунктов, можно контролировать выполнение графика каждого автомобиля, участвующего в доставках.
Таким образом, можно считать, что все нормальные завершения запланированных элементарных ездок фиксируются с указанием моментов завершения.
Таким образом, основное внимание диспетчерской службы должно быть обращено на доставку грузов в пунктах получателей. Незапланированные сообщения сигнализируют о возникновении чрезвычайных ситуаций: отказ автомобиля, непреодолимый затор в движении и т.д.
Помимо диспетчера в процессе диспетчерского регулирования необходимо предусмотреть должность менеджера по контролю доставки грузов.
В его обязанности входит принятие решений в неординарных ситуациях. В частности, именно на него должны быть возложены переговоры с получателями при угрозе опоздания автомобиля.
Общая блок-схема алгоритма диспетчерского управления Общая блок схема алгоритма диспетчерского управления показана на рисунке 3.8. Диспетчерская служба обрабатывает события: поступления сообщения или отсутствия ожидаемого сообщения. Система находится в постоянном режиме ожидания очередного события. При наступлении события осуществляется его обработка, после чего система вновь переходит в режим ожидания.
Сигнал о завершении элементарной ездки позволяет, с учетом дорожной обстановки на плановом маршруте движения, рассчитать момент прибытия в следующий пункт назначения и, используя нормативное время погрузки-разгрузки, спрогнозировать, когда следует ожидать очередного сообщения от водителя данного автомобиля.
В новой информации об изменении дорожной обстановки диспетчерскую службу интересуют только участки с ухудшением состояния используемых маршрутов, по которым ожидается плановое движение автомобилей, задействованных в доставках.
При наличии таких участков осуществляется прогноз моментов прибытия автомобилей в пункты назначения при движении по плановому маршруту. Если моменты прибытия укладываются в рамки ограничений, то никаких действий не производится.
При выходе за пределы ограничений проверяются вариации маршрутов, связывающих последовательные пункты назначения, и по каждому из них осуществляется прогноз моментов прибытия.
Если какой-то из варьируемых маршрутов отвечает заданным ограничениям, то этот маршрут доводится до сведения водителя.и водитель получает рекомендации по использованию этого маршрута.
Такой вариант соответствует вариации маршрута без изменения графика. Если ни один из варьируемых маршрутов не удовлетворяет ограничениям, то, в зависимости от результатов переговоров менеджера по контролю доставки грузов с получателем, возможны два варианта.
Либо получатель соглашается принять груз в прогнозные сроки, что также соответствует вариации маршрута без изменения графика.
Либо он отказывается от приема товара в связи с задержкой в его доставке. В этом случае его элементарная ездка удаляется из графика данного автомобиля, и анализируется доставка груза следующему по очереди получателю планового маршрута. Непринятый груз образует новую заявку, которая обрабатывается по схеме формирования грузокомплектов (п. 3.3.4), но уже в процессе диспетчерского управления.
Сообщение о невозможности продолжения выполнения графика, поступающее от водителя работающего автомобиля, обусловлено либо отказом автомобиля, либо ситуацией затора, в который попал автомобиль. В обоих случаях невыполненные элементарные ездки образуют новые заявки, обрабатываемые в ходе диспетчеризации по схеме п. 3.3.4. Помимо этого, в случае отказа автомобиля осуществляются мероприятия по его транспортировке в АТП и возврату груза в распределитель. Ожидаемое сообщение связано с завершением элементарной ездки. Его отсутствие означает, что произошла задержка доставки груза. В этом случае диспетчер должен связаться с водителем автомобиля, выполняющего эту ездку, и выяснить реальное положение дел. Причинами являются: либо отказ автомобиля на линии, либо значительное ухудшение дорожной обстановки на маршруте следования, схемы обработки которых уже описаны. Таким образом, диспетчерское управление использует те же алгоритмы, которые используются на этапе планирования с учетом сложившейся ситуации.
