Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Логистический процесс доставки грузов в крупнотоннажных контейнерах в условиях мультимодальных перевозок 18
1.1 Существующие логистические цепи и их анализ 18
1.2 Преобразование грузопотоков на терминально-логистических комплексах как часть логистической цепи доставки грузов 23
1.3 Работа терминально-логистического комплекса по осуществлению перегрузки грузов с автомобильного на железнодорожный транспорт 25
1.4 Выводы по главе 28
Глава 2. Анализ факторов, влияющих на технологию переработки грузов в крупнотоннажных контейнерах на ТЛК при мультимодальных перевозках 30
2.1 Требования к технологическому процессу на ТЛК, для обеспечения возможности передачи грузопотоков при мультимодальной перевозке 30
2.2 Факторы, определяющие возможность осуществления прямого варианта перегрузки грузов 33
2.3 Информационное сопровождение прямого варианта перегрузки грузов на ТЛК 36
2.3.1 Оперативное планирование работы ТЛК 36
2.3.2 Единый технологический процесс взаимодействия ТЛК и других участников мультимодальной перевозки 37
2.3.3 Организация доставки крупнотоннажных контейнеров в рамках ЕТП контейнерными поездами 38
2.4 Способы определения качества работы ТЛК по организации взаимодействия автомобильного и железнодорожного транспорта 39
2.5 Выводы по главе 41
Глава 3. Оценка эффективности прямого варианта передачи грузопотоков с автомобильного на железнодорожный транспорт на ТЛК 43
3.1 Мероприятия, направленные на эффективную организацию производственной деятельности ТЛК 43
3.1.1 Организация производственной деятельности ТЛК 43
3.1.2 Пропускная способность фронтов погрузки-выгрузки грузов на ТЛК и их специализация 46
3.2 Затраты на производственную деятельность ТЛК и себестоимость доставки груза 49
3.2.1 Себестоимость доставки груза при мультимодальной перевозке 49
3.2.2 Себестоимость погрузочно-разгрузочных работ 49
3.2.3 Экономическая эффективность функционирования ТЛК при организации прямого варианта перегрузки грузов 50
3.2.4 Расчет эффективности применения прямого варианта перегрузки грузов 51
3.3 Использование информационных баз технической документации для организации эффективной передачи грузопотоков с автомобильного на железнодорожный транспорт по прямому варианту 55
3.3.1 Существующее положение по организации согласования и управления технической документацией на размещение и крепление грузов в контейнерах 55
3.3.2 Виды технической документации на погрузку и крепления грузов и существующая процедура её согласования 57
3.3.3 Концепция и принципы создания информационной базы НТУ 58
3.3.4 Оценка качества документации на погрузку грузов в контейнерах 62
3.4 Выводы по главе 67
Глава 4. Анализ сохранности перевозимых грузов в крупнотоннажных контейнерах 68
4.1 Существующее положение с перевозками грузов в крупнотоннажных контейнерах на сети железных дорог РФ 68
4.2 Грузы, предъявляемые для контейнерных перевозок, и их параметры 71
4.3 Анализ технического состояния и конструктивных особенностей крупнотоннажных контейнеров и подвижного состава для их перевозки 73
4.4 Коммерческие неисправности при контейнерных перевозках грузов 79
4.5 Существующие способы размещения и крепления грузов в крупнотоннажных контейнерах на железных дорогах РФ 87
4.6 Обзор исследований в области размещения и крепления грузов в крупнотоннажных контейнерах в РФ 95
4.7 Выводы по главе 100
Глава 5. Исследование процесса нагружения элементов крупнотоннажных контейнеров и крепления грузов на компьютерной модели 103
5.1 Выбор программного комплекса для разработки компьютерной модели 103
5.2 Методические основы моделирования в среде Solid Works 105
5.3 Разработка компьютерной модели крупнотоннажного контейнера, груза и крепления 110
5.4 Выбор граничных условий и параметров модели, груза, элементов крепления груза для исследований 112
5.4.1 Исследования, положенные в основу выбора исходных данных и методику проведения моделирования 112
5.4.2 Определение исходных данных для моделирования с учетом ранее проведенных испытаний и исследований 113
5.4.3 Способы представления груза, элементов крепления груза и нагрузок при моделировании 115
5.4.4 Исходные данные, цели и условия моделирования 116
5.5 Оценка адекватности разработанной компьютерной модели 119
5.5.1 Проверка адекватности разработанной компьютерной модели крупнотоннажного контейнера на базе требований стандартов и правил, предъявляемых к ним 119
5.5.2 Оценка адекватности на базе данных по несохранным перевозкам 122
5.6 Результаты исследований режимов нагружения элементов крепления груза и крупнотоннажных контейнеров 127
5.7 Сравнение результатов компьютерного моделирования с данными натурных испытаний 129
5.7.1 Натурные испытания способов размещения и крепления грузов в контейнерах типа 1 СХ 129
5.7.2 Натурные испытания способов размещения и крепления грузов в контейнерах типа 40' НС 134
5.7.3 Сравнение результатов, полученных на компьютерной модели и при натурных испытаниях 137
5.8 Предложения и рекомендации по размещению и креплению грузов в крупнотоннажных контейнерах в целях обеспечения качества и сохранности перевозок 143
5.9 Выводы по главе 146
Общие выводы и рекомендации 148
Литература 150
Приложения 165
- Существующие логистические цепи и их анализ
- Концепция и принципы создания информационной базы НТУ
- Коммерческие неисправности при контейнерных перевозках грузов
- Методические основы моделирования в среде Solid Works
Введение к работе
Актуальность темы исследования
При общем росте объемов перевозок грузов в крупнотоннажных контейнерах в Российской Федерации растет конкуренция за право доставки их между железнодорожным и автомобильным транспортом.
Для привлечения новых грузопотоков необходимо повышать качество предоставляемых железнодорожным транспортом услуг, в том числе обеспечивать максимальную сохранность и своевременную доставку экспортно-ориентированных грузов.
Железнодорожные контейнерные перевозки в настоящее время играют значительную роль в доставке грузов в порты погрузки, являясь частью мультимодальной перевозки в логистическом процессе доставки грузов. Интерес к такому виду доставки грузов объясняется его экономической эффективностью, скоростью и такими преимуществами перед автотранспортом, как возможность доставки больших партий грузов одновременно, снятие нагрузки с городской сети автодорог, повышение перерабатывающей способности фронтов погрузки и выгрузки в портах, возможность планирования подхода груза по расписанию.
Одним из проблемных мест в процессе мультимодальной перевозки является этап передачи грузов с автомобильного транспорта на железнодорожный и следование его по железной дороге в порты. При этом важнейшую роль играет выбор варианта перегрузки грузов, так как технология передачи грузопотока определяет эффективность мультимодальной перевозки в целом.
Одной из серьезных причин, приводящих к сбоям в доставке грузов железнодорожным транспортом, являются коммерческие неисправности в виде повреждения грузов, перевозимых в контейнерах, и самих контейнеров вследствие нарушения крепления и сдвига грузов в процессе перевозки. Это приводит к снижению качества перевозки в целом, увеличению непроизводительных простоев на станциях для устранения коммерческих неисправностей, нарушению сроков доставки грузов.
Изложенное свидетельствует об актуальности разработки рекомендаций по выбору наиболее рационального варианта перегрузки грузов с автомобильного на железнодорожный транспорт, обеспечения
информационного сопровождения с целью уменьшения числа коммерческих неисправностей и соблюдения сроков доставки грузов.
Целью диссертационной работы является совершенствование переработки грузопотоков на терминально-логистических комплексах (ТЛК) при мультимодальнои доставке грузов в крупнотоннажных контейнерах, включая разработку рекомендаций по выбору вариантов перегрузки грузов, повышению сохранности грузов и контейнеров и документационному сопровождению перевозки.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
- проанализировать возможные варианты логистических цепей доставки
грузов в крупнотоннажных контейнерах и способы передачи их с
автомобильного на железнодорожный транспорт;
разработать метод обоснования выбора вариантов передачи грузопотоков с автомобильного транспорта на железнодорожный при мультимодальных перевозках;
определить принципы оценки и отбора технической документации для осуществления безбумажной технологии работы при планировании этапа мультимодальнои перевозки на стадии передачи грузопотока с автомобильного на железнодорожный транспорт;
разработать рекомендации по повышению сохранности грузов, за счет их рационального размещения и крепления в крупнотоннажных контейнерах. Методы исследования
Теоретические исследования выполнены с использованием методов теории вероятностей, математической статистики, имитационного моделирования в среде SolidWorks, а также метода сравнительного анализа на основе технико-экономических расчетов. Научную новизну выполненных исследований представляют:
обобщенные мероприятия, рекомендуемые для организации прямого варианта перегрузки в рамках взаимодействия автомобильного и железнодорожного транспорта при мультимодальнои перевозке;
метод подготовки технической документации, позволяющий создать информационное сопровождение технологии перегрузки грузов с автомобильного транспорта на железнодорожный, на основе безбумажной
технологии в условиях недостатка предварительной информации о перегружаемом грузе;
- обоснование повышения сохранности перевозимого груза и контейнера,
уменьшения крепления груза в контейнере при перевозках маршрутными
поездами;
классификация способов и средств крепления грузов в крупнотоннажных контейнерах с учетом перспективных;
трехмерная модель крупнотоннажного контейнера с размещенным в нем грузом в компьютерной среде Solid Works применительно к режимам железнодорожных перевозок крупнотоннажных контейнеров; Практическую ценность исследования представляют:
рекомендации по повышению эффективности погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ при организации прямого варианта перегрузки грузов с автомобильного на железнодорожный транспорт в логистической цепи мультимодальной перевозки;
принципы и алгоритмы работы с технической документацией, в том числе на размещение и крепление грузов, как способ повышения безопасности железнодорожных перевозок;
компьютерная модель для оценки и проверки надежности крепления грузов в крупнотоннажных контейнерах;
рекомендации по размещению и креплению грузов в крупнотоннажных контейнерах при перевозках их по железным дорогам РФ, в том числе маршрутными поездами.
Реализация результатов исследования
Разработанные практические рекомендации используются в компании ООО «Модуль» для реализации прямого варианта передачи грузопотоков на собственных ТЛК, а также для разработки эскизов и схем размещения и крепления грузов в крупнотоннажных контейнерах.
Предложенная компьютерная модель используется в научных исследованиях и учебном процессе кафедр «Логистика и коммерческая работа» и «Автоматизированное проектирование» ПГУПС.
Разработанные с участием автора диссертации рекомендации приняты ОАО «РЖД» для использования при совершенствовании технической документации и нормативно-правовой базы в вопросах, связанных с
размещением и креплением грузов в крупнотоннажных контейнерах. Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:
- семи международных научно-технических конференциях по вопросам
развития транспорта, информационного обеспечения и моделирования
процессов, проводившихся в 2011 - 2012 годах;
- заседаниях кафедры «Логистика и коммерческая работа» в 2008 - 2012 годах.
Публикации
Основное содержание диссертационной работы изложено в 11 публикациях общим объёмом 4,9 п. л., в том числе в 4 работах, опубликованных в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ. Структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 160 наименований, содержит 149 страниц основного текста, 49 рисунков, 10 таблиц и 8 приложений на 15 страницах.
Существующие логистические цепи и их анализ
В настоящее время без рационального планирования, организации и реализации потоков товаров, информации невозможны эффективное функционирование и развитие предприятий, успешная конкуренция, освоение и удержание рынков, получение прибыли. В связи с этим рациональная организация потоков грузов является неотъемлемой частью качественной, своевременной и сохранной их доставки.
В процессе доставки грузов взаимодействие между разными видами транспорта обычно осуществляется в транспортных узлах, где расположены терминально-логистические комплексы, грузовые терминалы и склады.
Вопросами экспедирования грузовых перевозок, внешнеторговых операций и мультимодальных перевозок, логистики, а также контейнерных перевозок и их организацией с учетом взаимодействия их с транспортно-грузовыми системами, складами и грузовыми терминалами занимались ученые и специалисты: Паршина Р.Н., Маликов О.Б., Капитонов А.Е., Резер СМ., Гозбенко В.Е., Гаджинский A.M., Апатцев В.И., Неруш Ю.М., Лимонов Э.Л., Галабурда В.Г. и другие в своих трудах [114, 115, 94, 78, 128, 37, 34, 11, 103,92,35].
Объем перевалки грузов в контейнерах в морских портах России за январь-май 2011 года составил 1,87 млн TEU, увеличившись по сравнению с аналогичным периодом прошлого года на 41,9%. Перевозки контейнеров компанией РЖД в январе-августе 2011 года выросли на 30,3% и достигли 2,246 млн. TEU [73]. Здесь и далее TEU (Twenty foot Equivalent Unit) или ДФЭ (Двадцатифутовый эквивалент) - единица измерения, равная объему, занимаемому стандартным 20-футовым контейнером.
По данным сайта ОАО РЖД можно проследить динамику изменения количества погруженных грузов в контейнеры. Например, в 2009 году было погружено 15,2 млн. тонн грузов, что на 8,6 % меньше в сравнении с 2008 годом; в 2010 году наблюдался рост на 18,2 % по сравнению с 2009 годом, а за первое полугодие 2011 года было погружено 9,8 млн. тонн, что на 15,6 % больше чем за аналогичный период 2010 года [107].
Уровень контейнеризации общего объема грузов, предъявляемых для перевозок по сети железных дорог РФ на сегодняшний день составляет 1,6 %. Структура контейнерных перевозок в РФ выглядит следующим образом -59 % внутренние перевозки, 34 % экспорт/импорт, 7% транзит. Доля контейнеризации предъявляемых к перевозкам отдельных групп грузов варьируется в широких пределах от 1,7 до 40,5% [82]:
- продукция ЦБК - 40,5 %;
- непищевые продукты - 35,4 %;
- цветные металлы - 24,4 %;
- автомобильные части и компоненты - 23,6 %;
- машиностроительная продукция -21,8%;
- химические грузы - 9,1 %;
- пищевые продукты - 7,6 %;
- конструкционные материалы - 2,4 %;
- черные металлы -1,7 %.
К 2020 году согласно Концепции комплексного развития контейнерного бизнеса в ОАО РЖД уровень контейнеризации грузооборота планируется увеличить в 2 - 3 раза.
В диссертации рассматриваются цепи доставки экспортных тарно-штучных грузов, в том числе в пакетированном виде. Эти грузы занимают большую долю в общем объёме контейнерных перевозок. Перевозки осуществляются несколькими видами транспорта (автомобильным, железнодорожным, морским), причем широко используются крупнотоннажные контейнеры.
Существующие логистические цепи доставки экспортных тарно-штучных грузов в общем виде и с разделением по вариантам показаны на рис. 1.1 и 1.2.
Логистическая цепь «а» предусматривает, что груз следует в контейнере от изготовителя до грузополучателя, при этом отсутствует необходимость выполнять операции по перегрузке груза. В результате достигается лучшая сохранность перевозимых грузов, повышается скорость и снижается стоимость доставки. Такой вариант доставки груза может быть осуществим при наличии необходимого грузоподъемного оборудования для работы с контейнерами и подъездных железнодорожных путей у грузоотправителя.
Логистическая цепь «б» предусматривает, что у грузоотправителя есть возможность производить погрузку железнодорожного подвижного состава, но нет возможности осуществлять погрузку контейнеров. Такой вариант доставки является приемлемым вследствие возможности согласовать подход транспорта на ТЛК.
Логистическая цепь «г» используется при доставке грузов без участия ТЛК на промежуточном этапе, а перегрузка грузов производится непосредственно в порту отправления.
Логистическая цепь «в» является наиболее сложной с точки зрения обеспечения эффективного взаимодействия различных видов транспорта и сохранности перевозимых крупнотоннажных контейнеров и грузов в них на этапе железнодорожной перевозки. Однако, такая схема доставки наиболее распространена при современном этапе развития терминально-логистических комплексов и тенденциях, направленных для создания крупных логистических центров вблизи морских портов стран экспортеров грузов. Отличие логистической цепи заключается в том, что груз завозится со склада готовой продукции предприятия-изготовителя на ТЛК автомобильным транспортом, где производится его перегрузка в контейнеры. Затем с ТЛК груз в контейнерах доставляется в порт погрузки железнодорожным транспортом, далее следует в порт выгрузки морским транспортом и на последнем этапе производится доставка грузополучателю в контейнерах автомобильным транспортом.
Местом для проведения исследований являются погрузочно-выгрузочные фронты ТЛК, где осуществляется этап перегрузки грузов в крупнотоннажные контейнеры (логистические цепи «б» и «в»). Место исследований обусловлено необходимостью качественно размещать и закреплять груз в контейнере, обеспечить высокую скорость и низкую себестоимость этих работ, которые влияют на всю цепь доставки груза.
Проблема взаимодействия автомобильного и железнодорожного транспорта стоит особенно остро при мультимодальных перевозках. Различия в организации и функционировании автомобильного и железнодорожного транспорта, накладывают ограничения при передаче грузопотоков в связи с невозможностью согласовать их одновременный подход на ТЛК.
Отсюда вытекает необходимость выбора способа перегрузки грузов (прямой, с выгрузкой на склад). Выбор обусловлен параметрами грузовых партий, возможностью предварительной подготовки сопроводительной документации и технической оснащенностью. В любом случае прямая перегрузка грузов требует согласованного подхода транспорта, технологической подготовки, уяснение способов размещения и крепления грузов в транспортных средствах и готовность сопроводительной документации.
Таким образом, на каждом из складов в логистической цепи предусматривается возможность как прямой перегрузки грузов с одного вида транспорта на другой, так и разгрузка грузов в зону хранения, а затем погрузка грузов на транспорт отправления из зоны хранения, и задача определения технологического обеспечения прямого варианта перегрузки при этом является также актуальной.
Концепция и принципы создания информационной базы НТУ
Рекомендуемую к внедрению информационную базу НТУ предлагается создать, взяв за основу концепцию электронной технологии процессов подготовки, использования и контроля качества технических условий размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах (АИС ТУ), разработанную в ПГУПС, функционирование которой предполагается на базе существующей Единой автоматизированной системы актово-претензионной работы (ЕАСАПР) [17, 83]. Внедрение АИС ТУ и создание такой базы позволит получить ОАО РЖД дополнительные доходы за счет предоставления грузоотправителям на договорной основе документации из баз данных НТУ, а также повысить безопасность перевозок и сохранность грузов, за счет появления возможности анализировать качество разработанных чертежей и производить их совершенствование по результатам этого анализа.
В рамках концепции АИС ТУ с участием сотрудников ПГУПС был разработан пакет компьютерных программ:
«Эксперт» - для автоматизации экспертизы технических условий погрузки и крепления грузов в вагонах;
«Крепление» - для автоматизированного расчета размещения и крепления грузов в вагонах;
«Картотека» - для создания электронной базы ТУ.
Таким образом, грузоотправитель, обращаясь в ОАО РЖД, может осуществить поиск документации на требуемый ему груз. При ее наличии она предоставляется для использования на коммерческой основе. При отсутствии требуемой документации может быть предложено использовать аналогичную документацию с последующей ее корректировкой. Такое обслуживание грузоотправителя позволяет повысить качество НТУ, так как в основе новой документации на погрузку и крепление груза в вагоне лежит документация, ранее прошедшая практическую проверку при перевозке груза, и, следовательно, обеспечивающая безопасность перевозки и сохранность груза.
Но на стадии внедрения такой базы данных необходимо решить юридические вопросы о праве собственности на документацию, включаемую в базу данных НТУ и предоставляемую грузоотправителям.
Одной из программ, включённых в АИС ТУ, является «Картотека», которая предназначена для создания и работы с электронными базами НТУ. Сведения в ней представляются в виде учетной карточки, в которой описываются параметры груза, схемы размещения и параметры крепления и др.
В настоящее время в рамках ЕАСАПР начинает создаваться база НТУ, целью которой является регистрация и хранение технической документации на размещение и крепление грузов. Это достигается путем сканирования и внесения в электронную базу данных согласованных чертежей и пояснительных записок. Но анализ, отбор по определенным параметрам и подобные функции в существующей базе отсутствуют, однако в предлагаемой АИС ТУ их предусматривается реализовать в обязательной порядке.
Подобная система хранения данных не может быть основана на классической архитектуре «клиент-сервер» из-за того, что она не смогла бы вместить весь объём данных, тем более, что некоторые виды документации территориально расположены в дирекциях железных дорог. Поэтому предлагаемая система будет построена на основе децентрализованной сети, однако тут возникают проблемы поиска информации в ней, для этого будет необходимым создание единого координационного центра. Таким образом, в состав базы данных будут входить: главный и региональные серверы, автоматизированные места (АРМ) администратора, обслуживающего персонала баз данных, лиц, причастных к коммерческой работе в сфере грузовых перевозок, ревизоров, крупных грузоотправителей, станций и т.п.
Добиваясь информационной безопасности предлагаемой системы, необходимо принять меры по защите информации от неавторизованного доступа, изменения, раскрытия и т.п. Важным элементом при этом является управление доступом. При управлении доступом используются два основных понятия: объект и субъект системы. Объектом системы является любой её идентифицируемый ресурс, например, определенный комплект документации. Субъектом системы будет являться любой пользователь, способный выполнять действия над объектами и имеющий к ним доступ. Существует несколько схем управления доступом, называемых моделями доступа, но в данной системе предполагается использовать списки доступа. При этом все субъекты и объекты системы объединяются в таблицу, элементы которой содержат перечисление прав, которыми субъект обладает в отношении объекта. В зависимости от назначенных прав будет возможно: чтение, запись и использование информации, включенной в базу данных, при этом требуется аутентификация и статическая или динамическая авторизация во время пользования. Не стоит забывать, что в работе данной системы будут использоваться средства шифрования, кодирования, а для проверки достоверности информации - электронная цифровая подпись.
Привилегии пользователей системы назначаются администратором базы данных и определяют, какие действия над данными они могут выполнять. Необходимо упомянуть, что каждый пользователь должен иметь учётную запись, в которой содержатся сведения, необходимые для идентификации пользователя при подключении к системе, а также информация для авторизации и учёта. Это, как правило, имя пользователя и пароль. Учётная запись пользователя также может учитывать различные статистические характеристики поведения пользователя в системе, например, время использования, учёт просмотренной информации и т.п.
АИС ТУ, являясь пакетом прикладных программ, делает себя открытой для расширения, модификации и развития. Увеличения количества решаемых АИС ТУ задач можно достигнуть в за счет подключения к ней дополнительных созданных модулей; при этом не требуются изменения существующих и не нарушается их работоспособность.
Стоит отметить, что внедрение информационной базы технической документации будет эффективным не только для ОАО РЖД, но и для частных компаний, деятельность которых связана с переработкой и перевозкой грузов. Такие компании, имеющие подразделения в различных регионах страны сталкиваются с отсутствием одинакового подхода к работе с технической документацией, что исключит информационная база.
Коммерческие неисправности при контейнерных перевозках грузов
Частота выявленных и зафиксированных коммерческих неисправностей при перевозках грузов в контейнерах на сегодняшний день невелика, это связано с отсутствием должного контроля в пути следования, трудностью обнаружения коммерческих неисправностей, незаинтересованность перевозчика производить дополнительные работы по их фиксированию и устранению (составление коммерческих актов, маневровая работа). Существенным является то, что большинство коммерческих неисправностей можно обнаружить только при выгрузке, это также определяет существующее положение с тем, что общей статистики неисправностей нет. Однако по данным, представленным частными компаниями, занимающимися перевозками грузов, удельный вес контейнеров с коммерческими неисправностями от общего числа перевезенных составляет от 3 до 5%. Наиболее часто коммерческие неисправности встречаются при перевозке бочек с различными жидкостями и стальных труб.
Самыми часто встречающимися неисправностями, вызывающими необходимость отцепки вагона с контейнером, является расстройство крепления (или его отсутствие), и вследствие этого появление видимых повреждений конструкции контейнеров (выгибы стенок и дверей контейнера).
Установлено, что наиболее часто встречающиеся повреждения контейнеров и грузов по причине неправильного размещения грузов и его крепления (или отсутствия) приведены на рис. 4.5.
Примеры повреждения контейнеров из-за несоблюдения нормативных документов и требований при размещении и креплении грузов в контейнерах представлены в табл. 4.1.
Проведенный анализ коммерческих неисправностей позволил систематизировать их по видам и вскрыть их причины. Классификация коммерческих неисправностей представлены в табл. 4.2.
Таким образом, причинами появления коммерческих неисправностей являются:
- отсутствие крепления груза;
- недостаточное по прочности крепление;
- нарушение требований ТУ, связанных с конструкцией крепления, его монтажом и применяемым материалом;
Анализ технологии перевозочного процесса и коммерческих неисправностей позволяет выделить факторы, определяющие сохранность перевозимых грузов и безопасность перевозки. К ним относится такие факторы как применяемые схемы размещения и крепления грузов в контейнере при их погрузке в контейнеры на ТЛК, применяемые средства механизации при погрузке, а также вид груза, тип и конструкция контейнера.
При железнодорожной перевозке определяющими факторами являются условия маневровых соударений (скорость, качество производства маневровых работ) и условия перевозок, т.е. вид отправки груза (повагонная, групповая, маршрутная). Также влияние оказывает тип и конструкция подвижного состава, на котором производится перевозка контейнеров, что определяет величину динамических нагрузок при перевозке.
Чтобы обеспечить сохранность перевозимых грузов и безопасность перевозки при железнодорожной перевозке в контейнерах необходимо учесть следующие факторы, представленные на схеме (рис. 4.6).
При рассмотрении схемы можно сделать заключение о том, что на безопасность перевозки и сохранность груза влияет как сам процесс погрузки грузов на ТЛК, так и условия его перевозки в контейнере. Стоит отметить, что обнаружить следствия некачественной погрузки и нарушений технологии перевозки в виде коммерческих неисправностей возможно только в пути следования на ПКО и при выгрузке груза у получателя.
Таким образом, управлять сохранностью перевозимых грузов и безопасностью перевозки можно только на этапе погрузки грузов в контейнер на ТЛК. Однако выбор отправки грузов в группе или маршрутными поездами, также существенно оказывает влияние на сохранность грузов и безопасность перевозки, так как уменьшается объем и характер маневровой работы с вагонами, снижая тем самым величину динамических нагрузок при перевозке.
Таким образом, на этапе погрузки грузов в контейнер требуется выполнение требований нормативных документов по правилам размещения и крепления грузов, в том числе с разработкой способов, учитывающих характеристику грузов, тип контейнера и вида отправки.
Методические основы моделирования в среде Solid Works
Физические процессы, такие как взаимодействие груза, его крепления и элементов контейнера, характеризующие их напряженно-деформированное состояние моделируются программными комплексами на основе решения системы дифференциальных уравнений. Для решения этих уравнений используется приближенные численные методы, а именно МКЭ. Эта задача в составе SolidWorks решается модулем Simulation [5, 6], что дает возможность провести моделирование процессов и оценить уровни нагружения элементов конструкции контейнера и крепления груза, решить задачи, связанные с различными расчетными методиками и прогнозированием.
Суть метода конечных элементов для решения дискретных задач состоит из представления системы в виде совокупности отдельных элементов, использования точного решения для типового элемента и соединения элементов в систему. Матрица жесткости всей системы определяется посредством матриц жесткости отдельных элементов и является матрицей системы алгебраических уравнений относительно неизвестных узловых перемещений. Наличие точного решения для типового элемента, зависящего от конечного числа параметров - узловых перемещений, делает задачу дискретной. Таким образом, заменяя задачу отыскания функции на задачу отыскания конечного числа ее приближенных значений в отдельных точках-узлах, можно приближенно решить задачу в целом.
Таким образом, в основе метода лежит дискретизация объекта с целью решения уравнений механики сплошной среды в предположении, что эти соотношения выполняются в пределах каждой из элементарных областей -конечном элементе. В пределах конечного элемента назначаются свойства ограничиваемого им участка объекта (жесткость, прочность материала, плотность и т. д.) и описываются поля исследуемых величин (перемещение, деформация, напряжение и т. д.). Задача математического описания конечного элемента сводится к тому, чтобы связать действующие в узлах факторы.
Конечными элементами, присутствующими в Simulation, могут быть объемными тетраэдральными элементами с линейным полем перемещений в пределах ограничиваемой им области (и, соответственно, постоянной деформацией) или объемными тетраэдральными элементами с параболическим полем перемещений (линейным распределением деформаций).
Системы дифференциальных и/или интегральных уравнений в математической модели приводятся к дискретному виду и решаются на некоторой расчетной сетке. Результаты решения уравнений зависят как от выбранного способа решения, так и от способа дискретизации уравнений. Очевидно, что решение будет тем точнее, чем лучше расчетная сетка разрешает области нелинейного поведения решения уравнений. Дискретизация тела включает задание числа, размеров и формы подобластей, которые используются для построения дискретной модели реального тела. При этом с одной стороны, элементы должны быть выбраны достаточно малыми, чтобы получить приемлемые результаты, а с другой стороны применение достаточно крупных элементов сокращает вычислительную работу. Следует отметить, что несовершенное разбиение будет приводить к ошибочным результатам, если даже остальные этапы метода осуществляются с достаточной точностью. Для этого нужно иметь некоторые общие соображения об окончательных результатах с тем, чтобы можно было уменьшить размеры элементов в тех областях, где ожидаемый результат может сильно меняться. Что скажется на скорости моделирования.
В Simulation сетка является единой для всех анализов. Точность результатов сопоставима и значит, можно с определенной уверенностью производить сравнение различных расчетных случаев. Параметры сетки подбираются автоматическим программным комплексом. Сетка трехмерной модели представлена на рис. 5.2.
Таким образом, построение дискретной модели непрерывной величины заключается в том, что фиксируется конечное число узловых точек, значение непрерывной величины в каждой узловой точке считается переменной, которая должна быть определена. Область определения непрерывной величины разбивается на конечное число подобластей элементов. Эти элементы имеют общие узловые точки и в совокупности аппроксимируют форму области. Непрерывная величина аппроксимируется на каждом элементе полиномом, который определяется с помощью узловых значений этой величины. Для каждого элемента определяется свой полином, но полиномы подбираются таким образом, чтобы сохранялась непрерывность величины вдоль границ элемента.
В SolidWorks используется принцип трехмерного проектирования, что позволяет создавать объемные детали и компоновать сборки в виде трехмерных компьютерных моделей. Создание модели в среде SolidWorks состоит из нескольких этапов: выбор конструктивной плоскости для создания эскиза, преобразование эскиза в твердотельный элемент, формирование детали из различных элементов, компоновка созданных деталей в сборку. Эскизы являются основой для создания трехмерных твердотельных моделей деталей и состоят из некоторого числа простейших геометрических объектов: отрезков, дуг и т. п., соединенных между собой. Впоследствии этот эскиз преобразуют в твердое тело (деталь) посредством формообразующих операций (добавления или снятия материала). SolidWorks позволяет создавать сборки из множества различных компонентов (отдельных деталей) и задать каждой из них материал. Использовалась сборка «снизу вверх» представляющая собой сборку конструкции из готовых деталей. В процессе сборки детали помещались в трехмерное сборочное пространство, задавалось их взаимное расположение и условия их сопряжения друг с другом (сварка, шурупы).
Этапы решения задач в программном комплексе в общей форме, проводящиеся в автоматическом режиме представлены ниже:
1. Производится дискретизация объема, занимаемого деталью или сборкой на элементы (строится сетка конечных элементов);
2. Определяются зависимости для преобразования перемещений в узлах к глобальной системе координат;
3. Вычисляются матрицы жесткости конечных элементов;
4. Полученные матрицы жесткости с использованием зависимостей переносятся из локальных систем координат элемента в глобальные;
5. Матрицы жесткости, представленные в глобальных координатах, объединяются в глобальную матрицу жесткости;
6. Назначенные граничные условия приводятся к нагрузкам и перемещениям в узлах, выраженным в глобальной системе координат;
7. Решение линейной системы уравнений итерационным методом;
8. Для каждого конечного элемента, имея перемещения в узлах и аппроксимирующие функции, рассчитываются деформации, на основе которых вычисляются напряжения в элементах;
9. На основе напряженно-деформированного состояния и параметров прочности материала производится вычисление эквивалентных напряжений по определенному критерию прочности.
Особенностью рассматриваемого в диссертационном исследовании процесса является нелинейность, т. е. существует нелинейная зависимость между действующими факторами (нагрузка, время) и реакцией на них системы (элементов крепления груза, контейнера). Кроме того, граничные условия (например, приложенные нагрузки) изменяются во времени. Для учета этого явления в программном комплексе используется понятие «кривая времени». В нелинейном динамическом анализе и нелинейном статическом анализе «время» представляет собой реальное время, связанное с приложением нагрузки её изменением и продолжительностью.
Нелинейный анализ требует задания метода управления решением, в данном случае использовался метод «управления силой». Этот метод позволяет управлять каждой нагрузкой и ограничивать ее по отдельности кривой времени.
