Содержание к диссертации
Введение
1 Характеристика существующей системы организации переработки контеинеропотоков на транспортной сети России 10
1.1 Анализ российского рынка контейнерных перевозок на современном этапе развития 10
1.2 Характеристика технических возможностей и состояния инфраструктуры контейнерных перевозок 27
1.3 Анализ научных исследований и разработок, посвященных вопросам развития контейнерных перевозок 42
2 Построение функциональной модели поточной организации обработки контейнеров в условиях терминальной технологии 52
2.1 Общие положения 52
2.2 Характеристика модели оптимизации технологической структуры и технической оснащенности контейнерного терминала 57
2.3 Анализ и перспективы развития поточной организации переработки контейнеров железнодорожным транспортом в условиях терминальной технологии 68
3 Моделирование работы сквозного терминала с поточной обработкой контейнеров 80
3.1 Характеристика основных технико-технологических параметров сортировочного устройства 80
3.2 Определение оптимальных технико-технологических параметров грузового фронта 100
3.3 Разработка математической модели обработки составов с контейнерами на терминале сквозного типа
Оценка эффективности метода поточной обработки контейнеров железнодорожным транспортом 117
4.1 Анализ времени простоя контейнеров на контейнерных терминалах
4.2 Принципы построения методики оценки эффективности создания сквозного терминала для поточной обработки контейнеров 127
4.3 Определение факторов эффективности создания сквозного терминала для поточной обработки контейнеров 134
Заключение 155
Библиографический список 159
- Характеристика технических возможностей и состояния инфраструктуры контейнерных перевозок
- Анализ научных исследований и разработок, посвященных вопросам развития контейнерных перевозок
- Анализ и перспективы развития поточной организации переработки контейнеров железнодорожным транспортом в условиях терминальной технологии
- Принципы построения методики оценки эффективности создания сквозного терминала для поточной обработки контейнеров
Введение к работе
Актуальность проблемы. В соответствии с основными целями «Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года» развитие контейнерных перевозок в России является одной из важнейших доминант создания интегрированной и конкурентной транспортной системы страны. Главным преимуществом контейнеров остаётся их универсальность, и то, что грузовые перевозки контейнерами позволяют значительно сокращать общие транспортные издержки, которые входят в себестоимость продукции.
Мировой уровень контейнеризации вырос с 40 % в 2000 году до 65 % в 2010 году. При этом необходимо отметить, что в настоящий момент на российский контейнерный рынок приходится только около 2 % суммарного оборота мирового контейнерного рынка. Низкий уровень российской контейнеризации обусловлен тем фактом, что при организации данных перевозок возникают различные проблемы.
Одним из наиболее эффективных мероприятий по повышению эффективности железнодорожных контейнерных перевозок внутри страны и в международном сообщении является сокращение времени доставки контейнеров. Препятствиями к этому являются несоответствующий требованиям уровень развития технического оснащения и технологии работы контейнерных терминалов, низкие темпы внедрения перевозок контейнерными поездами, недостатки таможенного пропуска, низкий уровень взаимодействия с операторами подвижного состава и т.п.
Однако значительные возможности по сокращению времени доставки контейнеров открываются при снижении времени их обработки на терминалах (в целом грузы находятся на контейнерных терминалах России до 70% всего времени перемещения).
Таким образом, актуальной проблематикой исследований является повышение эффективности контейнерных перевозок за счёт разработки и внедрения инновационных технических и технологических решений в работе контейнерных терминалов.
Целью диссертационной работы является совершенствование технологических решений в организации работы контейнерных терминалов, обеспечивающее повышение эффективности доставки грузов в контейнерах с участием железнодорожного транспорта и достижение конкурентных преимуществ на рынке транспортных услуг. В соответствии с этой целью в исследовании поставлены и решены следующие задачи:
выявлены проблемы структурной несбалансированности развития отечественного рынка перевозок грузов в контейнерах, а также даны характеристики технических, технологических возможностей и состояния инфраструктуры контейнерных перевозок;
разработана функциональная модель поточной организации обработки контейнеров в условиях сквозной терминальной технологии;
разработаны математические модели параметризации контейнерного терминала сквозного типа на основе обоснования выбора критериев оптимальности и технико-технологических параметров;
построена математическая модель для реализации поточной обработки составов с контейнерами в рамках сквозной терминальной технологии;
дана оценка эффективности метода поточной обработки контейнеров железнодорожным транспортом на основе применения принципов транспортной логистики.
В качестве объекта исследования рассматривается организация и технология работы контейнерных терминалов. Предметом исследования являются оптимизационные модели и методы организации работы контейнерных терминалов.
Методика исследования. Методологической и теоретической основой диссертационного исследования являются логистические принципы моделирования транспортных систем, методы экономико-математического моделирования и оптимизации, математические модели теории массового обслуживания и методология современной экономической теории в части структуры и динамики издержек.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
- предложен новый подход к организации работы контейнерных
терминалов, основанный на технологии поточной обработки контейнеров
железнодорожным транспортом, обеспечивающей способность контейнерного
терминала принимать полносоставные контейнерные поезда и обеспечивать
быструю и эффективную обработку поездов без их предварительного
переформирования, включая перегрузку контейнеров с одного поезда на другой;
разработана функциональная модель новой транспортно-технологической схемы работы с контейнерами, позволяющая обеспечить ряд технических требований - минимально необходимое число операций с контейнерами; единство и непрерывность транспортно-технологического процесса; минимальные пробеги вагонов с контейнерами; модульное построение; высокую степень автоматизации;
разработан комплекс математических моделей для реализации поточной обработки составов с контейнерами и оптимизации параметров терминальной инфраструктуры;
разработана методика расчёта эффективности метода организации поточной обработки контейнеров железнодорожным транспортом на основе применения принципов транспортной логистики.
Практическая значимость результатов исследований определяется возможностью использования основных положений и выводов при разработке стратегии развития транспортного комплекса как на региональном, так и на федеральном уровнях, в конкретных инженерно-технических решениях на стадии проектирования, эксплуатации и модернизации контейнерных терминалов, в первую очередь, для развития и повышения конкурентоспособности контейнерных перевозок на железнодорожном транспорте.
На защиту выносятся:
1. Метод организации поточной обработки контейнеров железнодорожным транспортом, обеспечивающий способность контейнерного терминала принимать полносоставные контейнерные поезда, а также быстро и эффективно обрабатывать
их без предварительного переформирования, включая перегрузку контейнеров с одного поезда на другой.
Комплекс математических моделей для реализации поточной обработки составов с контейнерами и оптимизации параметров терминальной инфраструктуры.
Методика расчёта эффективности метода организации поточной обработки контейнеров железнодорожным транспортом на основе применения принципов транспортной логистики.
Реализация результатов работы. Основные положения диссертационной работы использованы Дирекцией по управлению терминально-складским комплексом Куйбышевской железной дороги - филиала ОАО «РЖД» при расчете оптимальных параметров технического оснащения и технологии контейнерных терминалов по переработке крупнотоннажных контейнеров. Результаты исследований используются в учебном процессе СамГУПС.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на Международной научно-технической конференции «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» 16-17 ноября 2006 г., г. Екатеринбург; 3-ей Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» 6-7 декабря 2006 г., г. Самара; Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2007» в 2007 г., г. Ростов-на-Дону; 4-й Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» 4-5 марта 2008 г., г. Самара; 5-ой Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» 25-27 февраля 2009 г., г. Самара; Межвузовской научно-практической конференции «Менеджмент качества и устойчивое развитие экономических систем» в 2007 г., г. Санкт-Петербург; на первом заседании Комиссии при Президенте Российской Федерации по вопросам модернизации и технологического развития экономики России, протокол № СА-4/6035 от 10.06.2009 г., г. Москва; на заседании секции «Государственной политики в области железнодорожного транспорта» научно-технического совета Минтранса РФ, протокол № 2 от 12.03.2010 г., г. Москва.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 4 статьи опубликованы в изданиях, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК. По результатам исследований оформлены и получены 2 патента на изобретения, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 123 наименований и четырёх приложений. Содержание изложено на 169 машинописных страницах и включает 20 рисунков, 30 таблиц.
Характеристика технических возможностей и состояния инфраструктуры контейнерных перевозок
Однако, несмотря на бурный рост объемов перевозок грузов в контейнерах как во внешнеторговом, так и во внутреннем сообщении, российский контейнерный рынок пока еще не достиг того порога количественного роста, за которым следует переход на новую ступень развития. По большинству качественных параметров национальная контейнерная система пока еще далеко отстает от ведущих мировых центров. При этом движущим фактором развития отечественного рынка грузовых перевозок является его интеграция в мировую транспортную систему, в первую очередь, - в сфере интермодальных перевозок. Это видно по опережающим темпам контейнеризации российского импорта по сравнению с общим объемом грузопотока.
Кроме того, глобализация экономики России и сопровождающие её процессы развития внешнеэкономических связей и дали импульс активизации развития российского рынка транспортных услуг и особенно контейнерных перевозок. В силу вышесказанного получается, что объемы перевозок грузов в контейнерах увеличиваются лишь потому, что развивается экономика, повышается уровень жизни населения, растет потребление импортных товаров [53], [54], [55]. Так, в 2010 году мировой контейнерный оборот достиг 150 млн. ДФЭ, а суммарный объем контейнеров, переработанных на терминалах мира, -около 490 млн. ДФЭ (по оценкам Morgan Stanley Research). Уровень контейнеризации (отношение объема грузов, фактически перевозимых в контейнерах, к объему контейнеропригодных грузов) вырос с 40% в 2000 году до 65% в 2010 году [104]. При этом необходимо отметить, что в настоящий момент на российский контейнерный рынок приходится только около 2% суммарного оборота мирового контейнерного рынка [89].
Россия была одним из пионеров внедрения технологии контейнерных перевозок, однако упустила возможность своевременно встроиться в глобализационный процесс на мировом транспортном рынке, который можно охарактеризовать как вторую волну «контейнерной революции» [89]. При этом страны, своевременно включавшиеся в данный процесс и создающие инфраструктуру контейнерных перевозок на базе передовых технологий (это, в первую очередь, Китай), уже обогнали «пионеров» контейнеризации и вышли в лидеры мирового контейнерного бизнеса. Это хорошо видно по страновой принадлежности крупнейших по объему перевалки контейнеров мировых портов: из десяти крупнейших портов мира шесть находятся в Азиатско-Тихоокеанском регионе.
Огромный объем оборота, коммерческая эффективность контейнерных перевозок и быстрые темпы развития данного сектора транспортного рынка стимулируют высокий уровень конкуренции на международном рынке контейнерных перевозок. Конкуренция стимулирует внутриотраслевую концентрацию, и в настоящее время структуру рынка определяют крупнейшие глобальные игроки, превратившиеся в транснациональные корпорации. Следует отметить, что ни одна отечественная компания (кроме ОАО «РЖД») не сопоставима с ними по масштабу бизнеса, имеющимся финансовым и материальным ресурсам, клиентской базе и уровню оптимизации бизнес-процессов. В тоже время высокие темпы роста российского контейнерного рынка, значительно превосходящие общемировые, делают его все более интересным для крупнейших мировых перевозчиков и логистических компаний. Конкурировать с ними отечественному бизнесу будет тем более сложно, что «освоение» российского контейнерного рынка они начинают с импортных перевозок, географически расширяя логистический сервис для своих клиентов.
Основой транспортной системы России является железнодорожный транспорт и, соответственно, именно он может и должен стать движущей силой в развитии национального контейнерного рынка. Вышеприведенный анализ динамики развития железнодорожных контейнерных перевозок в период после 2005 года, позволяет сделать вывод о достаточном быстром и уверенном росте. Однако более детальный анализ, представленный на рисунке 1.2, выявляет существенные проблемы несбалансированности контейнеропотоков по отдельным структурным срезам данного рынка. Подобные проблемы являются весьма значимым негативным фактором, препятствующим дальнейшему эффективному развитию рынка железнодорожных контейнерных перевозок. С одной стороны, несбалансированность контейнеропотоков является симптомом неконкурентоспособности железных дорог на различных сегментах рынка контейнерных перевозок. С другой, - несбалансированность ведет к повышению порожних пробегов контейнеров и подвижного состава, что означает увеличение затрат и снижение экономической эффективности перевозок для транспортных компаний.
Основным фактором и в то же время наиболее значимой проблемой развития российского рынка контейнерных перевозок является его малая емкость по сравнению с общим объемом национального транспортного рынка. В связи с высокой материало- и энергоемкостью российской промышленности и преобладанием в экспорте сырьевых грузов доля контейнеропригодных грузов в общем объеме перевозок в России значительно ниже большинства развитых стран (по некоторым оценкам она составляет не более 26% [89]). Кроме того, крайне низок уровень освоения контейнеропригодного грузопотока (показатель контейнеризации), который в настоящее время составляет не более 5-7% [89], что связано с исторически сложившимся слабым уровнем развития инфраструктуры по переработке контейнеропотоков.
Этим обуславливается «догоняющий» характер развития российской контейнерной системы и высокие, по сравнению с мировым рынком, темпы роста контейнерных перевозок. Среднегодовые темпы роста российского рынка контейнерных перевозок в 2001-2008 годах составили 18-20% против 10-11% мирового рынка в целом [104].
Анализ научных исследований и разработок, посвященных вопросам развития контейнерных перевозок
Анализ, представленный в первой главе диссертации, показывает, что одной из главных причин недостаточного уровня контейнеризации транспортной системы России в целом и, в частности, неконкурентоспособности железных дорог на различных сегментах рынка контейнерных перевозок является запаздывание в развитии контейнерной инфраструктуры, в первую очередь, контейнерных терминалов. Контейнерные терминалы составляют основу контейнерной инфраструктуры и представляют собой наиболее мощные и дорогостоящие ее объекты. Контейнерные терминалы обеспечивают не только технологические операции с контейнерами, но также интеграцию грузопотоков, развитие международных и национальных транспортных коридоров, предоставление грузовладельцам и транспортным операторам дополнительных услуг. Рациональные параметры системы контейнерных терминалов обеспечивают наилучшее использование возможностей железнодорожного транспорта в системе грузодвижения и его оптимальное взаимодействие с другими видами транспорта.
В рамках настоящего исследования предлагается модель принципиально новой транспортно-технологической схемы работы с контейнерами. Технический результат, которой достигается тем, что способ сортировки железнодорожных составов с контейнерами состоит в расформировании и формировании составов путём поперечного перемещения вагонов с одного пути на другие по направлениям и съёма контейнеров с состава, переноса их на накопитель, а также съёма контейнеров с накопителя и переноса их на сформированный состав. Расформировывают состав, перемещая вагоны на путь соответствующего направления, по которому они осуществляют самостоятельное движение на требуемое расстояние, одновременно, формируя новые составы по направлениям, после чего перемещают контейнеры с составов на накопитель и с накопителя на составы по назначениям. На рисунке 2.1 схематично изображен перспективный вид сквозного контейнерного терминала в соответствии с предлагаемой технологией [32], [58], [66].
После прибытия состава в парк приема 1 и отцепки поездного локомотива, маневровый локомотив 2, находящийся в хвосте состава, получив сигнал, производит надвиг вагонов на устройство 7, предназначенное для поперечного перемещения вагонов (самодвижущуюся сортировочную платформу - далее ССП). Контроль за правильной установкой и типом подвижного состава ведется с помощью фотореле и фото датчика 4. Вагоны, находящиеся на ССП, автоматически фиксируются упорами 8, которые передвигаются вдоль отрезков рельсового пути ССП в зависимости от количества поданных единиц подвижного состава. Степень заполнения отрезков рельсового пути ССП и сортировочных путей подвижным составом контролируется счетчиками осей 3. Данные, определяемые указанными устройствами, подаются в аппаратную 9, где с помощью ЭВМ рассчитывается необходимая скорость выхода отцепов с тормозной позиции, и результат передается устройству управления замедлителями. Для отцепления вагонов, находящихся на устройстве 7, от остального состава, стоящего на стационарном рельсовом пути, используется напольное устройство для автоматического расцепления вагонов 6.
Как только группа вагонов, находящихся на ССП, окажется отцепленной от состава, автоматически включившиеся электродвигатели перемещают устройство вместе с находящимися на нём вагонами горизонтально в требуемом направлении (вправо/влево), останавливая напротив необходимого пути 15. Затем автоматически убираются упоры 8, фиксирующие вагоны, и платформа 7 поднимается при помощи гидравлических домкратов с уклоном в сторону скатывания отцепов на требуемые сортировочные пути 15.
Автоматический режим управления предусматривает исключение порожнего возвращения ССП в исходное положение, т.е. если следующий отцеп, находящийся на ССП, имеет назначение на другой сортировочный путь, то после скатывания предыдущего отцепа и возвращения ССП в горизонтальное положение по сигналу со стационарного рельсового пути, состыкованного с отрезком рельсового пути на платформе, подается следующей вагон на ССП и цикл повторяется.
Сортировочные пути 15 в парке оборудованы ускорителями-замедлителями 14, которые состоят из блока определения расстояния, блока линейных двигателей, блока управления и блока толкателей. В исходном положении ускорители-замедлители располагают на расчетном расстоянии в сортировочном парке.
Таким образом, происходит расформирование состава по направлениям и одновременно формирование нового состава с контейнерами.
Следующим этапом является сортировка, погрузка-выгрузка контейнеров 18, например, краном 16, подкрановые пути 12 которого проходят вдоль всего сортировочного парка. После выполнения данных операций к сформированному составу 13 в парке отправления 20 прицепляют поездной локомотив, и после проведения необходимых осмотров и вручения машинисту пакета документов состав отправляют со станции.
Отличительной особенностью предлагаемой модели транспортно-технологической схемы работы с контейнерами является то, что операции по расформированию совмещены с формированием составов, причём исключается повторная сортировка. Характерно при этом, что сортировка контейнеров по назначениям не требует перемещения вагонов и происходит при помощи погрузочно-разгрузочного механизма.
В хозяйственной зоне проводятся работы, связанные с ремонтом и обслуживанием терминала. Здесь же может располагаться цех по ремонту контейнеров. Для этих целей предусматривается хозяйственный блок 10.
Анализ и перспективы развития поточной организации переработки контейнеров железнодорожным транспортом в условиях терминальной технологии
При моделировании работы контейнерного терминала сквозного типа в качестве структурной модели принимаем схему, приведенную на рисунке 2.1.
Как было отмечено, в основе функциональной модели лежит принцип поточной обработки контейнеров, который осуществляется с помощью ССП. Данное сортировочное устройство характеризуется следующими основными параметрами: расчетной длиной, высотой, общей мощностью тормозных средств и перерабатывающей способностью.
Расчетной длиной называется расстояние от вершины ССП, поднятой под углом а, до расчетной точки, расположенной в 50 метрах от первого ускорителя-замедлителя на сортировочном пути, а высотой - разность отметок вершины и расчетной точки.
Мощность тормозных средств характеризуется погашаемой ими суммарной энергетической высотой, а перерабатывающая способность ССП -максимальным числом вагонов, которое можно расформировать на ней за сутки.
Составы, подлежащие расформированию, надвигаются на ССП маневровым локомотивом, после чего платформа поднимается под углом а, вагоны отпускаются и под действием силы тяжести скатываются на соответствующий путь сортировочного парка. Расчетная высота должна обеспечить проход вагона расчетной весовой категории при неблагоприятных условиях работы до расчетной точки, находящейся на расстоянии 50 м от выходного конца парковой тормозной позиции сортировочного пути. Безопасность роспуска составов обеспечиваются тормозными позициями, число и мощность которых зависят от высоты подъема ССП и профиля сортировочного пути.
В рассматриваемом случае вагон (отцеп) будет скатываться с ускорением свободного падения по наклонной плоскости до остановки, так как движению препятствуют силы сопротивления W. Движется вагон за счет собственного веса Q. Силу Q можно разложить на две составляющие: Р, перпендикулярную наклонной плоскости, и F, параллельную наклонной плоскости (рисунок 3.1). Рисунок 3.1 - Силы, действующие на вагон при скатывании В свою очередь [74], Р = Qcos a; F = Q sin а. (3.1) Так как угол наклона плоскости к горизонту а небольшой (меньше 4), можно считать Р = Q cos а = Q; F = Q sin а = Q tg а = 0,-xlO"3, (3.2) где і - крутизна уклона, /оо На вагон также действуют силы сопротивления W, пропорциональные весу вагона и направленные в сторону, противоположную движущей силе W=QCDX\Q-\ (3.3) О/ где со — удельное сопротивление, /оо Результирующая сила равна разнице двух сил: движущей силе и силе сопротивления F- W= QixW2- QcoxW2 = Q(i-co)x\0-\ (3.4) Подставив в формулу (3.4), вместо Q его значение Q = mg , получим, что результирующая сила равна F- W= mg (i- фЮ \ (3.5) g = g/(l+0,42n/Q), (3.6) где g - ускорение свободного падения с учетом вращающихся масс; п - число осей вагона; Q - вес вагона брутто, т. Если результирующая сила положительная, то движение вагона ускоренное, если отрицательная - замедленное. При нулевом значении результирующей силы движение будет с постоянной скоростью. Для расчета скоростей движения приравниваем работу движущей силы на каком-либо отрезке к разности кинетической энергии на этом же отрезке. mg L(i - ф 10"3 = (т vK - т vH )/2. (3.7) Разделим обе части уравнения на mg и выполним некоторые преобразования Z(7- y)xlO-3 = (v2K- v\ y2g\ (3.8) L /x 10"3 - L сох 10"3 = v2J2 g - vH/2 g , (3.9) где L ix 10"3 - высота ССП; hn = L ix 10"3.
Вначале, находясь на платформе, вагон (отцеп) имеет запас энергии, равный потенциальной энергии (высота ССП (спуска) hn), кинетическая энергия вагона, имеющего vH=0, равна нулю h0 = v „12 g—0. hn + h0 = LixW\ (3.10) Эта энергия расходуется на преодоление сил сопротивления. В конце участка скатывания работа сил сопротивления ha-L & х10 3. Если вагон в конце участка не остановился, а движется со скоростью vK, вагон имеет энергию vK = v2J2g .
Все силы, действующие на вагон (отцеп) при скатывании, можно изобразить графически (рисунок 3.2). В любой точке отрезок от линии АВ до линии СА показывает энергию, потраченную на преодоление сил сопротивления h№ Линия СА называется линией энергетических высот. Отрезок между линией СА и профильной линией платформы hv показывает энергию вагона (отцепа) в любой точке при скатывании с платформы. В конце участка отрезок h3 равен: кэ =v2K/2g = vH/2g + Lix\0-3-LcDxlO-3. (3.11) h3 = hn - ho называется свободной энергетической высотой и показывает запас энергии вагона в конце участка. hn = h6) + h3. (3.13) Для дальнейших расчетов необходимо определить g и среднюю скорость движения на участке. По технологии работы модели предполагается, что вагоны группами от одного до трех или от одного до пяти устанавливаются и закрепляются на ССП, далее ССП движется поперечно, совмещаясь с путем назначения вагонов, ССП приподнимается с одной стороны, чем создается определенный уклон, а затем вагоны отпускаются и двигаются в сортировочный парк. Таким образом, начальная скорость движения отцепов равна нулю. В диссертационном исследовании рассматривается два варианта уклонов платформы и сортировочных путей. В расчетах предварительно задаемся конструктивными уклонами, рекомендуемыми при проектировании сортировочных горочных устройств, а затем в результате расчетов подбираем приемлемые уклоны, позволяющие очень плохому бегуну докатиться до расчетной точки [8].
При выполнении конструктивных и технологических расчетов (кроме расчета высоты ССП) значения основного удельного сопротивления движению расчетных бегунов (очень плохой - ОП, плохой - П, хороший -X, очень хороший - ОХ) принимаем по таблице 3.1 (вторая строка).
Расчет скорости движения отцепов по участку выполняем для рекомендуемых при конструктивных расчетах расчетных бегунов, представленных в таблице 3.1, с учетом основного удельного сопротивления движению вагонов на расчетном участке. Расчет ускорения свободного падения с учетом вращающихся масс производим по формуле (3.6) для четырехосного вагона. Результаты заносим в таблицу 3.1 в третью строку.
Принципы построения методики оценки эффективности создания сквозного терминала для поточной обработки контейнеров
Основной задачей создания эффективной логистической модели сервиса является повышение оборачиваемости технических средств - контейнеров, автомобилей, подвижного состава железнодорожного транспорта. Фактор ускорения оборота технических средств является показателем эффективности бизнес-процесса. Именно поэтому первичным в исследовании логистических схем или вариантов бизнес-процессов является оценка всех затрат времени, направленных на достижение конечного результата [109].
В свою очередь, в модели поточной организации обработки контейнеров в условиях сквозной терминальной технологии, целевой функцией, выступающей в роли координирующей, принимается время нахождения контейнеров на терминале, которое является важнейшим показателем качества работы логистической транспортной цепи.
Для решения данной задачи необходимо построить математическую модель обработки составов с контейнерами на терминале сквозного типа. Изучая эту модель, необходимо выявить связи между различными характеристиками модели (среднее количество прибывающих составов за единицу времени, среднее время обработки состава на терминале и так далее). На основании результатов изучения модели затем необходимо решить задачу сравнительной оценки затрат времени по каждому из вариантов существующего (стандартного) и предлагаемого технологических процессов работы контейнерного терминала, целью которой является определение той или иной схемы организации контейнерного сервиса, обеспечивающей минимизацию времени обработки железнодорожных составов с контейнерами.
Исследования показали, что варианты транспортно-технологических схем работы с контейнерами могут быть формализованы с применением математических моделей теории массового обслуживания [38], [87], [88], [107]. Так, в каждом из вариантов транспортно-технологических схем работы с контейнерами имеются все содержательные моменты моделей, описываемых теорией массового обслуживания, такие как: поток заявок, канал обслуживания, очередь в ожидании процесса обслуживания, простой канала обслуживания в ожидании поступления заявки на обслуживание [25], [30], [65], [81], [101].
Поток заявок - это поток событий, в котором событием является появление заявки на обслуживание. В нашем случае появление заявки на обслуживание - это прибытие состава с контейнерами. Таким образом, каждый состав рассматривается как одна заявка.
Под каналом обслуживания следует понимать устройства, выполняющие ту или иную технологическую операцию. Прежде всего, это сортировочные устройства, предназначенные для расформирования составов с контейнерами, а также погрузочно-разгрузочные средства для сортировки контейнеров, выгрузки их из подвижного состава или погрузки в подвижной состав автомобильного или железнодорожного транспорта. К каналам обслуживания также относятся маневровые локомотивы, участвующие в технологическом процессе.
Как заявка на обслуживание, так и сам обслуживающий канал могут простаивать в ожидании начала обслуживания (когда обслуживающий канал оказывается занятым) или в ожидании прихода заявки на обслуживание (когда заявка не поступила в обслуживающую систему).
Поток событий рассматриваемой СМО - контейнерного терминала сквозного типа - характеризуется интенсивностью Л, равной среднему числу событий за единицу времени. Таким образом, для потока заявок, то есть потока составов, Л равняется среднему количеству составов с контейнерами, прибывающих на терминал сквозного типа за единицу времени.
В терминах теории массового обслуживания рассматриваемый поток заявок является простейшим потоком, обладающей наиболее важными его свойствами (стационарностью, ординарностью и отсутствием последствия). Свойство стационарности характеризуется тем, что вероятностные характеристики, например, интенсивность Л, не зависят от времени. Конечно же, совершенно стационарных потоков в природе не бывает, так как бывают ситуации, зависящие от времени года и так далее, но в разумном приближении можно считать наш поток заявок - поток составов - стационарным.
Свойство ординарности проявляется в том, что за отрезок времени At - О в систему обслуживания может поступить не более одной заявки. Это вполне разумное предположение относительно нашего потока заявок - потока составов.
Отсутствие последствия можно интерпретировать следующим образом: число событий, поступивших в систему после произвольного момента времени t, не зависит от того, сколько их поступило до момента t. Это также вполне разумное предположение относительно потока составов с контейнерами.
В ситуации, когда СМО - это контейнерный терминал сквозного типа, а заявки - прибывающие на терминал составы с контейнерами, предполагаем, что отказов нет, и имеется бесконечная очередь. В реальности невозможно накопление бесконечного количества ожидающих составов, так как система обязательно имеет «накопитель», который может вместить только определённое число заявок. Процесс поточной обработки контейнеров в условиях сквозной терминальной технологии является многофазным, состоящий из операций, последовательно выполняемых в парке прибытия, на ССП (при условии расформирования контейнерного поезда для подборки групп вагонов с контейнерами по направлениям), на путях грузового фронта и на путях отправления.
Многофазный процесс обработки контейнеров целесообразно разделить на несколько частей, с исследованием каждой из них как однофазной системы обслуживания. Можно выделить три основные группы. Первой является система «парк прибытия - ССП», где входящим потоком заявок является прибытие контейнерных поездов в расформирование, а основным обслуживающим устройством - ССП. Перед ССП имеется накопитель требований в виде парка прибытия. Второй является система «пути грузового фронта - вытяжки формирования». Входящим потоком заявок здесь будут составы, поступающие под грузовые операции (сортировка по назначениям, погрузка-выгрузка контейнеров) и накапливающиеся на путях, а обслуживающими устройствами - ПРМ, локомотивы, которые должны осуществить выставку их на пути отправления. Третья - это система «парк отправления - выходные участки». Поток заявок выражается в виде составов, поступающих для отправления, а обслуживающие устройства - выходными участками, которые принимают поезда через определённые интервалы, зависящие от пропускной способности для грузовых поездов.
В работе подробно исследуем вторую систему обслуживания как однофазную, на основании чего получим аналитические зависимости, устанавливающие взаимосвязь между параметрами устройств и технологическими показателями процесса поточной обработки контейнеров в условиях сквозной терминальной технологии.
В модели СМО данная система является однолинейной, так как группу механизмов, обслуживающих контейнерный терминал, следует рассматривать как один совокупный обслуживающий аппарат, а состав с контейнерами, состоящего из некоторого количества вагонов, как одну (групповую) заявку. Заметим, что время обслуживания одной заявки tn6 (время обработки одного состава с контейнерами) является случайной величиной. Причиной этого служит то, что даже если время на переработку одного контейнера всегда одинаково, что на самом деле уже является довольно идеалистическим предположением, то время обслуживания состава всё равно является случайной величиной, так как оно зависит от числа контейнеров, а это число меняется от состава к составу случайным образом.
Ниже рассмотрим случай, когда время обслуживания имеет показательное распределение. Этот случай наиболее прост для изучения, а с другой стороны наиболее часто встречается на практике (наиболее вероятная оценка, которая отождествляется при расчётах с модой распределения времени).
