Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Системный подход при разработке концепции инвестиционного проекта развития облика и мощности мультимодальных транспортных узлов (ММТУ) 9
1.1. Состояние проблемы. Объект и предмет исследования 9
1.2. Системотехнические понятия и принципы, принятые при описании облика и мощности ММТУ при создании инвестиционного проекта его развития 23
1.3. Концепция решения проблемы изменения облика и мощности ММТУ. Цель и задачи исследования 38
1.4. Оценка эффективности инвестиционного проекта формирования облика и мощности ММТУ 44
1.5. Влияние внешней среды на работу ММТУ 50
1.6. Формирование информационной основы для определения интегрального эффекта при выборе оптимальной стратегии (альтернативы) развития ММТУ 61
ГЛАВА 2. Разработка методики формирования области эффективных альтернатив (ОЭА) изменения облика и мощности ММТУ 66
2.1. Построение расчетной схемы изменения облика и мощности ММТУ 66
2.2. Содержательная и математическая постановка задачи формирования альтернатив (стратегий) изменения облика и мощности ММТУ 75
2.3. Выбор метода и разработка методики формирования оптимальной альтернативы (стратегии) изменения облика и мощности ММТУ 88
2.4. Разработка методики формирования области эффективных альтернатив (ОЭА) развития облика и мощности ММТУ 99
2.5. Результаты и выводы 106
ГЛАВА 3. Решение задачи развития облика и мощности мультимодального транспортного узла 108
3.1. Мониторинг объемов работы ММТУ по переработке контейнеров... 108
3.2. Мониторинг технического состояния постоянных устройств ММТУ. Постановка задачи, решаемой в примере 112
3.3. Формирование множества возможных технических состояний системы 114
3.4. Формирование оптимальной альтернативы этапного изменения облика и мощности ММТУ для различных значений объемов перевозок 124
3.5. Построение области эффективных альтернатив 125
3.6. Расчет пропускной и перерабатывающей способности станций 127
3.7. Технология работы лица, принимающего решение (ЛПР) с ОЭА 131
3.8. Выводы по третьей главе 133
Выводы 134
Список использованных источников 137
Приложения 152
- Системотехнические понятия и принципы, принятые при описании облика и мощности ММТУ при создании инвестиционного проекта его развития
- Формирование информационной основы для определения интегрального эффекта при выборе оптимальной стратегии (альтернативы) развития ММТУ
- Выбор метода и разработка методики формирования оптимальной альтернативы (стратегии) изменения облика и мощности ММТУ
- Мониторинг технического состояния постоянных устройств ММТУ. Постановка задачи, решаемой в примере
Введение к работе
Актуальность темы. Стратегия перспективного развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г. уделяет большое внимание международным транспортным коридорам, обеспечивающим, на основе взаимодействия разных видов транспорта, связь между странами СНГ, АТР и Европы.
В условиях дефицита финансов наиболее правильным действием является концентрация мероприятий и ресурсов, направленная на повышение эффективной работы тех элементов Единой транспортной сети (ЕТС) России и стран СНГ, которые являясь составной частью международных транспортных коридоров могут дать «быстрый» эффект от их использования, если они станут экономически привлекательными для перевозчиков грузов и пассажиров. Поиск оптимального облика и мощности средств транспорта ЕТС является сложной задачей, что обусловлено с одной стороны размерностью, а с другой – неопределенностью прогнозов развития экономики стран и их регионов. Приемлемым подходом в этом случае является декомпозиция задачи на основе выделения из ЕТС мультимодальных транспортных коридоров (ММТК), которые, в свою очередь, состоят из узлов (ММТУ) и звеньев (ММТЗ), представляющих сложные технические системы. Для планирования этапного развития средств транспорта данных систем необходимо создавать соответствующий методический инструментарий.
Наиболее сложным является решение задачи этапного развития мультимодальных транспортных узлов, как элементов ММТК, в которых происходит взаимодействие различных видов транспорта, существенно влияющее на качество и эффективность работы как ММТК, так и всей ЕТС.
Учитывая изложенное, становится очевидной актуальность и государственная значимость решения задачи формирования эффективной области альтернатив (стратегий) этапного изменения облика и мощности ММТУ при разработке концепции его инвестиционного проекта.
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования является создание методики формирования области эффективных проектных альтернатив изменения облика и мощности ММТУ для поддержки принятия решений на стадии разработки концепции инвестиционного проекта, позволяющих при минимальных капитальных вложениях улучшать эксплуатационные показатели работы исследуемой системы. Для достижения намеченной цели в диссертации сформулированы и решены следующие задачи:
– дано системное представление объекта исследования, разработаны концепция инженерной подготовки производства (ИПП), содержательная и математическая постановка задачи формирования области эффективных альтернатив (ОЭА) развития облика и мощности объекта исследования, выбраны критерий и метод, позволившие приступить к реализации намеченной цели;
– разработана методика формирования оптимальной альтернативы изменения облика и мощности ММТУ (по критерию минимум суммарных дисконтированных строительно-эксплуатационных расходов);
– создана методика формирования области эффективных альтернатив для поддержки принятия решений по изменению облика и мощности ММТУ на стадии разработки концепции инвестиционного проекта его развития при этом в качестве критерия принят интегральный эффект;
– предложена технология работы лица, принимающего решения по выбору субоптимальной стратегии, обеспечивающей надежность и устойчивость предлагаемых проектных решений при изменении прогнозов роста объемов перевозок.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является мультимодальный транспортный узел (ММТУ).
Предметом исследования является методология и практика моделирования процесса изменения облика и мощности ММТУ для различных экономических ситуаций в развитии регионов и стран, принципы формирования области эффективных альтернатив для поддержки принятия решений при отборе инвестиционных проектов для их реализации.
Методы исследования. Методы исследования базируются на системном анализе, динамическом программировании, традиционных методах оценки эффективности альтернатив, а также неформальных процедурах, близких к человеческому мышлению типа экспертных.
Научная новизна результатов диссертационного исследования. Основным результатом диссертационного исследования является научное обобщение материалов, существующих исследований в области наращивания мощности транспортных систем, на базе которого поставлен и решен комплекс задач по разработке методики формирования области эффективных альтернатив этапного развития облика и мощности мультимодальных транспортных узлов на стадии разработки концепции инвестиционного проекта ММТУ. При этом к конкретным результатам исследования, полученным лично автором, относятся следующие:
– модель мультимодального транспортного узла, как сложной технической системы, основные ее системотехнические понятия и определения;
– концепция инженерной подготовки производства, представляющая собой стратегию действий лица, принимающего решения при формировании проектных альтернатив изменения облика и мощности ММТУ;
– содержательная и математическая постановка задачи рассматриваемого класса, выбранный критерий и метод ее решения;
– методика поиска оптимальной альтернативы этапного изменения облика и мощности элементов и ММТУ в целом;
– методика формирования области эффективных альтернатив (ОЭА) как основы для поддержки принятия решений при отборе проектной альтернативы, имеющей устойчивость к изменению прогнозных значений объемов перевозок.
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, анализе литературных источников, проведении теоретических исследований и практического применения разработанных методик с последующим анализом и обработкой полученных результатов.
Достоверность научных положений и выводов подтверждена теоретическим обоснованием, сопоставлением с результатами расчетов, дающих хорошую сходимость с решениями проектных организаций.
Практическое значение полученных результатов заключается в целесообразности их использования для технико-экономического обоснования стратегии изменения облика и мощности ММТУ обеспечивающей эффективное освоение рынка транспортных услуг при перевозке контейнеров по международным (мультимодальным) транспортным коридорам, проходящим по территории стран СНГ. Данное утверждение проверено экспериментальными расчетами при выборе стратегии развития контейнерного терминала Ильичевского морского торгового порта применительно к информационной основе программы «4М».
Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и получили одобрение на 45 Международной научно-практической конференции в 2007 году «Инновационные технологии – транспорту и промышленности», Хабаровск, ДВГУПС, на научно- технических конференциях профессорско-преподавательского состава Одесского национального морского университета (2003–2007 гг.), Международной научно-практической конференции «Экономические проблемы развития промышленного производства» (Одесса, 2004 г.), Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» – (Одесса, 2006 г.), Международной научно-практической конференции «День международного экспедитора» (Одесса, 2006 г., в дискуссии по докладам «Роль транспортных коридоров в процессе интеграции Украины в ЕС и ВТО»), Международной научно-технической интернет конференции 2006, 2007 гг., на кафедральных семинарах в ОНМУ в 2005–2007 гг. и кафедральном семинаре кафедры «Изыскания и проектирование железных дорог» ДВГУПС в 2008 и в 2009 годах.
Внедрение результатов исследований. Настоящее диссертационное исследование в период с 2003 по 2007 годы выполнялось в рамках исследований по теме «Взаимодействие флота и портов в логистических цепях» (номер госрегистрации 1103U004769) которые проводятся на кафедре «Эксплуатация морских портов» ОНМУ в соответствии с планами научно-исследовательских работ Министерства образования и науки, Одесского национального морского университета и Государственного департамента морского и речного транспорта Минтранссвязи Украины. В 2003 году – раздел 3 «Взаимодействие портов и железных дорог. Особенности, проблемы, перспективы». В 2004 году – раздел 3 «Системное представление мультимодального транспортного узла (ММТУ)». В 2005 году – раздел 3 «Выбор оптимальной стратегии развития мощности контейнерных терминалов на примере Ильичевского морского торгового порта». В 2006 году – раздел 3 «Формирование эффективной области альтернатив развития ММТУ для принятия решений и поиска устойчивой стратегии их развития». В 2007 году – раздел 2 «Решение задач развития облика и мощности ММТУ на примере ИМТП». В 2008 году материалы диссертации использованы в ИОП кафедры «Изыскания и проектирование железных дорог» ДВГУПС.
По результатам диссертационного исследования опубликованы десять научных работ, из них четыре – в специализированных изданиях, которые входят в перечень ВАК Украины и одна ВАК России.
Системотехнические понятия и принципы, принятые при описании облика и мощности ММТУ при создании инвестиционного проекта его развития
ММТУ, являясь начально-конечным элементом ММТК, обеспечивающим взаимодействие различных видов транспорта, представляет собой техническую систему с очень сложными взаимосвязями, зависящими от большого количества факторов. Для оценки влияния внутренних и внешних факторов на объект настоящего исследования по аналогии с [24, 30], но с соответствующей модификацией, введем понятия «облик ММТУ» и «внешняя среда ММТУ».
Под обликом будем понимать структурно-параметрическое описание объекта исследования, характеризующее пространственно-временное расположение элементов ММТУ и их параметры.
Под внешней средой, влияющей на структуру ММТУ, понимается окружение, с которым исследуемая система взаимодействует.
При разработке концепции инвестиционного проекта ММТУ необходим индивидуальный подход к каждому узлу, учитывающий расположение обслуживающих его сортировочных станций, видов транспорта, взаимодействующих в узле, развитость его инфраструктуры, а также природно-климатические и другие условия влияющие на количество возможных вариантов облика и, как следствие, мощности узла. Большое количество элементов системы ММТУ при изменении их параметров приводит к необходимости формирования множества возможных вариантов развития системы. С учетом этого возникает необходимость в создании методики формирования исходного и допустимого множества альтернатив (вариантов) изменения структуры ММТУ, позволяющей на основе экономической оценки отобрать эффективную их область для поддержки принятия решений на этапе создания концепции инвестиционного проекта ММТУ. Основой для создания такой методики может служить системный подход. Как известно [27], основными элементами концептуального аппарата системотехники являются: основные понятия и определения, системотехнический анализ и синтез, методология моделирования. Рассмотрим данный аппарат системотехники применительно к ММТУ [23; 24; 30].
Система - объект (или совокупность объектов) любой природы, обладающий выраженным «системным» свойством, т.е. свойством, которого не имеет ни одна из его частей при любом способе членения. Как отмечено в [30], существует много лингвистических определений понятия «система». Рассмотрим определение объекта исследования ММТУ как сложной технической системы, раскрывающее ее суть по аналогии с [23; 24; 30]: 1. ММТУ является человеко-машинной системой из-за участия людей не только в ее создании и эксплуатации, но и в управлении; 2. ММТУ имеет сложную и, главное, иерархическую структуру как в управляемой, так и в управляющей ее частях; 3. ММТУ - непрерывно развивающаяся система с изменяющимися структурой и составом (числом и типами) элементов связи; 4. развитие и функционирование ММТУ происходит не только вследствие управляющих (детерминированных) воздействий, но и под влиянием множества случайных (неопределенных) факторов; 5. ММТУ предназначен для реализации перевозок с учетом взаимодействия различных видов транспорта. Надсистема (система более высокого порядка) - объединение нескольких систем, обладающих системными свойствами. Надсистемами ММТУ являются: мультимодальный коридор (надсистема 1-го порядка); ETC (надсистема 2-го порядка); народное хозяйство (надсистема 3-го порядка). Природная среда, определяемая топографическими, геологическими, климатическими и другими природными условиями, также является надсистемой ММТУ. Подсистема (система более низкого порядка) - часть системы ММТУ, выполняющая определенные функции (сортировочные, припортовые станции, терминалы, причалы и т. п.). Элемент (подсистема более низкого порядка) - часть системы, деление которой в рамках поставленной проблемы нецелесообразно. В настоящем исследовании под элементами ММТУ будем понимать причалы, складские площади, погрузочно-разгрузочные комплексы, парки и подъездные пути, звенья железных дорог, соединяющие сортировочные, припортовые станции и терминалы и т.д. Воздействие (взаимодействие) - обмен грузами, пассажирами, энергией,информацией и т.д. между ММТУ и окружающей средой, а также между подсистемами ММТУ и их элементами. Состояние системы ММТУ - совокупность значений параметров элементов системы (внутренних и внешних), определяющих ход процессов, с учетом возможного множества отказов происходящих в системе. Эволюция (развитие) - развернутая во времени последовательность состояния структуры системы ММТУ. Функционирование системы - безопасный бесперебойный пропуск и обслуживание подвижного состава различных видов транспорта (судов, поездов, автомобилей). Цель системы - обеспечение эффективного транспортного обслуживания ММТК. Эффективность системы - интегральная характеристика ММТУ, учитывающая систему показателей (критериев), по которым оценивается ММТУ (экономическая эффективность, техническая эффективность и т.д.). Внешняя среда - это надсистемы всех порядков, в том числе природная среда.
Формирование информационной основы для определения интегрального эффекта при выборе оптимальной стратегии (альтернативы) развития ММТУ
Как известно из многочисленных исследований, изменение структурно-параметрического представления мультимодальных транспортных узлов (ММТУ) как составных элементов международных (мультимодальных) транспортных коридоров (ММТК) является сложной, многокритериальной многовариантной проблемой. Для ее решения при современном экономическом развитии стран СНГ, требующем тщательного, научно-обоснованного планирования и распределения ограниченного объема инвестиционных ресурсов, необходимо разработать методологию, базирующуюся на новых информационных технологиях, методах моделирования и принципах разработки альтернатив (вариантов) инвестиционных аванпроектов. Поскольку развитие такой сложной технической системы, как ММТУ, является частью проблемы изменения структуры и мощности Единой транспортной системы стран СНГ и их регионов, следует отметить арсенал теоретических, практических и методических аспектов решения задач развития транспортных систем учеными различных школ и направлений. Наибольший интерес, по мнению автора, представляют работы [1-8; 25; 33-35; 38-44], которые подчеркивают и наглядно демонстрируют чрезвычайную сложность задач данного класса и предполагают соответствующие подходы, методы и методики, позволяющие на основе декомпозиции решать в приемлемое время и с допустимой точностью поставленные задачи для отдельных видов транспорта. К сожалению, в перечисленных работах недостаточно затронуты вопросы моделирования сбалансированного развития нескольких видов транспорта в мультимодальных узлах, которые необходимо учитывать при решении проблемы изменения их структуры и мощности в современных экономических условиях.
Учитывая изложенное, в диссертации поставлена задача - разработать концепцию, представляющую собой стратегию действий лица, принимающего решения по управлению формированием области эффективных альтернатив для поддержки принятия решений по изменению структуры и мощности ММТУ, отбору и реализации лучшей из них в пределах принятого горизонта расчета (Т). Основой стратегии является инженерная подготовка производства (ИПП), которая, в свою очередь, базируется на мониторинге объемов и технико-экономических показателей работы системы, а также технического состояния ее элементов. Разработанная автором настоящего исследования блок-схема ИПП приведена на рисунке 1.10. В настоящем исследовании под инженерной подготовкой производства предлагается понимать совокупность замыслов и конкретных действий лица, принимающего решения (ЛПР), и его аппарата, направленных на тщательное изучение технического состояния объекта (системы), выявление «узких» мест в его работе, формирование на научной основе множества вариантов инвестиционного аванпроекта их устранения, отбор лучшего из них с обязательным анализом последствий его реализации и корректированием последующих действий в пределах принятого горизонта расчета (Т).
Технология проведения мониторинга должна предусматривать создание единого информационного пространства для поддержки принятия решений при изменении облика и мощности ММТУ. Для качественного ведения мониторинга в режиме реального времени необходимо создание электронных паспортов для всех элементов системы. Опыт создания и внедрения таких паспортов накоплен на железнодорожном транспорте РФ [30; 41-43] и может применяться для любых транспортных систем и их объектов. Как показано на рисунке 1.10, одним из результатов ИПП является формирование исходного множества альтернатив изменения облика и мощности ММТУ и выделение из него их эффективной области. Под альтернативой (вариантом) изменения облика и мощности ММТУ следует понимать совокупность элементов системы и параметров с учетом их технического состояния на момент принятия решений, мероприятий по ликвидации выявленных «узких» мест в работе элементов системы, технологий, способов и средств их взаимодействия, позволяющую реализовать определенный объем перевозок на расчетные сроки. Решение проблемы формирования исходного множества альтернатив (ИМА) и области эффективных альтернатив (ОЭА) усложняется необходимостью рассматривать эти множества для различных стратегий и сценариев развития экономики регионов и страны в целом. При этом каждый рассматриваемый сценарий характеризуется полученной в результате мониторинга существующих и прогнозируемых объемов перевозок потребной пропускной (перерабатывающей) способностью ММТУ rn;(t), которая, являясь для данного сценария фиксированой по годам расчетного периода, определяет расчетный случай. В пределах данного расчетного случая формируется указанное выше множество альтернатив как основа для принятия решений по эффективному изменению облика и мощности ММТУ. Таким образом, в зависимости от количества рассматриваемых стратегий и сценариев мы получаем множество расчетных случаев, в пределах каждого из которых может быть сформирована ОЭА. Учитывая изложенное, в качестве инструмента для поддержки принятия решений по выбору варианта изменения структуры и мощности ММТУ, в диссертации разработана концепция формирования области эффективных альтернатив изменения облика и мощности ММТУ, представляющая собой стратегию действий лица, принимающего решения, и состоящая из следующих этапов.
Выбор метода и разработка методики формирования оптимальной альтернативы (стратегии) изменения облика и мощности ММТУ
Системное представление объекта исследования, ММТУ, позволяет правильно и полно оценить его облик и мощность и сформулировать содержательную постановку задачи. Прежде следует уточнить используемые и принятые в диссертации понятия и определения.
Как уже отмечалось, ММТУ - сложная техническая система, представляющая собой совокупность элементов разных видов транспорта, обеспечивающая их эффективное взаимодействие по беспрепятственной, надежной и безопасной перевозке грузов и пассажиров. Возможности ММТУ характеризуются его обликом и мощностью, которые имеют прямую и опосредованную взаимосвязь.
Облик ММТУ - структурно-параметрическое представление узла с учетом технического состояния всех его элементов и работающих технологий на момент исследования.
Мощность ММТУ - производительная сила узла, характеризуемая провозной способностью в единицу времени (сутки, год).
Изменение облика (структурно-параметрического представления) приводит, как следствие, к изменению мощности. При этом изменение облика может быть связано с изменением параметров элементов системы ММТУ.
Поскольку ММТУ является совокупностью множества элементов разных видов транспорта, то появляется множество возможных вариантов (альтернатив) облика и, соответственно, мощности. На рисунке 1.7 показано микроскопическое (показывающее предел деления системы на элементы), системное представление ММТУ подтверждающее возможность появления множества различных вариантов изменения структуры системы.
Специфика облика ММТУ, организация и технология его работы позволяют, как отмечено в предыдущей главе, произвести системную декомпозицию и агрегирование, осуществить формирование этапного развития вначале элементов (терминалов, припортовых станций, подъездных путей и т. п.), а затем и системы в целом, что существенно облегчает процесс поиска эффективных проектных решений. На рисунках 2.1, 2.2, системно показана предпосылка к реализации высказанного выше предложения о декомпозиции и агрегировании элементов ММТУ.
На рис. 1.8, показывающем функциональное представление узла, видно, что ММТУ, основным элементом которого является морской порт (МП) состоит из множества терминалов , которые имеют один или несколько сухопутных «входов» - «выходов» и один «вход» - «выход» морской. В зависимости от принятых сценариев экономического развития района тяготения к рассматриваемому ММТУ, устанавливается множество возможных вариантов потребных в момент времени t объемов перевозок ГJJ\t) с распределением (специализацией) по существующим и проектируемым терминалам (причалам) - Гп \t\ljj (t ),...,Г/7.(0 гДе: t = 192,...,Т, а Т — горизонт расчета. На основе мониторинга технического состояния существующих терминалов (причалов), припортовой станции, подъездных путей к порту, а также аванпроек-тов перспективных сооружений определяется множество возможных провозных способностей элементов системы Гд(0 = \Гд (Jh- в (0) "5 (0) на начало расчетного периода t. Изменение структуры и мощности ММТУ связано с сопоставительным анализом потребной (Гjj\t)) и возможной (ГB(t)) провозной способности вначале по элементам, а затем и по системе в целом (рис. 3.3). При этом уточним приведенные выше понятия: П (0 потребная провозная способность системы в зависимости от времени, определяемая на основе экономических изысканий для различных стратегий и экономических сценариев в развитии района тяготения к исследуемому ММТУ в млн. т/год или млн. TEU/год. JTJJ \t)- потребная провозная способность элементов системы (терминалов, припортовых станций, подъездных путей) в млн. т/год. 1 B{t) - возможная провозная способность системы в млн. т/год, которая зависит от параметров ММТУ, технологии его работы и прочих факторов. 1 в \t) - возможная провозная способность элементов системы ММТУ (терминалов, припортовых станций, подъездных путей). Как отмечено выше, определение фактического технического состояния существующих ММТУ и их элементов, с последующим расчетом Гв yt), произ 78 водится на основе проведения мониторинга в режиме реального времени, так как на элементы системы действует внешняя среда (рис. 1.4; 2.2) и, естественно, их техническое состояние постоянно изменяется. Сопоставление Гв (t) и Гп (t) элементов системы наглядно может быть представлено на графике (рис. 2.4). Точка пересечения Гв \t) и Гп \t) определяет срок исчерпания мощности I -го технического состояния исследуемого терминала и переход в более мощное J-e состояние. Далее этот срок Т-- будет называться технически необходимым или вынужденным сроком перехода из менее в более мощное техническое состояние. Как известно, существует множество возможных мероприятий, изменяющих техническое состояние системы ММТУ и ее мощность, которые в соответствии с концепцией ИПП (рис. 1.10) можно разделить на две группы. 1. Организационно-технические, не требующие больших инвестиций. К ним можно отнести увеличение Гв it) за счет более полного использования резервов мощности существующих устройств, изменения технологии, не требующее радикального технического перевооружения, а также интенсификации производственных процессов на основе применения информационных автоматизированных систем в управлении производством (при 1 B\t) Гn\t)). 2. Реконструктивные мероприятия, требующие существенных инвестиций. К ним можно отнести: увеличение пропускной способности подъездных путей и при портовых станций, увеличение мощности или количества причалов, изменение технологии с переоснащением технических средств, увеличение мощности техни ки и площади складских помещений и площадок и т. д. (при Гв (J) 1 п (J) ). Любое из принятых и внедряемых мероприятий приводит систему (подсистему) в новое техническое состояние, характеризуемое J (f\ Здесь появляется еще одно, необходимое для дальнейшей работы понятие - техническое состояние системы (ТСС) ММТУ или его элементов.
Мониторинг технического состояния постоянных устройств ММТУ. Постановка задачи, решаемой в примере
Метод исключает необходимость комбинаторного анализа предварительно намеченных путей наращивания мощности, в результате которого могли бы быть выбраны лучшие схемы из числа намеченных, но обеспечивает последовательное формирование оптимальной схемы с применением определенной вычислительной процедуры, базирующейся на динамическом программировании [139]. В процессе реализации такой процедуры производится сопоставительный анализ всех схем этапного освоения перевозок, которые могли бы получаться в результате разных сочетаний рассматриваемых состояний, и исключать заведомо нерациональные переходы и связанные с ними экономически нерациональные схемы.
Формирование оптимальной схемы этапного изменения облика и мощности системы производят в рамках принятого расчётного случая, то есть для фиксированного комплекса существующих параметров проектирования при определенной величине функции Гц (t). Решение задачи начинают с назначения комплекса расчетных технических состояний, из которых должна формироваться оптимальная схема освоения перевозок. При назначении таких состояний можно ориентироваться на известные сферы экономической целесообразности применения различных элементов технического оснащения ММТУ и методов организации его работы. В случаях, когда отсутствуют явно выраженные объективные причины для включения или исключения некоторых состояний из рассмотрения, целесообразно не ограничивать число рассматриваемых расчетных состояний. При их назначении необходимо следить за тем, чтобы эти состояния могли составить логически стройные последовательности развития технического оснащения узла. В соответствии с порядком, изложенным в первой главе, для каждого из намеченных технических состояний определяют возможную провозную способность на расчетные годы, что дает возможность построить график освоения перевозок и определить: S сроки исчерпания провозной способности каждого состояния; S состояния, которые справляются с перевозками, переработкой грузов перспективного (конечного расчетного срока) года могут являться конечными, т. е. завершающими схему освоения перевозок; S состояния, которые не справляются даже с начальными размерами перевозок или позволяют эксплуатировать исследуемую систему в течение только весьма ограниченного срока, после чего необходим переход к более мощному ее состоянию, могут исключаться из рассмотрения. Дальнейшие расчеты по формированию оптимальной схемы освоения перевозок целесообразно строить на сетке, названной сеткой «состояние-время». На оси абсцисс в произвольном масштабе откладывают время (Т = 0) от начала эксплуатации до конца горизонта расчета (Т — 15, а иногда и более лет), а по оси ординат через равные промежутки наносят все рассматриваемые состояния в порядке возрастания их пропускной способности. Переход от некоторого состояния I к состоянию J на такой сетке изображают в виде стрелки (рис. 2.8). Такие переходы могут быть вынужденными (техническими), когда исчерпывается пропускная способность данного состояния, или экономически выгодными при выполнении условия Точки сетки «состояние-время», в которые направлены стрелки переходов, называют узловыми точками или узлами. Координаты узла обозначают двумя цифрами: J, t, первая цифра- номер состояния в которое осуществляется переход, вторая цифра - год перехода. Кроме того, различают еще два узла, первый — начальный («1» - первое состояние, «О» - нулевой год) и второй - конечный (JYI - общее количество состоянии, Т - горизонт расчета). Постепенно накапливающееся значение критерия оптимальности - суммарных дисконтированных строительно-эксплуатационных расходов в узле J, t, будем называть экономической оценкой узла и обозначать - S,(. Схема этапного изменения структуры и мощности ММТУ будет выражаться некоторой траекторией или «путём», соединяющим узловые точки от начального до конечного узла. Каждый «путь», включающий различные состояния, при разных сроках перехода от одного состояния к другому характеризуется определенным значением о критерия э . Нахождение оптимальной схемы сводится к выявлению такого пути, при котором критерий в конечном узле (ТП,Т) имел бы минимальное значе ние(їїіІпЗ ). Прямой перебор и сопоставление всех возможных путей между узлами (1, 0) и (Jfl, Т ) представлял бы весьма трудоемкую задачу. Для решения такой задачи может быть применен метод динамического программирования при условии деления расчетного периода Т на интервалы At равные одному году и реализации многошагового процесса. Такой подход обеспечивает выявление оптимальной схемы, но трудоемок, так как требует большого числа шагов расчета и затрудняет учет так называемой предыстории, когда стоимость перехода К и эксплуатационные расходы в со стоянии J зависят от того, какие состояния предшествовали состоянию I . Предыстория оказывает влияние не только на стоимость перехода, но и на эксплуатационные расходы по содержанию постоянных устройств. С другой стороны, предыстория не оказывает влияния на уровень возможной пропускной способности данного состояния.
Учет предыстории при использовании вычислительной процедуры динамического программирования в значительной степени осложняет решение задачи и требует введения в сетку «состояние-время» дополнительных состояний с определенной предысторией. При сложной предыстории количество таких дополнительных состояний может быть весьма значительным. Необходимость предварительного определения стоимости переходов между каждой парой состояний еще больше увеличивает трудоемкость решения при использовании обычной процедуры динамического программирования.
Это определило необходимость поиска более простых и в то же время обеспечивающих объективное решение методов формирования оптимальных схем изменения структуры и мощности исследуемых транспортных систем.
Похожие диссертации на Формирование области эффективных альтернатив изменения облика и мощности мультимодальных транспортных узлов на основе системного подхода
