Формирование интегрирующих транспортно-технологических комплексов и оптимизация их структур

На современном этапе хозяйственных отношений приоритет отдан развитию транспортно-экспедиционного обслуживания потребителей. В странах с устойчивой рыночной экономикой доля транспортно-экспедиционных услуг в транспортном процессе составляет около 60%, а перевозочная работа — только 40%. В России доля транспортно-экспедиционных услуг в транспортном процессе составляет 3 — 6%. Это объясняется тем, что в период жесткой привязки производителей к базам снабжения ресурсами и распределения продукции, грузовые потоки концентрировались на сравнительно ограниченном количестве направлений.

В результате подобной концентрации грузопотоков, предприятия-потребители транспортных услуг создавали и содержали мощную транс-портно-складскую инфраструктуру для выполнения начально-конечных операций и обеспечения хранения грузов.

Рыночные отношения разукрупнили отправляемые/принимаемые партии грузов, при этом увеличилась доля внутрирегиональных, преимущественно короткопробежных перевозок. Одновременно пользователи транспортных услуг стали предъявлять более высокие требования к процессу доставки груза, в том числе к скорости, доставке «точно в срок» и др.

Сложившаяся ситуация требует создания на сети дорог мультимодаль-ных транспортных узлов, обеспечивающих, с одной стороны, сборно-распределительные функции логистической дистрибуции грузов (товаров) внутри регионов, с другой — интеграцию региональных перевозок в магистральную сеть страны и в её транспортные коридоры, делая решение этой проблемы актуальным.

Одной из форм мультимодального транспортного узла может быть специализированный терминал по переработке массовых сыпучих и навалочных грузов.

Системообразующим ядром транспортного узла служит интегрирующий транспортно-технологический комплекс (ИТТК), представляющий собой совокупность машин, механизмов и устройств, которые составляют фронт погрузки (у поставщика), средства перевозки груза (у перевозчика) и фронт разгрузки (у потребителя) — ИТТК работает по единому технологическому процессу грузодвижения, основанному на принципах логистики.

Диссертационная работа направлена на совершенствование организации грузодвижения посредством создания логистических интегрирующих транспортно-технологических ком плексов.

Целью диссертационной работы является формирование интегрирующих транспортно-технологических комплексов и оптимизация их структур.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи.

1. Выполнить анализ работы ИТТК как сложной системы, функционирующей по логистическим концепциям грузодвижения.

2. Разработать математическую модель функционирования ИТТК и алгоритмы определения ее основных параметров в терминах теории надежности.

3. Разработать алгоритм и модель оптимизации структур ИТТК по многокритериальной задаче.

Объектом исследования является транспортно-технологический узел.

Предметом исследования является интегрирующий транспортно-технологический комплекс в составе транспортного узла и параметры взаимодействия между его элементами.

Методы исследования. Использование теорий сложных систем, массового обслуживания, логистики, надежности, а также методов системного анализа, динамического программирования, математической статистики, имитационного моделирования.

В своей работе автор опирался на труды ученых в области моделирования и построения сложных систем: Р. Л. Акофф, Дж. Ван Гиг, а также в области логистики: Л. Б. Миротина, В. М. Николашина, С. М. Резера, Ю.М. Неру-ша, A.A. Смехова.

Автор учитывал результаты исследований ученых в области управления железнодорожным транспортом: А. Э. Александрова, В. Г. Галабурды, А. Н. Ефанова, П. А. Козлова, Б. М. Лапидуса, Л. А. Мазо, В. А. Персианова.

За последние десятилетия накоплен значительный опыт применения различных методологических подходов, математических и имитационных моделей для расчета и оптимизации схем обслуживания потребителей транспортных услуг.

Укрупнено эти методы могут быть сгруппированы следующим образом: экономико-математические методы линейного программирования (целесообразны для создания нормализованной схемы грузопотоков, но не отражают технологию работы транспортных узлов) — аналитические, вероятностные, например: теория массового обслуживания (эти методы отражают технологию работы узлов фрагментарно и не учитывают взаимодействие между элементами при выполнении технологического процесса) — графические методыпостроение суточного плана-графика работы станцииединые технологические процессы на детерминированных нормах отработки отдельных операцийсетевые графики работы транспортного узла по переработке грузопотоков многономенклатурность и мелкопартионность доставок в логистических цепяхспособы расчета перерабатывающей способности узлов по производительности «лимитирующего» элемента — лимитирующей по времени операции технологического процесса и этот способ не отражает взаимодействие элементов системы, расчеты перерабатывающей способности узла могут оказаться заниженными, а нормы простоя — завышенными, что скажется на планируемых сроках доставки грузов;

— имитационное моделирование станционных процессов и работы транспортных узлов (эти методы достаточно сложные, не требуют конкретной математической записи, что является их преимуществом), их можно широко использовать в оперативной работе станций, но отсутствие определенной математической записи не дает возможности найти доказуемый экстремум функции целиэто не умаляет значения имитационного моделирования в оперативной работе станций, но затрудняет решение вопросов их проектирования).

Основное назначение интегрирующего транспортно-технологического комплекса в составе транспортного узла — удовлетворение сервисных потребностей пользователей транспортных услуг в части логистического сопровождения грузодвижения. В настоящее время логистическое сопровождение гру-зодвижения превалирует над проблемой перемещения груза.

Трудности, связанные с формированием интегрирующих транспортно-технологических комплексов, заключаются в том, что в современных научных исследованиях методологическая, теоретическая и практическая проработка представлена фрагментарно и поэтому не может в полной мере отвечать требованиям потребителей транспортных услуг в части эффективности систем доставки грузов.

Исходными данными для оптимизации процессов в ИТТК являются объемы выпуска и потребления готовой продукции различной номенклатуры и полигон размещения потребителей, а так же существующая нормативная база по техническому оснащению грузовых фронтов.

Методы решения поставленных задач определены по соображениям простоты, возможности формализации и оптимизации решения, доступности к экспериментальному исследованию и верификации, возможности проверки адекватности математических моделей. В работе использованы методы теории сложных систем, надежности, системного анализа, многомерного динамического программирования, математической статистики и натурные эксперименты.

В первой главе представлена структура ИТТК из модулей, его содержательное описание в терминах теории сложных систем как системы материальных объектов, взаимодействующих при выполнении единого технологического процесса грузодвижения.

Вторая глава посвящена параметрическому описанию работы комплекса, устанавливающему качественные и количественные характеристики взаимодействия между элементами комплекса, выраженные в терминах теории надежностидаются формализованные зависимости для определения грузо-проводящей способности подсистем.

В третьей главе даны результаты экспериментальных исследований работы подсистем погрузки и выгрузки ИТТК, а также проверена концепция политранспортного обслуживания транспортного узла. Экспериментальная проверка показала, что использование теории надежности позволяет представить расчет производительности и грузопроводящей способности подсистем в формализованном видеэто дает возможность не только определить в количественной мере параметры взаимодействия между элементами подсистем, но и дает возможность формировать структуры ИТТК с заранее заданными свойствами.

В четвертой главе представлена многокритериальная задача оптимизации структуры подсистем ИТТК и вычислительные схемы с использованием стоимостных и натуральных показателей, которые вводятся в решения как факторы ограничения или функции цели. Оптимизация проведена методами динамического программирования с использованием аддитивных и мультипликативных критериев.

Научная новизна исследования состоит в следующем: 1. Предложена концептуальная модель ИТТК как системы, включающей совокупность машин, механизмов и устройств по обслуживанию технологического процесса грузопереработки в транспортном узле.

2. Разработана математическая модель функционирования ИТТК, отличающаяся системным подходом к организации взаимодействия ее элементов и обеспечивающая непрерывность процесса грузодвижения между корреспондирующими пунктами.

3. Исследованы параметры взаимодействия между элементами ИТТК, на основании которых разработаны математическая модель и методика определения выходных параметров комплекса.

4. Разработаны алгоритмы и модель многокритериальной задачи оптимизации организационных структур ИТТК.

Практическая значимость исследования определяется тем, что результаты исследования направлены на повышение эффективности работы транспортных узлов, их грузопроводящей способности и снижение транспортных затрат, связанных с доставкой грузов потребителю.

Предметом защиты являются:

1. Концептуальная модель ИТТК как системы, включающей совокупность машин, механизмов и устройств по обслуживанию технологического процесса грузопереработки в транспортном узле.

2. Математическая модель функционирования ИТТК в организационном взаимодействии системы «поставщик — перевозчик — потребитель».

3. Параметры взаимодействия между элементами ИТТК.

4. Алгоритм, математическая модель и методика оптимизации организационных структур ИТТК.

Реализация результатов работы.

Научные положения диссертации, выводы и рекомендации использованы при расчете рациональной системы доставки угля от мест зарождения потока до обогатительных фабрик ОАО ОУК «Южкузбассуголь» и Новокузнецкого филиала «Талдинский угольный разрез» ОАО «Кузбассразрезуголь».

Диссертационные исследования выполнены в соответствии с «Программой экономического и социального развития Кемеровской области на 2005 — 2010 гг.». Результаты диссертационных исследований были использованы при разработке «Стратегии развития Кемеровской области до 2020 года».

Выводы по четвертой главе.

1. Для оптимизации структуры одноканальных систем ИТТК из-за недифференцируемости целевой функции наиболее рациональным является метод многомерного динамического программирования с вложенными циклами и итеративным поиском экстремума внутри цикла.

2. Обоснованы и реализованы следующие схемы оптимизации структуры подсистем ИТТК: достижение заданного уровня надежности (производительности) без учета затрат на достижение этого уровня и с учетом затрат на строительство и эксплуатацию системы, с учетом ограничения затрат на строительство и эксплуатацию, с учетом ограничения простоя вагонов в системе и по минимальным удельным затратам на единицу производительности системы. По каждой из предложенных схем разработана подробная вычислительная процедура и доказано существование экстремума.

Заключение

и выводы.

1. Введено понятие «интегрирующий транспортно-технологического комплекс» (ИТТК), который рассматривается как сложная система, интегрирующая следующие основные подсистемы: транспортные средства, грузовые фронты со средствами механизации погрузки и (или) выгрузки, средства перегрузки груза, основные склады, включая механизмы перевалки, пути, путевые устройства для железнодорожного транспорта, маневровые площадки и подъездные пути для автомобильного транспорта и др.

2. Основной концепцией управления ИТТК является синтез альтернативных вариантов, отличающийся переходом от фрагментарного планирования работы отдельных механизмов и устройств к интегрирующей системе взаимодействующих элементов, обеспечивающей реализацию непрерывного процесса грузодвижения между корреспондирующими объектами, выбор и реализация оптимального варианта структуры комплекса с использованием разработанных алгоритмов.

3. Основой создания равнонадежных ИТТК являются установленные количественные зависимости влияния параметров подсистем погрузки, разгрузки и периферии на выходные параметры ИТТК, что обеспечивает создание непрерывного процесса транспортировки груза между предприятиями и его первичными потребителями и снижение затрат на грузодвижение между предприятием-поставщиком и потребителем за счет сокращения или ликвидации складской инфраструктуры внутри комплекса.

4. Алгоритмы оптимизации структуры ИТТК, разработанные на основе теорий сложных систем, исследования операций, надежности и динамического программирования, базируются на принципах минимизации целевой функции суммарных приведенных затрат при функционировании трех подсистем: погрузки, транспортирования, выгрузки груза, осуществляющих непрерывный грузодвиженческий процесс с учетом ограничений как по внутренним взаимозависимостям между элементами, так и при взаимодействии с внешней средой.

5. Обоснованы и реализованы с использованием метода многомерного динамического программирования с вложенными циклами и итеративным поиском экстремума внутри цикла следующие схемы оптимизации структуры ИТТК: достижение заданного уровня надежности (производительности) без учета затрат на достижение этого уровня и с учетом затрат на строительство и эксплуатацию системыс учетом ограничения затрат на строительство и эксплуатациюс учетом ограничения простоя вагонов в системе и по минимальным удельным затратам на единицу производительности системы. По каждой из предложенных схем разработана подробная вычислительная процедура и доказано существование экстремума.

6. Адекватность обоснованных по результатам исследований структур и параметров ИТТК оценена на реальных объектах предприятиях ОАО «ОУК «Южкузбассуголь». Доказана целесообразность реализации концепции и принципов создания и эксплуатации интегрирующих транспортно-технологических комплексов. Эффективность рекомендуемых структур ИТТК достигается за счёт расположения предприятий по переработке в непосредственной близости от мест грузообразования, применения комбинированных схем транспортировки в зависимости от расстояний перевозки массовых грузов, применения рационального сочетания машин и оборудования по-грузочно-разгрузочных пунктов. Эффективность применения предложений диссертационной работы подтверждается актами внедрения на реальных объектах.