Методика обоснования структуры парка оборудования для склад ского комплекса промышленного предприятия на основе имитационного моделирования

2. Глухов, В.В. Стратегический менеджмент инновационного предприятия [Текст] / В.В. Глухов, А.М. Зобов, Е.А. Какаева, Б.Н. Киселев, А.В. Козлов. -М.: ГУУ, 2009. - 387 с.

3. Градов, А.П. Стратегии промышленного предприятия: структура, функции, процессы, внешняя среда [Текст] / А.П. Градов, И.В. Ильин, С.Б. Сулоева. -

СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. - 551 с.

3. Колемаев, В. А. Математическая экономика [Текст] : учебник для вузов / В.А. Колемаев. - М.: ЮНИТИ, 1998. - 240 с.

4. Российская государственная статистика [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gks.ru/ bgd/free/B09_00/Main.htm

УДК 338.312, 658.78.06

А.Е. Рада ев, В.В. Кобзев

МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПАРКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СКЛАДСКОГО КОМПЛЕКСА ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

На этапе микропроектирования складского хозяйства промышленного предприятия, связанного с принятием тактических решений в рамках каждого отдельного склада в проектируемой складской сети (касающихся объемно-планировочного решения, мощности склада, численности персонала и т. д.), одна из наиболее важных - задача формирования структуры парка подъемно-транспортного оборудования (ПТО), поскольку именно оно в значительной степени определяет производительность работы складского объекта, а значит, и прибыль, получаемую на этапе эксплуатации складского хозяйства промышленного предприятия.

Применяемые для решения указанной задачи аналитические методы, а также их преимущества и недостатки изложены в источниках [2-7]. Данные методы имеют ограниченную точность ввиду отсутствия учета многих факторов, связанных с функционированием объекта (особенности планировочного решения, режим сменности на объекте, отказ оборудования и т. д.), и потому не могут в полной мере обеспечить адекватность принимаемых управленческих решений.

Экономико-математическая постановка задачи формирования структуры парка оборудования для конкретной технологической зоны складского комплекса промышленного пред-

приятия предполагает наличие п возможных вариантов оборудования, осуществляющих соответствующие складские операций над т видами продукции, проходящими через данную технологическую зону. При этом по результатам переговоров с потенциальными поставщиками и потребителями в соответствующем географическом регионе получены:

- приемлемые значения выручки с одной грузовой единицы для каждого г-го вида продукции, г = 1, т;

- наибольшие О™ и наименьшие О™ значения грузооборота за рассматриваемый период для каждого г-го вида продукции;

- соотношения между фондами времени ПТО для обработки различных видов продукции, характеризующиеся коэффициентами приоритет-

т

ности Р,., удовлетворяющими условию ^ в, = 1;

г = 1

- приемлемые значения интервалов времени между поставками/отгрузками товаров и связанных с ними коэффициентов оборачиваемости к1 для каждого г-го вида продукции.

Для имеющихся п вариантов подъемно-транспортного оборудования известны:

- средняя длительность цикла обработки одной грузовой единицы каждого г-го вида про-

дукции (г = 1, т) каждым у-м вариантом подъемно-транспортного оборудования (у = 1, п);

- эффективный фонд времени работы Ту за рассматриваемый период каждого у-го варианта складского оборудования;

- затраты на заработную плату операторов сзп и техобслуживание сто, а также амортизационные отчисления сам за рассматриваемый

период, приходящиеся на единицу каждого у-го варианта оборудования;

- арендные платежи сар за рассматриваемый

период, приходящиеся на единицу каждого у-го варианта складского оборудования;

- доля а арендуемых единиц каждого у-го варианта складского оборудования (аренда подъемно-транспортного оборудования реализуется при больших капитальных затратах на единицу техники для уменьшения размера упущенной выгоды при изменении спроса на товары).

Вместимость склада при этом составляет К грузовых единиц. Необходимо определить оптимальное количество Ху располагаемых вариантов оборудования (у = 1, п) в данной технологической зоне складской системы, обеспечивающее наибольшую величину разницы между выручкой от переработанных данным оборудованием грузовых единиц и затратами на складскую технику. При этом искомые величины ограничены сверху и снизу:

< x < xm

где xmm, xmax

соответственно минимальное

1 1

и максимальное количество у-го варианта оборудования,

Х™ = 0, Хта — шш(Я/, Я;кл),

Я - количество у-го варианта оборудования у продавца/арендодателя; Я™ - предельное количество у-го варианта оборудования, обусловленное особенностями объемно-планировочного решения рассматриваемой технологической зоны склада.

Целевая функция, характеризующая разницу между выручкой от операций грузопереработки

и затратами на подъемно-транспортное оборудование в рассматриваемой технологической зоне склада, имеет вид

m n

V(х)- С(х) = X v, X Рц  xj -i = i j = i

- X (jx, + (j + j )x' + jx') ^ max,

¿—i - j j - j j y j j j y '

j = i

где р, — производительность j-го варианта складского оборудования при обработке грузовых единиц i-го вида продукции в течение рас-

6. T

"i ! ' Н

сматриваемого периода, р, =

t,

x j, x j — ко-

личества соответственно собственного и арендуемого подъемно-транспортного оборудования у-го варианта,

^ГГ _ г п у _ ^ ^

Ху — уХу ^ Ху = Ху — Х ' ,

(квадратные скобки означают результат округления соответствующего значения до ближайшего целого).

Ограничения по грузообороту, обеспечиваемому различными вариантами оборудования в конкретной технологической зоне склада за рассматриваемый период, имеют вид

ог < Хр-Ху < ог, г—1т.

у—1

Ограничение по вместимости склада может быть записано в виде

X

X Р.

j=1

x. j j

< K.

Поскольку искомыми величинами являются количества различных вариантов подъемно-транспортного оборудования, переменные Ху должны быть целочисленными (ху- е N, N - множество натуральных чисел). Оптимальные значения упомянутых переменных обеспечат наибольшую разницу между выручкой от складских операций и затратами на складское оборудование, а также покажут, какие варианты оборудования являются неэффективными для установ-

i = 1

ленных исходных данных. При подобной постановке задача формирования структуры парка оборудования может быть решена с использованием ЭВМ в программе Microsoft Excel с помощью надстройки «Поиск решения». Однако здесь, как и в указанных ранее аналитических методах, не учитываются особенности работы ПТО и планировки объекта, что несколько снижает точность получаемых результатов.

Поскольку основная проблема указанных ранее методов связана с отсутствием учета особенностей работы оборудования, для решения задачи формирования структуры парка оборудования предложено использовать имитационное моделирование (ИМ), обеспечивающее высокую точность за счет возможности детального «проигрывания» моделируемой системы [8]. При этом основной недостаток ИМ обусловлен большими временными затратами на создание соответствующих имитационных моделей.

Предлагаемая в данной статье методика формирования структуры парка оборудования для складского комплекса промышленного предприятия предполагает применение дискретно-событийного подхода [1] в области ИМ, основанного на представлении исследуемой системы в виде потока однородных пассивных объектов (заявок), обрабатываемых активными объектами (ресурсами) в соответствии с заданными в рамках системы технологическими процессами. Приведем основные этапы формирования методики:

1. Сбор и анализ исходных данных об исследуемом объекте.

2. Выбор программной среды ИМ.

3. Разработка имитационной модели в выбранной программной среде.

4. Планирование экспериментов над разработанной имитационной моделью.

5. Анализ полученных результатов.

Блок-схема, отражающая структуру методики, представлена на рис. 1.

В соответствии с представленной блок-схемой дадим краткую характеристику основных этапов методики.

При выборе программной среды ИМ необходимо ориентироваться на программные продукты, предназначенные для разработки соот-

ветствующих моделей на основе дискретно-событийного подхода (на такие, как Arena, SIMSCRIPT, SLAM, SIMAN, AweSim, AnyLogic и др.).

При разработке имитационной модели в качестве входных параметров целесообразно назначать организационные параметры (режим работы склада, время прибытия транспортных средств на разгрузку и загрузку, количество и технические характеристики складского оборудования, вероятностные параметры возникновения нештатных ситуаций и т. д.), а также организационно-экономические параметры (тарифы на складские услуги, затраты на техобслуживание единицы ПТО и т. д.). В качестве выходных параметров удобно назначать параметры производительности (количество загруженных и недозагруженных в склад грузовых единиц, время разгрузки и загрузки транспортных средств и т. д.), а также параметры экономической эффективности (выручка от оказания складских услуг, затраты на хранение грузов, содержание парка ПТО и т. д.), относящиеся к конкретному временному периоду.

Реализация имитационных экспериментов предполагает осуществление ряда прогонов соответствующей модели в течение заданного промежутка модельного времени с фиксацией значений выходных параметров как в процессе прогона, так и по его окончании при различных значениях входных параметров.

Выбор наилучшего варианта структуры парка ПТО предполагается осуществлять на основе данных об оптимальном количестве оборудования, полученных по результатам прогонов имитационной модели для каждого альтернативного варианта ПТО (из предварительно сформированного перечня) по следующим критериям: максимизация производительности; минимизация капитальных затрат на оборудование; минимизация текущих затрат на содержание оборудования; максимизация разности выручки от складских операций и текущих затрат на содержание оборудования; комплексный критерий качества и т. д.

Предложенная методика обоснования структуры парка складского ПТО была применена на реальном объекте - секции складского

Рис. 1. Структура методики формирования парка складского ПТО

комплекса компании ООО «Энерго» для хранения продукции, поступающей на паллетах без перекомплектации [9]. В системе работает два вида оборудования: транспортировщики паллет, осуществляющие разгрузку и загрузку транспортных средств, а также высотные шта-белеры, осуществляющие загрузку и выгрузку паллет из зоны хранения.

Имитационная модель объекта разработана в среде ИМ AnyLogic с помощью библиотеки дискретно-событийного моделирования Enter-

prise Library. Фрагмент диаграммы технологии складирования, маршруты и технологические зоны, а также анимация имитационной модели объекта представлены на рис. 2. При этом длительность прогнозируемого промежутка модельного времени соответствовала апрелю 2010 г.

Определение оптимального количества складского ПТО осуществлялось в пределах каждой технологической зоны, выделенной в рамках исследуемого объекта, путем реализации

а)

Генерация транспортных средств

пеЬчогк5(

Определение типа транспортного средства по назначенному условию

Перемещение ГЕ транспортировщиками паллет в зону промежуточного хранения при разгрузке транспортных средств

Рис. 2. Компоненты имитационной модели исследуемого объекта: а - фрагмент потоковой диаграммы, описывающей последовательности складских процессов; б - совокупность технологических зон и маршрутов, формирующих сеть модели; в - анимация имитационной модели

предусмотренных в программе AnyLogic экспериментов варьирования параметров, заключающихся в последовательных прогонах моделей с изменением одного или нескольких входных параметров в заданном диапазоне. Результаты экспериментов варьирования количества транспортировщиков паллет ВТ LPE-200 и высотных штабелеров ВТ ИИЕ-180 Е/С представлены на рис. 3, а. Упомянутые марки ПТО соответствуют наилучшему варианту оборудования по критерию минимизации капитальных затрат. Из рисунка видно, что зависимости количества недозагруженных в склад паллет стабилизируются при достижении соответственно двух транспортировщиков паллет и четырех высотных штабелеров. Указанная структура парка оборудования оптимальна для рассматриваемой системы, поскольку обеспечивает потребную производительность при минимальных капитальных затратах на оборудование.

Также произведен экономический анализ складского комплекса на предмет целесообразности увеличения количества оборудования при увеличении грузооборота. Результаты эксперимента варьирования интервала времени между прибытиями транспортных средств при различных значениях количества оборудования представлены на рис. 3, б. Из данного рисунка можно сделать вывод, что пропускная способность системы нелинейно зависит от количества ПТО и имеет определенный предел.

Для каждой полученной пары значений количества оборудования и минимально допустимого интервала времени между прибытиями транспортных средств путем прогонов имитационной модели определены значения экономических показателей (выручки, общих затрат, а также разности двух последних параметров) за моделируемый промежуток времени. Результаты имитационных экспериментов приведены на рис. 3, в.

а) в

- -•- тран -•- KI.II.> портировщики паллет мыс штабсмсры

1

\ / -

Л —

б) _

О 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 Количество оборудования, шт

Рис. 3. Результаты экспериментов, реализованных в рамках разработанной имитационной модели: а - графики зависимостей недозагруженных в склад грузовых единиц от количества различных видов ПТО; б - графики зависимостей минимально допустимого интервала между прибытиями транспортных средств от количества различных видов ПТО; в - графики зависимостей экономических показателей от количества

различных видов ПТО

У транспортировщиков паллет наблюдается стабильный рост разности общей выручки и затрат на всем диапазоне количества оборудования вследствие малых затрат на техобслуживание и амортизацию, а также относительно небольшой длительности цикла работы оборудования. У высотных штабелеров наблюдается максимум разности общей выручки и затрат, соответствующий семи единицам оборудования, вследствие аренды части парка ПТО, относительно больших затрат на техобслуживание и амортизацию, большей длительности цикла работы оборудования, а также особенностей соответствующего технологического процесса (например, невозможности одновременной работы более двух единиц ПТО в одном стеллажном проходе). Величина грузооборота, соответствующая указанному количеству высотных штабелеров, предельна для рассматриваемого складского комплекса.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

- разработана экономико-математическая модель для решения задачи формирования

структуры парка оборудования для определенной технологической зоны складского комплекса промышленного предприятия, позволяющая определить оптимальное количество определенных типов оборудования, при котором наблюдается максимальная разность между выручкой от складских операций и затратами на оборудование;

- предложена методика обоснования структуры парка оборудования для складского комплекса промышленного предприятия на основе имитационного моделирования в среде Апу-Logic, обеспечивающая высокую точность результатов за счет учета особенностей планировки объекта, работы ПТО и реальных величин входящих и выходящих грузопотоков;

- произведена реализация предложенной методики на реальном объекте - складском комплексе компании ООО «Энерго», по результатам которой сформированы рекомендации относительно марок и количества оборудования в различных технологических зонах объекта, а также предельной производительности системы в целом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Борщев, А.В. Практическое агентное моделирование и его место в арсенале аналитика [Текст] /

A.В. Борщев // Exponenta PRO. - 2004. - № 3-4 (7-8). -С. 38-47.

2. Бочкарев, А.А. Управление качеством [Текст]: учеб. пособие / А.А. Бочкарев. - СПб.: Питер, 2005. -30 с.

3. Козловский, В.А. Производственный менеджмент [Текст] : учеб. пособие / В.А. Козловский,

B.В. Кобзев; под общ. ред. проф. В.В. Кобзева. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. - 356 с.

4. Лукинский, В.С. Модели и методы теории логистики [Текст]: учеб. пособие / В.С. Лукинский. - 2-е изд. - СПб.: Питер, 2007. - 448 с.

5. Пашков, А.К. Складское хозяйство и складские работы [Текст]: учеб. пособие / А.К. Пашков,

Ю.Н. Полярин. - М.: Академкнига, 2003. - 366 с.

6. Пилипчук, С.Ф. Логистика предприятия. Проектирование складской логистической системы предприятия [Текст]: учеб. пособие / С.Ф. Пилипчук. -СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. - 231 с.

7. Соколицын, С.А. Организация и оперативное управление машиностроительным производством [Текст]: учеб. для вузов / С.А. Соколицын, Б.И. Кузин. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. - 527 с.

8. Толуев, Ю.И. Имитационное моделирование логистических сетей [Текст] / Ю.И. Толуев // Логистика и управление цепями поставок - 2008. - № 2(25). -С. 53-61.

9. Официальный сайт компании «Энерго» [Электронный ресурс] / ООО «Энерго». - 2010. - Режим доступа: http ://www.energo -logistic.ru/