Моделирование транспортных систем при грузоперевозках

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 656.073.001.572 ББК 39.18.В6

М. С. Турпищева

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ ПРИ ГРУЗОПЕРЕВОЗКАХ

M. S. Turpishcheva MODELING OF CARGO TRANSPORT SYSTEMS

Анализируются методы моделирования транспортных грузопроводящих систем при перевозке грузов и их обработке на грузовых терминалах. Процесс представлен состоящим из совокупности локальных взаимосвязанных операций. Системные методы расчета с элементами дискретной математики (теория графов) позволяют описать состояние системы в динамике и найти рациональные управленческие решения.

Ключевые слова: логистика, грузоперевозки, моделирование.

The methods of modeling of transporting systems while freighting and handling at freight terminals are analyzed. This process is represented as consisting of a number of interconnected local operations.

The system calculation methods with elements of discrete mathematics (graph theory) allow us to describe the state of the system throughout the time and to find rational management decisions.

Key words: logistics, transportation, modeling.

Логистические модели, используемые при изучении процессов в транспортных системах [1], относятся к классу статических и не позволяют в явном виде оценить динамические свойства систем и их способы адаптироваться к изменениям внешней среды.

Логистические системы транспортировки грузов при мультимодальных перевозках включают перевалку, а иногда и переработку грузов на пути следования в транспортных узлах (станциях и терминалах). Особенность моделирования таких систем заключается в построении последовательности транспортных операций, совокупность которых удовлетворяет критерию безопасности и допустимому риску возникновения отказа системы как в целом, так и в отдельных её элементах.

Особый интерес представляют расчетно-экспериментальные вероятностные методы анализа, основным инструментом которых является вероятностное моделирование локальных состояний динамической системы с оценкой функций безопасности и риска отказа по соответствующим заданным критериям. Теоретическая и методическая база данного направления только начинает формироваться.

Процесс функционирования системы можно представить как совокупность некоторого множества отдельных элементарных процессов или локальных состояний, длительность каждого из которых определена некоторым заданным законом. Моменты окончания локальных процессов являются начальными моментами наступления тех основных событий, которые изменяют состояния транспортной системы для перехода в следующее локальное состояние.

К локальным процессам относятся процессы транспортировки, поступления на терминал очередных грузов, процессы ожидания груза, его перемещения и т. д., отображающие непрерывную последовательность состояний системы.

Обслуживание груза на терминале является локальным процессом, поскольку длительность обслуживания определяется соответствующим законом, заданным при описании системы. Локальный процесс обслуживания грузов на терминале является совокупностью подсистем (автотранспорт, терминал, судно, причал и т. д.). Процесс в подсистеме начинается не раньше, чем закончится предыдущий, если только подсистема одновременно обслуживает не более одной заявки.

В то же время элементарные процессы ожидания подсистемой поступления груза, ожидания грузом начала обслуживания и т. п., являются второстепенными, поскольку их длительность не определяется какими-либо конкретными законами, а зависит от законов поступления и обслуживания грузов и носит переходный характер.

Таким образом, процесс функционирования системы можно рассматривать как совокупность некоторого количества К последовательностей локальных процессов. Моменты окончания локальных процессов в каждой последовательности образуют свой поток тех основных событий, которые изменяют состояние системы. Естественно, одновременно с основными событиями в системе могут происходить и второстепенные события - как следствия основных событий.

Модель транспортного узла (ТУ) можно представить как систему со входом и выходом, имеющую характерные параметры, описывающие её состояние: где Х1, Х2 ... Хп - входные переменные (грузопотоки поступления); Y1, Y2 ... Ym - выходные переменные (грузопотоки отправления); Z\, Z2 ... Zl - характеристики состояния системы (качественные показатели системы); аь а2 ... ак - параметры системы (базовые характеристики системы); A, B, C, D - подсистемы (рис. 1).

ВНЕШНЯЯ

СРЕДА

ВНЕШНЯЯ

СРЕДА

Рис. 1. Общая схема построения модели транспортного узла

Для более четкого определения объектов, участвующих в работе транспортного узла, составляется граф, формализующий работу системы (рис. 2).

Рис. 2. Формализация динамической системы транспортного узла в виде графа

Вершины графа определяют состояние объектов и взаимосвязаны, подграфы каждого из графов описываются характеристиками, также представляющими собой локальные процессы в системе. Ребра графа выполняют функцию описания связей между объектами.

При сформировавшемся входном векторе грузового потока происходит построение орграфа транспортной сети, с последующей ее оптимизацией и расчетом вектора опасностей [2].

Для обеспечения работоспособности системы необходимо удерживать ее во множестве устойчивых состояний на заданном сроке эксплуатации системы. Принадлежность к этому множеству определяется вероятностными характеристиками: функцией безопасности ST,(t) и функцией риска ^£(0.

Функцию безопасности можно представить как вероятность устойчивости системы при возмущениях ее элементов:

S* (t) = P{t :var [Gl} ] е Qs} .

Функцию риска R£ можно представить как вероятность появления отказа в работе элементов системы при нарушении их устойчивости в системе:

RS(t) = P{t: H\var[Gij ]* Qs},

где var[Gij] - вариации состояний элементов системы; Qs - множество устойчивых состояний системы; Н - вектор опасностей; Р{} - вероятность события.

Функциональная модель транспортного узла включает в себя статические и динамические состояния системы продвижения грузопотока.

Под статическим состоянием системы подразумевается изменяющееся состояние объекта (терминал, порт, автодорога и т. д.), колебания основных параметров которого во временном интервале не оказывают достаточного влияния на систему в целом.

Динамические состояния элементов моделей характеризуются рядом параметров, изменяющихся во времени, при этом основные их свойства остаются неизменными (автомобиль, судно, груз, кран и т. д.). Необходимо отметить, что различные подсистемы могут находиться как в статическом, промежуточном, так и в динамическом состоянии. Переход из одного состояния в другое осуществляется с использованием переходной функции.

Подобная модель позволяет описывать вероятностные состояния транспортной системы, основываясь на статистических данных, используя расчетно-экспериментальные вероятностные методы анализа (рис. 2).

На рис. 2 приняты следующие обозначения: Г - граф системы «Транспортный узел (ТУ)», ПГ1, ПГ2, ПГ3, ПГ4, ПГ5 - подграфы системы: «Транспортная сеть (ТС)», «Грузопоток (Г)», «Транспортный терминал (ТТ)», «Условия перевозки (УП)», «Складское хозяйство (СХ)».

Каждый подграф системы, в свою очередь, имеет свои характеристики: маршрут (М), остановочные пункты (ОП), характеристика пути (ХП) - параметры подграфа «Транспортная сеть»; длина (ДЛ), ширина (ШИ), тип (ТИП) - подграфа «Транспортный терминал»; время (В), безопасность (Б), риски (Р) - подграфа «Условия перевозки»; тип (Т), транспортные характеристики (ТХ), условия перевозки (УП) - подграфа «Грузопоток».

Все подграфы и граф целиком испытывают влияние внешней среды и связаны с ней определенными отношениями. Описание связей между подсистемами и их взаимодействия при осуществлении логистических функций перевозки и переработки грузопотоков позволит формализовать процесс и определить наилучшие с точки зрения качества перевозочных услуг параметры системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алескеров Ф. Т., Хабина Э. Л., Шварц Д. А. Бинарные отношения, графы и коллективные решения. - М.: Изд. дом ГУ-ВШЭ, 2006. - 300 с.

2. Турпищева М. С., Синельщиков Е. В. Системные методы исследования процессов транспортировки грузов в смешанных перевозках // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2005. - № 2. - С. 95-97.

REFERENCES

1. Aleskerov F. T., Khabina E. L., Shvarts D. A. Blnarnye otnoshenlla, grafy l kollektivnye reshenlla [Binary relations, graphs and collective resolutions]. Moscow, GU-VShE Publ., 2006. 300 p.

2. Turpishcheva M. S., Sinel'shchikov E. V. Sistemnye metody issledovaniia protsessov transportirovki gruzov v smeshannykh perevozkakh [System approaches to investigation of the processes of freight handling in combined transportations]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2005, no. 2, pp. 95-97.

Статья поступила в редакцию 27.09.2012

ll

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Турпищева Марина Семёновна - Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, профессор; профессор кафедры «Подъемно-транспортные машины, производственная логистика и механика машин»; ctl@astu.org.

Turpishcheva Marina Semenovna - Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Sciences; Professor; Professor of the Department "Lifting-and-Shifting Machines, Industrial Logistics and Machinery Mechanics"; ctl@astu.org.