Оптимизация управления вагонопотоками предприятий

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ

Вип. № 12

2002р.

УДК 629.44:519.6

Гусев Ю.В.1

ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ВАГОНОПОТОКАМИ ПРЕДПРИЯТИЙ

Рассмотрена проблема управления еагонопотоками внутри предприятия и на стыке предприятие - внешняя сеть. Отмечена необходимость повышения эффективности методов принятия решений на стадии оперативного управления. Намечены пути решения поставленной проблемы и дано решение конкретной задачи.

Одним из важнейших направлений совершенствования управления перевозочным процессом на металлургических предприятиях является сокращение транспортных расходов и ее важнейшей составляющей - платы за пользование вагонами общесетевого парка.

Решение данной проблемы заключается в существенном уменьшении времени нахождения вагонов на предприятии. Это может быть достигнуто за счет развития и модернизации технических средств транспорта и совершенствования на этой основе технологии переработки ва-гонопотока. Однако этот путь требует значительных капиталовложений, что на данном этапе нереально. Другим направлением, более отвечающим современным условиям, является повышение уровня организации перевозочного процесса за счет создания информационной базы, использования оптимизационных методов принятия решений и, в конечном итоге, внедрения автоматизированной системы управления грузо-, вагоно- и поездопотоками предприятия.

Информационные системы внедряются на железнодорожном транспорте предприятий Украины с целью учета вагонов общесетевого парка. На данном этапе они охватывают только станции обеспечивающие прибытие и отправление вагонов на внешнюю сеть. Постепенно сфера действия и перечень функций этих систем увеличиваются.

Применение современных методов повышения эффективности управления сдерживается тем, что значительная часть знаний об объектах железнодорожного транспорта имеет опытный характер, а для применения классических методов оптимизации необходимо опираться только на формализованные данные.

Рассмотрим процесс обработки на предприятии вагонов общесетевого парка, начиная с момента прибытия и до момента готовности к отправке на внешнюю сеть более подробно.

Структурная модель отражающая прибытие с внешней сети к групп вагонов в количестве ТЧь.^к в моменты времени Т| ...Т^ и отправку на внешнюю сеть э групп вагонов в количестве М1...М8 в моменты времени Т |...Т :, представлена на рисунке 1. В ней вся транспортная сеть предприятия представлена в виде единого блока, на входе которого - сроки и количество прибывающих вагонов, а на выходе - сроки и количество вагонов готовых к отправке на внешнюю сеть.

МьТ! - - -^М] = тп+т12+...+т1к; Т'1

N2; Т2 - _пь1+т22+...+пЬ| : Т'2

1чГк;Тк - _иг, 1+П1,2+...+п14: Т\,

Рис. 1 - Структурно-временная модель оборота вагонов. Критерий функционирования системы - суммарные расходы всех подразделений железнодорожного транспорта и затраты за пользование вагонами общесетевого парка. Сокращение

1 ПГТУ, канд. техн. наук, доцент

эксплуатационных затрат, которые, во многом, зависят от времени работы локомотивов и продолжительности пользования вагонами общесетевого парка, достигается эффективным оперативным управлением продвижения вагонопотоков.

Цикл пребывания вагонов общесетевого парка на предприятии (рис. 2) включает: грузовые, коммерческие, погрузочно-разгрузочные и транспортные операции. В настоящей статье рассматриваются вопросы, связанные с совершенствованием транспортных операций. Это касается "стыковых потерь" характерных не только для магистрального транспорта, но и при переходе вагонопотока предприятие - внешняя сеть, а также между станциями внутри предприятия.

Станция примыкания внешней сети

Ст. Сортировочная

Грузовые и коммерческие операции

Расформирование поезда Формирование передач по цехам

Формирование "подач" Подготовка к выгрузке Ожидание готовности фронта выгрузки

Выгрузка

Регламентные работы после выгрузки Технический и коммерческий осмотр 3. Формирование певе-

1. Грузовые и коммерческие операции

2. Формирование поезда

1. Регламентные работы после погрузки

2. Формирование

передач

Погрузка

1. Формирование "подач"

2. Подготовка к погрузке

3. Ожидание готовности фронта погрузки

Ст. Сортировочная

Участковые станции _> < >

т т т

Рис.2 - Функциональная схема оборота вагонов общесетевого парка на предприятии

При оперативном управлении вагонопотоками осуществляется поиск оптимальных решений, очень часто в условиях информационной неопределенности. Большинство из них направлено на сокращение сроков обработки вагонов и простоев на станциях предприятия, связанных с ожиданием формирования вагонов в группу (маршрут) для перемещения к следующей технологической операции. Как показывает анализ и предварительные расчеты, сокращение простоя вагонов сопровождается увеличением времени работы локомотива. Это связано с тем, что, для уменьшения времени ожидания отправки со станции на станцию, осуществляют передвижение меньшего количества вагонов в группе (маршруте), как следствие, увеличивается время работы локомотивов, а иногда и их количество.

На станции, отправляющей порожние и груженые вагоны на внешнюю сеть, принятие решений осуществляется с учетом информации, имеющейся в базе данных система учета вагонов. Поэтому разработка методов решения задач для этой станции целесообразно выполнить в первую очередь. Одна из задач заключается в том, чтобы по известным значениям К! и Т, принять решение о варианте отправки на внешнюю сеть вагонов по мере их подхода на "выходную" станцию предприятия - малыми группами или после формирование большого маршрута. Для этого необходимо определить прогнозные значения тц,т12,...+т1к,Т'1; т21,т22,...,т2к,Т'2;...; т^Щй,...,!!!^,!^.

На основе полученных данных оптимизация формирования поездов возможна с использованием методов математического программирования. Математическая модель в этом случае имеет следующий вид.

Найти значения х^ - количество вагонов отправляемых на внешнюю сеть с ¡-й группой из тех, которые прибыли на предприятие с _)-й группой.

Целевая функция:

¿

¿=1 }=\

Система ограничений:

х1;<т1}С = 1,2,...,к)

х1; + х2] <т1}+т2]{] = 1,2,...,к)

х1; + х2; + х3; < тХ] + т2] +тЪ]

< *

!=1 !=1

Р; = 0, еслитп +тп+... + тш < Жкр, иначеР1 = 1

хп +х12 + ... + хг, >£> [хц>0

где А[Т) - функция стоимости за пользование вагона за период времени Т,

Б - минимальное количество вагонов в группе отправляемых на внешнюю сеть;

Зл - затраты на использование локомотива по транспортировке вагонов на станцию примыкания,

\¥кр - количество вагонов необходимое для отправки маршрутом при сниженном тарифе;

А[ - коэффициент снижения тарифа при отправке маршрута,

ДП - дополнительная прибыль при отправке маршрута (от сокращения срока доставка груза, уменьшения времени оборота вагонов),

п - количество передач на станцию примыкания (в том числе маршрутов).

По результатам найденного решения можно сделать вывод о том, сколько и каких вагонов следует отправить на станцию примыкания в моменты времени Т'ь Т'2 и т.д.

Сформулированную в таком виде задачу при некоторых допущениях можно свести к задаче линейного программирования и построить алгоритм поиска оптимального решения при указанной системе ограничений.

От того насколько точно будут спрогнозированы сроки выхода с предприятия групп вагонов (груженых или порожних) решающим образом зависит качество принимаемых решений диспетчерским аппаратом. Однако эти вопросы весьма сложны и требуют серьезных исследований.

Частным случаем рассматриваемой задачи является принятие решения о необходимости ожидания очередной группы вагонов для формирования маршрута. При этом известны:

— количество вагонов в первой группе (ть т2, ..., тп) и продолжительность их нахождения на путях предприятия ^ь 12, ..., и ;

— прогнозное значение срока прибытия второй группы вагонов для формируемого маршрута (Т0) и доверительный интервал прогноза (АТ);

— минимальное и "льготное" количество вагонов в маршруте (М);

— снижение тарифа за отправку "льготного" маршрута;

— затраты на использование локомотива при транспортировке вагонов на станцию примыкания;

— прогнозное значение вагонов во второй группе (хь х2, ..., хп) и продолжительность их нахождения на путях предприятия (ть т2, ..., тп).

Исходя из данных предположений и зная функцию ставок за пользование вагонами - f(T) можно рассчитать плату за пользование вагонами при известной продолжительности ожидания второй группы вагонов:

для первой группы - сразу после готовности к отправке на внешнюю сеть и после ожидания второй группы;

для второй группы:

для маршрута из двух групп.

Продолжительность ожидания второй группы вагонов (Тож) можно определить из равенства затрат на отправку по частям или маршрутом. Решение данного уравнения возможно при установлении продолжительности нахождения вагонов второй группы на путях предприятия. Это значение можно ориентировочно оценить из зависимости

S Щ  fit, + Тож) < АП + + 2ш,  /

Если каждая группа состоит вагонов, имеющих одинаковый срок пребывания на предприятии, то формула преобразуется к виду

f4+ToJ^-L д Т-1-•

т.

При наиболее благоприятном варианте, когда простой второй группы вагонов, совпадает

с этой величиной для первой группы т = t, зависимость имеет вид , s А/7+3 +

т

'М/)

При наиболее неблагоприятном варианте, когда вагоны второй группы прибыли на предприятие одновременно с вагонами первой группы г = X + Тож, зависимость имеет вид

т. - А / • [т + х)

т 25

с с

а. -

«

с а.

о н а я

S S

сз И S

20

15

о

Я

§

и а

03 <и о

а

U

<и У S н S а. £

10

>— >—

— >— — >— / 1—4 J / 1— s—s 1—

—1 II N 1. >—< — i— i— i—ц \ t—4 1 Ы

—1 h 1 м i—i i—i i—i I—I I—I 1—1 II I I H / i—i II 11 r w s—* i—i

1 'ъ (—> i—  -f e—> N г-т! w b—l H !-i и s—i r—i f-i— <—s s—a > 6—

1 g )—i <-> S—i \ / e—-Э i- £—> i—i >-6 i—« i- 5—€ >—e i >—

Hi Й l~1 >—e ft. Э-С и i и и I—I / (—4 1— 1—I i—< M 1—

1 II l-l

5 10 15 20

продолжительность пребывания вагонов на путях

предприятия,ч

25

Рис. 3 - Номограмма расчета критического времени ожидания второй группы вагонов.

Выполненные преобразования приводят к достаточно простым уравнениям, позволяющим оценить возможное время ожидания второй группы вагонов.

Нахождение решений возможно не только на ЭВМ, но и с использованием номограмм или специальных таблиц. Для случая, когда ДП = О, Зл = 60 грн., т + х = 50 вагонов, Af = 0,1 -номограмма определения критического времени ожидания второй группы вагонов представлена на рис. 3. При продолжительности пребывания вагонов на предприятии более 24 часов зависимость имеет вид

33,3 / , ч 50 - 0.89 • т

Тож< — + ^~ 16)--.

т т

Выводы

1. Внедрение современных информационных технологий в сфере управления перевозочным процессом на промышленном железнодорожном транспорте является весьма актуальным в современных условиях хозяйствования, особенно в рамках существующего регулирования платы за использование вагонов других собственников.

Предприятиями создаются и развиваются информационные системы на транспорте. Естественный переход от информационных систем к управляющим сдерживается не только слабым техническим оснащением, но и отсутствием математического обеспечения процесса принятия решений по управлению грузо-, вагоно- и поездопотоками.

2. Недостатки в управлении перевозками приводит к значительным издержкам связанным с перепростоем вагонов общесетевого парка и увеличенным расходом энергоресурсов. Анализ схемы оборота вагонов свидетельствует о большой доле "стыковых потерь", связанных с передачами вагонов со станции на станцию и обменом с внешней сетью.

3. Поиск оптимального варианта отправки вагонов на внешнюю сеть может быть осуществлен с применением методов математического программирования и наличии алгоритма прогнозирования подхода вагонов к "выходной" станции предприятия.

Вопрос о целесообразности ожидания очередной группы вагонов решается более простыми методами, а при ряде допущений решение находится графически из номограммы или простым вычислением по аналитической зависимости.

Перечень ссылок

1. Парунакян В.Э., Гусев Ю.В., Гонтовой В.Г. Исследование процесса обработки вагонопотока с сырьем грузовой станции металлургического завода в переходные периоды // Вюник При-азов. держ. техн. ун-ту: 36. наук, пр.- Мар1уполь, 2001. - Вип.11. - С.285-289.

2. Козлов П. От информационных систем к управляющим // Железнодорожный транспорт. -1999. -№ 9.-С. 26-29.

Гусев Юрий Вячеславович. Канд. техн. наук, доцент, окончил Челябинский педагогический институт в 1970 году. Основные направления научных исследований - информационные технологии на промышленном транспорте, автоматизация управления транспортом предприятий.

Статья поступила 15.03.2002