Управление вагонопотоками в промышленных транспортных системах

ТРАНСПОРТ И ТРАНСПОРТНЫЕ ПЕРЕВОЗКИ

УДК 656.223.2

Осинцев Н.А., Рахмангулов А.Н.

УПРАВЛЕНИЕ ВАГОНОПОТОКАМИ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМАХ

Аннотация. В статье представлены результаты анализа грузо- и вагонопотоков в промышленных транспортных системах металлургических предприятий. Предложена система и методы управления вагонопотоками в промышленных транспортных системах, основанные на использовании логистических принципов.

Ключевые слова: промышленная транспортная система, вагонопотоки, логистика, методы, информационные технологии.

Osintsev N.A., Rakhmangulov A.N.

RAILCAR FLOW MANAGEMENT IN INDUSTRIAL TRANSPORT SYSTEMS

Abstract. The results of the analysis of freight and wagon traffic on the industrial transport systems. Provides a system and methods of control in the industrial and wagon transport systems based on the use of logistics principles.

Keywords: industrial transport system, railcar flow, logistic, methods, information technology.

В настоящее время сложились пять основных способов организации непосредственного транспортного обслуживания производства [1, 2]:

1. На договорной основе - по согласованным графикам (для крупных предприятий) или по готовности очередной транспортной партии (предприятия с небольшими объемами перевозок). Заключение договоров на транспортное обслуживание осуществляется отдельно с каждым производственным предприятием.

2. Доставка грузов «от двери до двери» (формируются транспортно-технологические (интермодальные и мультимодальные) системы, в границах которых оператор перевозок организует процесс доставки грузов и отвечает за его результаты). Способ не предусматривает непосредственного транспортного обслуживания производства, при формировании транспортно-технологических систем не учитываются дополнительные затраты на доставку груза «от двери» получателя до технологического агрегата.

3. По системе «точно в срок». Доставка грузов осуществляется в специально оговоренное контрактом время.

4. По системе «точно ко времени производства». Доставка грузов и внутренние межцеховые перевозки (отгрузка готовой продукции) согласованы с технологическим производственным процессом обслуживаемых предприятий.

5. На основе принципов логистики (транспорт рассматривается в качестве составной части единого процесса производства, хранения и распределения товаров).

Наиболее эффективным является способ транспортного обслуживания производства, основанный на реализации логистических принципов, поскольку позволяет определить оптимальные параметры всех логистических потоков между всеми участниками логистической цепи во взаимосвязи и обеспечить соблюдение этих параметров в процессе продвижения потоков. Однако реализация такого способа затрудняется отсутствием в настоящее время эффективных организационных форм взаимодействия участников логистического процесса.

В работах [1,2] отмечается, что все виды транспорта общего и необщего пользования пока еще не составляют организованного целого. Территориальная организация транспорта и организация грузовых перевозок слабо корреспондируют с территориальной организацией производства. Сложившиеся структура и функции управления транспортом, организация грузовых перевозок и применяемый способ транспортного обслуживания предприятий стали неадекватно соотноситься с современной организацией процесса производства, что приводит к росту затрат на транспортное обслуживание в себестоимости продукции промышленных предприятий. Суммарные годовые потери для промышленной транспортной системы (ПТС), включающей в себя несколько десятков промышленных станций и перерабатывающей 2-3 тыс. вагонов в сутки, составляют 70-80 млн руб. в год, или более 20% общих затрат, связанных с оборотом вагонов [2,3].

Пооперационный анализ оборота вагонов в промышленных транспортных системах предприятий позволил выявить наличие значительных отклонений параметров вагонопотоков от нормативных, предусмотренных Единым технологическим процессом (ЕТП). Фундаментальной причиной возникновения таких потерь является высокая сложность оперативного планирования и управления маршрутами движения вагонопотоков в условиях колебания уровня загруженности всех элементов ПТС, а также высокой неравномерности параметров вагонопотоков (см. рисунок).

Возрастание времени оборота вагонов является следствием не столько увеличения задержек в обработке вагонов из-за занятости элементов путевого развития и локомотивов, сколько результатом слабого контроля и нерационального управления продвижением вагонопотоков, в частности, результатом недостаточной согласованности решений по формированию поездов и передач в ПТС. Это приводит к увеличению доли затрат времени, приходящегося на операции движения вагонов в составе поездов, сформированных без учета оперативной загруженности элементов ПТС.

Крытые Полувагоны Платформы Прочие Хопперы Всего

Число вагонов I шррлнрр время оборота, ч * Среднеквадр. отклонение времени оборота

б

ОАО "РЖД" Арендованные Собственные Собственные Собственные Арендованные Арендов энные у Всего

компаний компаний предприятия предприятием предприятия

операторов операторов

Число вагонов I 1Срелнее время оборота, ч —^^Среднеквадр. отклонение времени оборота

В

Результаты анализа статистических характеристик времени оборота вагонов: а - по роду груза, б - по типу вагона; в - по форме собственности подвижного состава

Анализ работы ПТС металлургических предприятий показывает, что промышленные станции, входящие в состав ПТС, обладают резервом пропускной и перерабатывающей способности (табл. 1). Однако исследования маршрутов движения и параметров вагонопото-ков позволили выявить следующие недостатки [2-4]:

• высокая неравномерность как параметров ваго-нопотоков, так и степени загруженности технологических железнодорожных станций;

• движение вагонов по нерациональным маршрутам;

• наличие маршрутов движения порожних вагонов без грузовых операций на пути необщего пользования.

Таблица 1

Значения статистических параметров маршрутов движения вагонов в ПТС

Параметры Значение параметров для мощности вагонопотока

до 10 ваг. от 10 до 100 ваг. более 100 ваг.

Число регулярных маршрутов 1432 296 101

Число вариантов маршрутов 1824 963 1623

Общее число вагонов, движущихся по всем маршрутам 3633 10052 98385

Максимальная мощность вагонопотока маршрута 10 100 15489

Максимальное число вариантов одного маршрута 7 18 77

Максимальное время прохождения маршрута, ч 2619,9 1384,41 2470,92

Минимальное время прохождения маршрута, ч 5,08 19,3 39,7

Среднее время прохождения маршрута, ч 112,49 118,3 366,4

Дисперсия времени прохождения маршрута (средняя / максимальная) 1355 / 680677 4678,61 / 382981 14498 / 145323

Среднее квадратическое отклонение времени прохождения маршрута (среднее / максимальное) 7,32 / 825,1 27,09 / 618,8 82,14 / 381,2

Коэффициент вариации (средний / максимальный) 0, 06 / 1,49 0,25 / 1,87 0,66 / 2,94

Коэффициент неравномерности времени прохождения маршрута (средний / максимальный) 1,06 / 2,49 1,25 / 2,87 1,66 / 3,94

Пример маршрута движения вагонов с нерациональными участками

Мощность маршрута/ Время Маршрут следования и временные интервалы нахождения вагонов на каждой станции маршрута

381 ваг. М.КУЙБАС - РУДНАЯ (Выгрузка [Аглоруда]) -ТОНКОЛИСТОВАЯ - ВХОДНАЯ - КОЛЬЦЕВАЯ -ТОПЛИВНАЯ - КОЛЬЦЕВАЯ - ВХОДНАЯ -ТОНКОЛИСТОВАЯ - ВХОДНАЯ - СОРТИРОВОЧНАЯ

(Погрузка[Рамы])-СОРТИРОВОЧНАЯ(Погрузка[Стапь]) -ЗАПАДНАЯ - СТАЛЬНАЯ -ЗАПАДНАЯ -СОРТИРОВОЧНАЯ - ВХОДНАЯ - ПЕРЕДАЧА

Время, ч [0,00] [36,42] [2,92] [6,83] [0,07] [0,00] [25,25] [0,08] [7,25] [15,58] [0,02] [31,33] [105,67] [2,67] [52,92] [0,00] [0,08] [0,33] [0,00]

В представленном примере в маршруте имеются два нерациональных участка движения ТОН-ВХО-КОЛ-ТОП-КОЛ-ВХО-ТОН-ВХО до момента погрузки и ЗАП-СТА-ЗАП-СОР после погрузки. Суммарные потери времени при движении по нерациональным участкам рассматриваемого маршрута соответственно составляют 55,06 ч (20977 ваг.-ч) и 55,67 ч (21210 ваг.-ч).

Основные причины возникновения задержек в переработке вагонопотоков имеют организационную и информационную природу [2-4, 6]:

• недостаточный контроль параметров маршрутов (вагонопотоков);

• недостаточный контроль использования порожних вагонов в ПТС;

• недостаточная согласованность в работе маневровых диспетчеров.

Детализация причин и технологических последствий задержек в переработке вагонопотоков в ПТС ряда крупных металлургических предприятий позволила выявить следующие критические, с точки зрения снижения эффективности, объекты контроля:

1. Маршруты движения вагонопотоков. Продвижение вагонопотоков по маршрутам, включающим технологические железнодорожные станции с низкой величиной резерва пропускной и перерабатывающей способности, увеличивает время оборота вагонов.

2. Вагонопотоки порожних вагонов, с которыми в ПТС не выполнялись грузовые операции. При

больших объемах перевозок и недостаточном контроле порожних вагонопотоков поданные на предприятия порожние вагоны зачастую отправляются на пути общего пользования в порожнем состоянии.

3. Вагонопотоки, характеризующиеся значительной неравномерностью как по мощности, так и по времени оборота в ПТС. Управление такими «нестандартными» вагонопотоками требует применения регулировочных решений, корректировок стандартной технологии, что в условии недостаточного информационного обеспечения и согласованности работы диспетчеров приводит к ещё большему увеличению отклонений параметров таких потоков от средних значений и, в итоге, к колебаниям величин резервов пропускной и перерабатывающей способности технологических станций и задержкам в продвижении вагонопотоков.

4. Вагонопотоки на полигоне примыкания ПТС к магистральному железнодорожному транспорту. Рассогласованность в подводе вагонов и грузов на предприятие с фактической потребностью в них приводит к задержкам отдельных струй вагонопотоков либо на станции примыкания, либо на промышленных станциях ПТС.

С целью повышения эффективности управления грузо- и вагонопотоками авторами предлагается система мероприятий, нацеленная на устранение причин возникновения затрат и задержек в переработке грузо-и вагонопотоков в ПТС (табл. 2).

Таблица 2

Система мероприятий по повышению эффективности управления грузо- и вагонопотоками в промышленных транспортных системах

Группа мероприятий Мероприятие Устраняемое ограничение Основная причина возникновения ограничения Ориентировочные потери в результате действия ограничения, тыс. руб./мес Логистические методы управления вагонопотоками в ПТС

Полностью устраняемые ограничения Согласованный подвод вагонов в адрес предприятия Простои вагонов на полигоне примыкания ПТС к магистральному железнодорожному транспорту Недостаточное взаимодействие между железнодорожным транспортом предприятия и ОАО «РЖД» по управлению вагонопотоками на полигоне примыкания 1500-2500 Реализация метода контроля вагонопотоков на полигоне взаимодействия ПТС с сетью железных дорог общего пользования

Контроль маршру-товдвижения порожних вагонов в ПТС Маршруты движения порожних вагонов без грузовых операций в ПТС Отсутствие контроля использования порожних вагонов в ПТС 300-700 Реализация метода контроля порожних вагонопотоков в ПТС

Минимизируемые ограничения Управление маршрутами движения вагонов с учетом оперативного уровня загруженности железнодорожных станций Движение вагонов по нерациональным маршрутам Рассогласованность действий маневровых диспетчеров на технологических железнодорожных станциях ПТС 1800-2600 Реализация метода информационного представления системы вагонопотоков как объекта управления, а также метода оценки резервов пропускной и перерабатывающей способности промышленных станций на основе теории нечетких множеств

Контроль вагонопотоков по отдельным грузам Неравномерность параметров вагонопотоков и загрузки железнодорожных станций Недостаточный контроль параметров вагонопотоков, а также высокая неравномерность параметров вагонопотоков 1000-1500 Реализация метода контроля статистических параметров системы вагонопотоков

Разработанная система мероприятий состоит из четырех частей, объединенных в две группы:

- первая группа предполагает полное устранение как самих ограничений в переработке вагонопото-ков, так и причин возникновения этих ограничений. К группе полностью устраняемых мест возникновения ограничений относятся простои вагонов на полигоне примыкания ПТС к магистральному железнодорожному транспорту, а также продвижение в ПТС порожних вагонов без выполнения грузовых операций;

- вторая группа мероприятий нацелена на минимизацию времени простоя вагонов парка ОАО «РЖД» и, соответственно, на минимизацию воздействия ограничений на переработку вагонопотоков. К таким ограничениям относятся промышленные железнодорожные станции, не входящие в рациональный маршрут движения вагонопотоков, а также ва-гонопотоки с большой величиной колебаний отклонений времени оборота от нормативных значений. Устранить данные ограничения полностью не представляется возможным по причине объективного характера неравномерности как самих параметров вагонопотоков, так и неравномерного использования пропускной и перерабатывающей способности транспортных мощностей, задействованных при обработке таких вагонопотоков.

Представленная в табл. 2 система мероприятий по устранению ограничений в переработке вагонопотоков на пути необщего пользования предприятия наиболее эффективна при комплексной реализации всех мероприятий. Формируемая в результате реализации данных мероприятий система управления вагонопотоками, основанная на логистических принципах, предполагает не только смену объекта управления с отдельных станций и вагонов на ваго-нопотоки и маршруты их прохождения, но и повышение степени оперативности, уровня детализации анализа собираемых информационной системой ПТС данных.

Наиболее сложным и затратным мероприятием является реализация системы оперативного расчета оптимальных маршрутов движения вагонов на основе оценки текущего уровня и прогноза использования пропускной и перерабатывающей способности железнодорожных станций. Основным инструментом для оценки и прогнозирования являются имитационные модели технологии работы железнодорожных станций [4,5,7,9]. В настоящее время существуют два альтернативных способа построения таких моделей -использование универсальных систем имитационного моделирования, таких, например, как отечественный программный продукт AnyLogic, либо использование специализированных программных систем построения готовых имитационных моделей, учитывающих специфические особенности технологии и организации железнодорожных перевозок.

Вторым по уровню затрат и сложности является мероприятие по организации согласованного подвода вагонов в адрес предприятия на полигоне примыка-

ния, включающей в себя технические станции ОАО «РЖД» и промышленные станции ПТС, на которых производится основной объем сортировочной работы. Реализация данного мероприятия основана на создании и использовании в оперативном режиме математической модели [4], оптимизирующей объем сортировочной работы на перечисленных станциях в зависимости от степени потребности основного производства в вагонах с конкретными грузами. Важной частью данного мероприятия является реализация системы учета дополнительных маневровых операций, выполняемых на технических станциях ОАО «РЖД» и на станциях пути необщего пользования, с целью обеспечения потребных параметров вагонопотоков как по прибытию на пути ПТС, так и по сдаче в ОАО «РЖД».

Наименее затратными являются мероприятия по созданию программных продуктов углубленного оперативного анализа уже имеющихся в информационной системе предприятия данных для контроля параметров маршрутов движения вагонов в ПТС и прогнозирования потерь, возникающих в результате движения по нерациональным маршрутам.

В качестве инструмента, положенного в основу реализации мероприятий, является разработанная авторами система методов управления вагонопотоками в ПТС, основанная на логистических принципах и использовании современных достижений информационных технологий. Данные методы в совокупности представляют собой методологический базис формирования логистической системы управления вагонопотоками не только в ПТС, но и на полигоне взаимодействия этой системы с магистральным железнодорожным транспортом. Использование логистических принципов управления вагонопотоками обусловлено тем, что объектами управления становятся не отдельные промышленные железнодорожные станции, а материальные потоки (вагоно и грузопотоки) и информационные потоки (оперативные данные об уровне загруженности элементов ПТС, параметрах вагонопотоков и управленческие решения).

Краткая характеристика логистических методов управления вагонопотоками и результат их использования представлены в табл. 3.

Представленную систему методов управления предлагается использовать в качестве информационной основы при формировании системы управления вагонопотоками в промышленных транспортных системах. Реализация предлагаемых методов позволит сократить издержки в ПТС [3], связанные с:

• движением вагонов по нерациональным маршрутам, в среднем, на 35-40%;

• наличием маршрутов движения порожних вагонов без грузовых операций - на 5-10%;

• высокой неравномерное™ параметров вагонопотоков и уровнем использования пропускной и перерабатывающей способностей промышленных железнодорожных станций - на 20%.

Таблица 3

Система логистических методов управления вагонопотоками в ПТС

№ Название метода Сущность метода Объект контроля в ПТС Результат реализации метода

1 Метод информационного представления системы вагонопотоков как объек-тауправления ПТС Выборка из базы данных информации о вагонах, находящихся на территории предприятия, с последующей группировкой вагонов, имеющих совпадения маршрутов движения и моментов нахождения на технологических станциях ПТС с целью выявления нерациональных маршрутов движения Маршруты движения вагонопотоков в ПТС Сокращение издержек, связанных сдвижением вагонов по нерациональным маршрутам, в среднем, на 35-40%

2 Метод контроля статистических параметров системы вагонопотоков Анализ статистических характеристик времени движения вагонов по маршруту следования вагонопото-ка, сгруппированных по определенным периодам планирования и формирование перечня устойчивых маршрутов для каждого периода планирования с целью выявления мест возникновения задержек в продвижении вагонопотоков и оценки качества управления их продвижением Параметры вагонопотоков

3 Метод контроля порожних вагонопотоков в ПТС Анализ маршрутов движения порожних вагонов в ПТС с целью выявления устойчивых нерациональных порожних вагонопотоков и устранение причин их возникновения Порожние ваго-нопотоки Сокращение издержек, связанных с наличием маршрутов движения порожних вагонов без грузовых операций в ПТС - на 5-10%

4 Метод контроля вагонопотоков на полигоне взаимодействия ПТС с сетью железных дорог общего пользования Согласованный подвод вагоно- и грузопотоков на пути необщего пользования на основе определения оперативной потребности в грузах (вагонах) и величины оптимального состава поезда, формируемого на полигоне примыкания Вагонопотоки на полигоне примыкания ПТС Сокращение издержек, связанных с сверхнормативным простоем вагонов на станции примыкания ОАО «РЖД» в ожидании возникновения потребности в вагонах в основном производстве - до 35%

5 Метод оценки резервов пропускной и перерабатывающей способности технологических станций на основе теории нечетких множеств Оперативная оценка текущей загруженности техноло-гическихжелезнодорожных станции ПТС с целью выявления резерва пропускной и перерабатывающей способности станций для продвижения вагонопотоков и сокращения затрат вагоночасовдвижения вагонопотоков Пропускная и перерабатывающая способность железнодорож-ныхстанций Сокращение издержек, связанных с высокой неравномерное™ параметров вагонопотоков и уровнем использования пропускной и перерабатывающей способностей технологических железнодорожных станций - на 20%

Список литературы

1. Усков Н.С. Организация управления территориальными производственно-транспортными комплексами: учебникдля вузов. М.: ГУУ, 1999. 320 с.

2. Багинова В.В., Рахмангулов А.Н. Адаптивная организация грузопотоков // Мир транспорта. 2011. Т. 36. № 3. С. 132-138.

3. Багинова В.В., Рахмангулов А.Н., Осинцев Н.А. Контроль вагонопотоков на пути необщего пользования // Мир транспорта. 2010. №3. С. 108-113.

4. Мишкуров П.Н., Рахмангулов А.Н. Проблемы использования метода динамического программирования для оперативного управления вагонопотоками // Современные проблемы транспортного комплекса России: межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. №2. С. 279-285.

5. Трофимов С.В., Рахмангулов А.Н. Выбор оптимальных методов оперативного управления работой промышленных транспортных систем: монография. Магнитогорск: МГТУ, 2000. 145 с.

6. Осинцев Н.А., Рахмангулов А.Н. Оценка резервов пропускной и перерабатывающей способности технологических железнодорожных станций с использованием теории нечетких множеств // Вестник транспорта Поволжья. 2011. №1 (25). С. 45-49.

7. Багинова В.В., Рахмангулов А.Н., Мишкуров П.Н. Методика оценки организационной структуры оперативного упраления вагонопотоками на путях необщего пользования // Транспорт: наука, техника, управление. 2012. №2. С. 19-22.

8. Транспортная логистика: учеб. пособие / А.Н. Рахмангулов,

С.В. рофимов, С.Е. Гавришев, А.М. Макаров, Магнитогорск: МГТУ

им. Г.И. Носова, 2000. 372 с.

9. Козлов НА., Осокин О.В., Тушин Н А. Технологические проблемы

железнодорожного транспорта и пути их решения // Наука и техника транспорта. 2012. №2. С. 99-101.

•-------------------------------------------------------------------

References

1. Uskov N.S Management of territorial organization of production and transport industry: Textbook for high school. M.: SUM, 1999. 320 p.

2. Baginova V.V., Rakhmangulov A.N. Adaptive system of freight traffic operation // World Of Transport. 2011. T.36. №3. P. 132-138.

3. Baginova V.V., Rakhmangulov A.N., Osintsev N.A. Operation control of railcar flows at non-public railtrack // World Of Transport. 2010. T.31. №3. P. 108-113.

4. Mishkurov P.N., Rakhmangulov A.N. Problems of using the dynamic programming method for operational control railcar flow // Modern problems of transport complex of Russia. Magnitogorsk: Publishing center of MSTU named after G.I. Nosov, 2012. №2. P. 279-285

5. Trofimov S.V., Rakhmangulov A.N.The selection of optimal operative management methods of the industrial transport systems: monograph. Magnitogorsk: MSTU named after G.I. Nosov, 2000. 145 p.

6. Osintsev N.A., Rakhmangulov A.N. Evaluating the reserves of the traffic and handling capacity of marshalling yards using the fuzzy-set theory // Bulletin of Transport of the Volga. 2011. №1 (25). P. 45-49.

7. Baginova V.V., Rakhmangulov A.N., Mishkurov P.N. Technique Of An Estimation Of Organizational Structure Of An Operational Traffic Control On A Railway Transport Of Industrial Enterprises // Transport: science, techniques, management. 2012. №2 P.19-22.

8. Transport logistics: textbook. Rakhmangulov A.N., Trofimov S.V., Gav-rishev S.E., Makarov A.M. Magnitogorsk: MSTU named after G.I. Nosov, 2000. 372 p.

9. Kozlov P.A., Osokin O.V., Tushin N.A. Technological challenges of rail transport and solutions // Science and Tchnology of Transport. 2012. № 2. P. 99-101.