Анализ критериев составления грузового плана морского судна-контейнеровоза

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНИЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2005р. Вип.№ 15

УДК 656.614.3

Устинов Р.Г.1, Днепровский В.В.2

АНАЛИЗ КРИТЕРИЕВ СОСТАВЛЕНИЯ ГРУЗОВОГО ПЛАНА МОРСКОГО СУДНА - КОНТЕЙНЕРОВОЗА

Приведен анализ критериев составления рационального грузового плана морского судна - контейнеровоза, следующего линейным маршрутом с заходом в промежуточные порты для разгрузки/погрузки контейнеров. Рассмотрена взаимосвязь этих критериев при составлении грузового плана.

Преимущественное значение в перевозках контейнеров принадлежит морскому транспорту, обеспечивающему трансконтинентальные и межрегиональные перевозки большого количества контейнеров с доставкой их в порты назначения. Дальнейшее перемещение груза до потребителя, осуществляется железнодорожным и автомобильным транспортом, который интегрируется с морским. Технический аспект интеграции решается использованием для перевозки контейнеров специализированных судов-контейнеровозов, специальных железнодорожных вагонов и специальных автомобильных средств, стандартизацией размеров и веса контейнеров. Другой аспект, связанный с планированием контейнерных перевозок, со стоимостью и сроками перевозки и доставки груза потребителю зависит от многих факторов и является предметом оптимизации.

При планировании контейнерных перевозок возникают различные проблемы, например, связанные с рациональным размещением груза на судне, обеспечивающим эффективность операций погрузки/разгрузки в портах маршрута, объемом и весом перевозимого груза, с ограничениями при размещении его в трюмах и на палубе, соответствующим требованиям безопасности судна. Их эффективное решение возможно лишь при предварительном моделировании всех возможных ситуаций, в частности, с помощью компьютерного моделирования. Поэтому во многих работах [1-8] особое внимание уделяется формированию универсальной математической модели, с помощью которой можно найти оптимальные решения задачи контейнерных перевозок морским транспортом.

К проблеме моделирования контейнерных перевозок морским транспортом можно отнести относительно небольшое число работ, которые в работе [1] разделены на две группы.

Первую из них образуют работы, содержащие математические модели общетранспортного характера, которые могут использоваться, в частности, и для описания контейнерных перевозок морским транспортом, а вторую — работы, в которых используются модели, ориентированные на специфику контейнерных перевозок морским транспортом.

Цель данной статьи - анализ основных критериев составления грузового плана линейного контейнеровоза и определение их зависимости от числа шифтинга контейнеров.

Новизна данной работы состоит в том, чтобы определить новые подходы к решению многокритериальной задачи планирования грузового плана судна-контейнеровоза.

Четкость работы контейнерной линии может быть определена оптимальностью составления грузовых планов, как отдельного судна, так и группы судов в целом, работающих на определенном направлении. В качестве математического инструмента процесса моделирования составления грузовых планов, предлагается использовать пакет прикладных программ многокритериальной оптимизации [1,8].

При разработке грузового плана судна-контейнеровоза возникают проблемы, прежде всего, связанные с рациональным размещением груза на судне, обеспечивающим эффективность операций погрузки/разгрузки в портах маршрута, объемом и весом перевозимого груза, с ограничениями при размещении его в трюмах и на палубе,

1 АМИ ОНМА, ст. препод.

2 ПГТУ, канд.техн.наук, доц.

соответствующим требованиям безопасности судна и др.

Кроме этих проблем существуют и другие, связанные с минимизацией стоимости контейнерных перевозок за счет снижения затрат на погрузо-разгрузочные работы, непроизводительных затрат при их проведении, времени перевозок и др.

Основную роль в решении этих проблем играет рациональное планирование перевозок и организации грузовых операций. При составлении рациональных грузовых планов и планов погрузки/ разгрузки контейнеров в портах маршрута следования судна-контейнеровоза необходимы критерии, следуя которым, можно осуществить оптимизацию этих планов. Одна из возможностей составления с использованием одного из экономических критериев — минимума затрат на шифтинг, рассмотрена в [9].

Рассмотрим основные условия, которым должен отвечать грузовой план:

1. Безопасность судна, груза и экипажа.

Это основополагающие условия разработки грузового плана. Безопасность судна должна выполняться на всех стадиях функционирования судна. Безопасный грузовой план означает, такое размещение груза, при котором выполняются все нормы посадки и остойчивости судна, его продольной и поперечной прочности. Размещение груза должно отвечать международным требованиям относительно совместного размещения разнородных грузов или контейнеров с разными видами груза, особенно, если содержимое контейнера относится к опасной категории грузов. При этом особое внимание уделяется обеспечению требований противопожарной безопасности в грузовых помещениях судна.

Каждое судно имеет свои критерии остойчивости, прочности и посадки, которые определяются его конструктивными особенностями, размещением энергетического и технологического оборудования, наличием и размещением груза и балласта, а также и регламентируются международными соглашениями. Этот фактор не может служить предметом компромисса, за счет которого можно погрузить большее количество груза или составить более выгодный грузовой план.

2. Экономический критерий.

Кроме целого ряда экономических факторов, связанных со стоимостью перевозок груза морским транспортом, в данном случае - морских контейнерных перевозок, этот критерий определяется еще и стоимостью на погрузочно-разгрузочные операции с контейнерами в портах маршрута следования судна, составляющей значительную часть общей стоимости их перевозки.

Стоимость обработки одного контейнера по прибытии в порт назначения включает в себя затраты на крепление, раскрепление, открытие трюмов, работу крана по погрузке/выгрузке, перемещение вдоль судна, транспортировку контейнера и его временное хранение в контейнерном парке порта.

Однако, выгрузка или погрузка контейнера может быть осложнена перестановкой "мешающего" или нескольких "мешающих" контейнеров - шифтингом, особенно на линиях с большим количеством портов захода, что приводит к повышению себестоимости обработки одного контейнера, а, следовательно, и стоимости всех грузовых операций.

Затраты на шифтинг могут быть уменьшены за счет перестановки "мешающих" контейнеров на судне - такой вид называется шифтингом только на судне (ship to ship shifting), т.е. перестановка без промежуточного размещения их на территорию порта (терминал, причал). В последнем случае имеет место шифтинг с использованием территории порта (ship to port shifting) и этот вид шифтинга требует больших затрат, связанных с тарифами конкретного порта.

Образование шифтинга внутри судна обуславливается рядом факторов, среди которых наибольшее значение имеют грузовместимость судна, степень его загруженности и упорядоченность расположения контейнеров, определяемые грузовым планом. Под упорядоченностью понимается такое расположение контейнеров в грузовом пространстве судна, которое бы обеспечивало разгрузку контейнеров в порту назначения без шифтинга или с его минимальным значением.

Минимизация шифтинга за счет составления рациональных грузовых планов в первоначальном и промежуточных портах затруднена вследствие заранее неизвестного количества отправляемого груза в портах линейного маршрута следования

контейнеровоза, однако такая задача ставится и по разному решается во многих работах.

В [9] можно увидеть, что расходы каждой из перечисленных категорий делятся на две составляющие: зависящие от количества и расположения груза, необходимого выгрузить и погрузить в текущем порту, и зависящие от количества и расположения транзитных контейнеров, которые следует передвинуть для выполнения первой главной задачи. Поэтому для контейнеровоза на любой стадии грузовых операций и в любом порту можно оценить качество загрузки - качество грузового плана по критерию минимального количества непроизводительных перегрузок транзитных контейнеров в каждом порту маршрута. Трудность состоит в том, что подсчет минимального количества обязательных перегрузок -шифтинга, плохо формализуемая задача, вследствие заранее неизвестного числа погружаемых в каждом порту маршрута контейнеров, предназначенных для отправки в последующие порты.

3. Временной критерий.

Этот критерий определяется сроками доставки груза заказчику. Данный критерий зависит от многих условий, в частности, от средней скорости движения судна на маршруте следования, скорости работы грузовых устройств на судне или в порту, количества груза, а также, качества грузового плана и планов погрузки/вызгрузки судна в портах. Задержка судна из-за грузовых операций может значительно превосходить плановое время, а, следовательно, возникает нарушение расписания в работе судов на данной линии. Соответственно, это влечет за собой перераспределение загрузки судов всей линии и другие последствия экономического и технического характера. К решению задачи минимизации временного критерия можно подойти с помощью оптимального планирования грузового плана судна-контейнеровоза.

Во-первых, планирование грузового плана контейнеровоза должно осуществляться таким образом, чтобы обеспечить максимальное количество работающих судовых грузовых устройств (кранов, стрел), либо нескольких береговых кранов для осуществления погрузки/выгрузки судна. Этот подход является одним из путей сокращения стояночного времени судна, а следовательно скорейшей доставки груза потребителю.

Второй возможностью сокращения времени грузовых операций является сокращение числа перемещений "мешающих" контейнеров, т.е. сокращение числа шифтинга. Совершенно очевидно, что чем больше количество шифтингованных контейнеров, тем больше стояночное время судна в порту, а значит и задержка поставки груза.

Поэтому проблема минимизации шифтинга контейнеров путем оптимального планирования погрузочно-разгрузочных работ в каждом порту маршрута доставки контейнеров морским путем, весьма актуальна. Работ, посвященных решению этой проблеме, очень мало.

Из выше сказанного следует, что временной критерий при управлении контейнерными перевозками находится в прямой зависимости от величины шифтинга.

4.Условный критерий.

Это, по сути дела "формальный" критерий - определяется принятыми в порту формальностями в отношении погрузки/выгрузки контейнеров, местным таможенным законодательством, тарифными соглашениями, условиями в порту для оформления документов отгрузки партии контейнеров и др.

В связи с этим может возникнуть условие, при котором количество контейнеров, подлежащих отгрузке, не может быть погружено из-за ограничения свободных грузовых мест на судне, с другой стороны, не может быть поделено на две (или большее число) части, удовлетворяющие условию грузовместимости судна. Для рационального решения этой задачи зачастую преимущество перед другими критериями, отдают временному критерию, которому удовлетворяют ранее погруженные или вновь загружаемые контейнеры. При этом часть общего груза, которая по срокам доставки, является более поздней, может быть перегружена на обслуживающее данную линию другое судно, для последующей доставки грузополучателю.

Освободившиеся в результате этих операций грузовые места на судне, могут быть использованы для размещения партии контейнеров, удовлетворяющих данному критерию.

Очевидно, что использование сразу всех приведенных критериев при составлении грузовых планов и планов погрузо-разгрузочных работ при контейнерных перевозках нереально, так как приводит к трудно формализуемой многокритериальной задаче

оптимизации, имеющей к тому же различные целевые функции, отвечающие этим критериям.

Дальнейшим этапом развития этого вопроса должна быть формализация рассмотренных критериев и разработка алгоритма для оценки шифтинга. Кроме этого необходимо разработать математическую модель процесса составления грузового плана и оптимизировать ее по стоимостному критерию

Выводы

1. Экономический и временной критерии грузового плана прямым образом зависят от числа шифтинга контейнеров на судне. Причем, минимизации как экономического, так и временного критериев можно добиться уменьшением числа шифтингованных контейнеров.

2. Для составления наиболее выгодного грузового плана судна-контейнеровоза на линейном маршруте можно использовать критерий минимального шифтинга, минимизация которого приведет к уменьшению экономических и временных показателей рейса.

Перечень ссылок

1. Аксютин Л.Р. Общий курс морского транспорта: Конспект лекций / Л.Р. Аксютин; Одес. Гос. мор. Академия,- Одесса: ООО ЛАТСТАР, 1998,- 119с.

2. Беленький А. С. Оптимальное планирование трансрегиональных контейнерных перевозок грузов иностранных фрахтователей на морском транспорте /A.C.Беленький, Е. Я Найденов, С. Д.Ткач //Трансп.: Наука техн. упр. / ВИНИТИ . -1991.-№ 5.-С. 9-19.

3. Беленький Л.С. Математическое моделирование в задачах оптимального планирования грузовых перевозок: состояние, проблемы и направления разработок / Л. С. Беленький // Моделир. процессов упр. трансп. системами: Всес. шк.-семин., Владивосток, 4-13 окт., 1989 : Тез. докл. - Владивосток, 1989 .-С. 102-103.

4. Caps off to Navis // Contain. Manag.- 1992,- №85,- Р.27-29,- Англ. Автоматизированная система управления контейнерными перевозками.

Cygan Z. Identyfikacja ztozonych sysiemow transportowych / Z. Cygan, L. Dziadykicwicz II Zag. transp.- 1982-1983(1985), №1-2, 31-50,-Пол. Оптимизация транспортных систем.

5. Imai Akio. Алгоритм расчета загрузки судов-контейнеровозов. A heuristic Algorithm with Expected Utility for an optimal sequence of loading containers into a containerized ship / Imai Akio, Mihi Tatehiko // Нихон кокай гаккай ромбунсю -J. Jap/ Inst. Navig. -1989 .-№ 80 ,-C. 117-124 .-Яп.

6. Корягин Е.Д. Процедура автоматизированного распределения контейнеров на специализированном судне-контейнеровозе / Е.Д. Корягин, Е.И. Чихачева II Проблемы управления в морских портах.-М., 1986.-С.44-48.

7. Левченко A.C. Выбор наилучших планов перевозок с помощью персональной ЭВМ / A.C. Левченко II Методы и системы принятия решений,- Рига, 1987,- №14,- С. 114-119.

8. Панишев В.В. Алгоритм оптимального упорядочения в управлении погрузочно-транспортными системами / В.В. Панишев, Л.К. Полозова, В.Г. Сословский II Моделир. процессов упр. трансп. системами :Всес. шк.-семин., Владивосток, 4-13 окт., 1989 :Тез. докл. -Владивосток, 1989 .-С. 168-169.

9. Чепок А. О. Оценка оптимальности каргоплана контейнеровоза по критерию расходов на перегрузку контейнеров./ А. О. Чепок // Судовождение: Сб. науч. трудов/ ОГМА. -Вып. 1. - Одесса: Латстар, 1999. - С. 156 - 163.

Статья поступила 25.11.2004