Теоретико-множественная модель процессов грузового порта

УДК 004.358

О. М. Проталинский, А. А. Ханова, И. О. Григорьева

ТЕОРЕТИКО-МНОЖЕСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ ГРУЗОВОГО ПОРТА

Введение

Произвести оценку качества логистического обслуживания грузового порта не представляется возможным без учета всех основных процессов, имеющих место в порту, а также без учета различных дополнительных факторов, влияющих на протекание этих процессов. Следует также учитывать, что грузовой порт представляет собой крайне сложную логистическую систему, и для её исследования невозможно создание реальной модели, описанной аналитически, т. е. с помощью математических методов. Поэтому для описания процессов грузового порта предлагается использовать имитационное моделирование, суть которого сводится к подмене динамических процессов системы-оригинала процессами, имитируемыми в абстрактной модели, но с соблюдением основных правил (режимов, алгоритмов) функционирования оригинала.

Имитационное моделирование является частным случаем математического моделирования. Его применение связано с тем, что существует класс объектов, для которых по различным причинам не могут быть разработаны аналитические модели либо не разработаны методы решения полученной модели. В этом случае математическая модель заменяется имитатором или имитационной моделью [1].

Имитационное моделирование - это метод машинного моделирования процессов с многократным отслеживанием их протекания для различных условий, позволяющий точно, полно и наглядно отразить структуру и динамику функционирования моделируемого объекта или явления во времени [1]. Имитационная модель представляет собой упрощенное подобие реальной или гипотетической системы.

В отличие от других видов моделирования, формализованная постановка на основе имитационного моделирования в значительной степени опирается на модель предметной области с использованием содержательного формализма.

Для формализованного представления процессов, протекающих в грузовом порту, наиболее удобным является сетевой анализ и алфавит, выразительные средства которого наиболее близки к содержательным представлениям конечного пользователя [1].

В рамках указанного формализма деятельность грузового порта может быть представлена в виде модели, отражающей следующую совокупность:

БОР =< ОР, ЯР, Z, О,МР, РК > ,

где ОР - множество основных процессов, протекающих в грузовом порту; ЯР - множество собственных ресурсов порта, участвующих в погрузочно-разгрузочных работах; Z - множество заявок на осуществление погрузочно-разгрузочных работ, поступающих от клиентов порта; О -множество грузопотоков; МР - множество метеорологических факторов, влияющих на работу порта; РК - множество показателей качества логистического обслуживания, на основе которых производится анализ качества функционирования порта.

Задача расчета программы функционирования грузового порта на основе имитационного моделирования может быть формализована путем нагрузки описанной выше модели потоками характеристик, связей и отношений. Рассмотрим основные характеристики и отношения, определенные моделью в аспекте рассматриваемой прикладной задачи.

Формализация основных процессов грузового порта

Каждое из множеств, входящих в модель, может быть представлено в виде набора элементов, связей, характеристик и совокупностей. Рассмотрим параметры каждого множества:

ОР =< орг-, zi, #г-, рг, , ski, tpti, кptj, tgi, kgq >, / = 1, п ,

где 1 - порядковый номер элемента; opi - тип основной операции:

10, если процесс погрузки на транспорт клиента,

т =

[1, если процесс отгрузки на склады порта;

zi - номер заявки от клиента на осуществление погрузочно-разгрузочных работ, на основании которой производятся работы; - тип транспорта клиента, с которого (на который) необходи-

мо осуществить отгрузку (погрузку) согласно рассмотренной заявке.

0, если ж/д транспорт,

1, если автотранспорт,

2, если водный транспорт;

pri - номер причала, на котором осуществляются погрузочно-разгрузочные работы. На основании информации, полученной от клиента и указанной в заявке, в зависимости от типа груза (или нескольких грузов), который необходимо погрузить (либо отгрузить), типа транспорта клиента, на который (или с которого) будет производиться погрузка (отгрузка), и расписания прибытия

этого транспорта, при рассмотрении конкретной заявки определяется номер причала, на котором

будут производиться погрузочно-разгрузочные работы. В некоторых ситуациях также может быть определено несколько причалов, которые будут задействованы в данной операции поочередно.

0, если причал не нужен,

1, если первый причал, pri = < 2, если второй причал,

f, если причал номер f;

f - количество причалов, имеющихся в порту.

Необходимо пояснить значение pri = 0 . Это тот случай, когда погрузка или отгрузка производится без привлечения теплоходов, т. е. Ф 3(тип транспорта не водный). В таком случае причал не задействуется, и тогда необходимо заполнить следующее значение:

ку{ - номер квадрата (на них условно разбивается площадь порта), в котором будут производиться погрузочно-разгрузочные работы. Квадрат выбирается на основании информации, указанной в заявке клиента. Если процесс погрузки осуществляется на транспорт клиента, этот выбор зависит от местоположения груза в порту, т. е. от склада, на котором хранится груз. Если же процесс отгрузки осуществляется на склады порта, ключевым показателем в выборе квадрата является опять же выбор склада, на который будет произведена отгрузка. А этот выбор непосредственно зависит от типа груза;

ski - номер склада, с которого (на который) будет производиться погрузка (отгрузка). Определяется исходя из типа груза и загруженности складов;

tpti - тип погрузочной техники. Определяется исходя из типа груза и погрузочноразгрузочной техники, имеющейся в распоряжении порта (собственных ресурсов порта). Для обслуживания одной заявки может быть использована погрузочная техника нескольких типов;

kpt у - количество единиц погрузочной техники определенного ранее типа, необходимое

для осуществления погрузочно-разгрузочных работ согласно заявке. Следует указывать количество единиц техники для каждого требуемого типа отдельно (у - порядковый номер, определяющий тип погрузочной техники (] = tpti);

tgi - тип груза согласно заявке клиента;

kgq - количество груза, которое необходимо погрузить (отгрузить) согласно заявке (q - порядковый номер, определяющий тип груза (q = tgi).

Формализация собственной ресурсной базы порта

Множество собственных ресурсов порта можно представить в виде следующей совокупности:

ЯР =< РТ,БК,РЯ,ТЯ >,

где РТ - множество типов погрузочной техники, участвующей в погрузочно-разгрузочных работах. Это множество можно представить следующим образом:

РТ = {Щ, kptтах, gpptJ } ,

где kptт‘lax - общее количество единиц погрузочной техники типа у, имеющееся в порту; gpptJ -

грузоподъемность единицы погрузочной техники данного у-типа.

БК - множество, определяющее характеристики складского комплекса грузового порта следующим образом:

БК = {ski, tski, gvi, kvi, zoski} ,

где tski - тип склада (от типа склада зависит, какие типы грузов можно размещать на его территории); gvi - грузовместимость данного склада (записывается значение в тоннах); kvi - номер квадрата (на них условно разбивается площадь порта), в котором расположен данный склад; zoski - объём склада, занятый грузом (записывается значение в тоннах); РЯ - множество причалов порта, определяемое следующими характеристиками:

РЯ = {pri, dlpri, rgpri, sppri, mehpri},

где dlpri - длина причала; rgpri - рабочая (объявленная) глубина причала (зависит от приливно-отливных течений). Эти две характеристики (длина и глубина причала) влияют на возможность обслуживания на этих причалах судов различных типов (ограничивают длину судна, его осадку и водоизмещение); sppri - специализация причала. Причалы могут быть универсальными, а могут специализироваться на отдельных типах грузов, т. е. на таких причалах работы могут производиться только с определенными типами грузов; mehpri - механизация причала, т. е. оснащение его специальными установками и погрузочными комплексами.

ТЯ - множество трудовых ресурсов порта, участвующих в основных процессах порта, имеющее следующие характеристики.

ТЯ = {^г , tpti, krkvi},

где - квалификация трудовых ресурсов; tpti - типы погрузочной техники, на которой может работать трудовой ресурс с данной квалификацией; - количество трудовых ресур-

сов данной квалификации, имеющихся в порту.

Формализация процесса отслеживания поступающих заявок

Множество заявок представим в виде следующей совокупности:

Z = {«о«Г , tg, , kgq, vp0•gr, ПГ', уprgr, К,, ж,} ,

где п0^т - тип транспорта клиента, на котором груз будет доставлен в порт; tgi - тип груза, с которым будут проводиться поргузочно-разгрузочные работы в порту согласно заявке; vpOtsr -время прибытия транспорта клиента с грузом в порт; Пг1>о^ - тип транспорта клиента, на который необходимо произвести погрузку; vpгposr - время прибытия транспорта клиента, который будет участвовать в погрузке; szi - состояние заявки:

0, если заявка рассматривается, szi = -Л, если заявка принята,

2, если заявка отклонена;

п' - признак необходимости растаможивания груза:

0, если груз не требует растаможки,

пг, = < 1, если груз необходимо растаможить,

2, если груз требует частичной растаможки.

Формализованное описание грузов порта и наличия метеорологических факторов

Множество грузов, с которыми работает порт, можно представить в виде следующей совокупности:

где tgi - тип груза, с которым работает порт; tski - тип склада, на котором можно разместить грузы определенного типа; tpti - тип погрузочной техники, с помощью которой можно осуществлять погрузочно-разгрузочные работы с грузом указанного типа;

ЫЕ = {ledi, tumi, яу,} ,

где ledi - признак наличия ледостава:

яу, - значение скорости ветра.

Формализованное описание показателей качества логистического обслуживания, входящих в имитационную модель

Множество показателей качества, на основе которых происходит оценка качества логистического обслуживания грузового порта, представим в виде следующей совокупности:

где tgi - тип груза, для которого будет рассчитан выбранный показатель качества логистического обслуживания; pki - показатель качества логистического обслуживания:

zpki - значение показателя качества ркі (значение приводится в процентах).

Дальнейшая формализация постановки задачи связана с процессом преобразования первоначального множества и указанных» подмножеств - выделением фрагментов, путем разрыва потоков и формирования их упорядоченной последовательности. Каждый фрагмент соответст-

С = {%і, і$кі, іріі Ь

Шті - признак наличия тумана:

РК = {ркі, tgi, 2:рк К

если показатель «Качество погрузки»,

Б^ если показатель «Безоткозность погрузки»,

pki = < РП, если показатель «Репутация предприятия»,

ВП, если показатель «Время погрузки»,

СГ, если показатель «Сохранность груза»,

вует стадии в последовательной многостадийной вычислительной схеме конечного пользователя. Указанное преобразование должно выполняться на основе содержательного анализа первоначального множества и должно удовлетворять следующим требованиям:

— в одну стадию могут быть объединены подмножества, для которых к моменту расчета известны все входные потоки;

— должны обеспечиваться условия разрешимости, т. е. однозначного вычисления всех переменных, входящих в данную стадию.

Это позволяет рассматривать процесс моделирования на каждой стадии независимо от других.

Процесс межстадийного согласования носит неформальный характер и в общем случае может быть реализован интерактивными средствами [2].

Основные ограничения значений имитационной модели

Рассмотрим основные ограничения, определяющие расчет программы функционирования грузового порта.

1. Позиционные ограничения на указанные значения следующих параметров грузового порта:

0 < орг £ ортах,

0 < К, £ ¿¿тах,

0 £ szi £ — 1,

0 £ пг, £ пг,шах — 1,

0 £ грк1 £ 100,

где ортах - количество основных процессов, осуществляемых в грузовом порту (т. к. рассматриваются 2 основные операции, то оргшах = 2); ¿¿гшах - количество типов транспорта, участвующего в погрузочно-разгрузочных работах, а именно доставляющего груз в порт и вывозящего груз за пределы порта; ^гшах - количество возможных состояний заявок (в данном случае рассмотрено три различных состояния, поэтому ^гшах = 3 ); пггтах - количество вариантов растаможивания грузов (в данном случае рассмотрено три варианта, следовательно пггтах = 3); zpki -значение показателя качества рк1 (значение приводится в процентах, именно поэтому вводится ограничение на значение этого элемента - не менее 0 и не более 100).

2. Позиционные ограничения на параметры собственных ресурсов грузового порта:

0 £ рг£ /,

0 £ ку, £ кутах,

0 £ ski £ 5ктах,

0 < р. £ ртах,

0 < 1$к} £ 1$ктах,

0 £ крГ} £ кр1тах,

где кугтах - общее количество квадратов, на которые разбит порт; як™“ - общее количество складов и складских помещений, имеющихся в грузовом порту; ршах - общее количество различных типов погрузочной техники, имеющейся в порту; tskj‘lax - общее количество типов

складов, имеющихся у порта, на которых можно разместить груз; кр( тах - общее количество

единиц погрузочной техники типа 7 (7 = р(.), имеющейся в порту.

3. Ограничения на осуществление процессов порта. Для того чтобы процессы в порту могли осуществляться, метеорологические условия должны быть следующими:

0 £ sv1 < 15, ledi = 0,

Шт. = 0.

При наличии тумана, ледостава или скорости ветра, равной или превышающей 15 м/с, погрузочно-разгрузочные работы в порту приостанавливаются.

4. Ограничения на количество груза, размещаемого в порту:

^к, £ ^,

0 £ kgq £ к£тах — kgf,

где kgmax - максимальная вместительность порта (для каждого типа грузов q ); kg'qk - количество груза типа q , уже имеющегося на складе порта (kgq|c = ^ zoski , ^ zoski - объем складов,

q q

занятый грузом типа q ).

Итак, рассмотрено множество характеристик, связей и отношений, задающее имитационную модель, которая, в свою очередь, описывает функционирование грузового порта. Наряду с этим введены ограничения, накладываемые на значения параметров [3].

Заключение

Для формализованного представления процессов, протекающих в грузовом порту, наиболее удобным является сетевой анализ и алфавит, выразительные средства которого наиболее близки к содержательным представлениям конечного пользователя.

Таким образом, формализованно описаны основные процессы, протекающие в грузовом порту, собственная ресурсная база порта, процессы отслеживания поступающих заявок, грузы порта и метеорологические факторы, показатели качества логистического обслуживания, влияющие на имитационную модель. Введены также основные ограничения значений имитационной модели.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абдикеев Н. М. Проектирование интеллектуальных систем в экономике: учеб. / под ред. Н. П. Тихомирова. - М.: Экзамен, 2004. - 528 с.

2. Алексинская Т. В. Основы логистики. Общие вопросы логистического управления: учеб. пособие. -Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. - 121 с.

3. Башмаков А. И., Башмаков И. А. Интеллектуальные информационные технологии: учеб. пособие. -М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. - 304 с.

Статья поступила в редакцию 8.10.2009

SET-THEORETICAL MODEL OF CARGO PORT ACTIVITY

O. М. Protalinskiy, A. A. Khanova, I. O. Grigorieva

Cargo port activity is represented as a model, including the totality of methods, characteristics, rules and limits of quantity meanings. The main processes of cargo port, port’s resource base, the process of working with entering applications, description of cargo port and existence of meteorological factors are formalized. The formalized description of logistical service quality indices used in imitation model is presented. The main limits of imitation model meanings are revealed and described.

Key words: imitation model; the totality of methods, characteristics, rules and limits of quantity meanings; main cargo port activity; port’s resource base; the process of working with entering applications; description of cargo port; meteorological factors; formalized description; cargo port logistical service quality indices.