Математический аппарат формирования объединенных грузовых единиц для транспортирования грузов

DOI: 10.24143/2073-1574-2017-2-103-108 УДК [656.07.3.235:656.073.433]:517.97

А. О. Ничипорук

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ФОРМИРОВАНИЯ ОБЪЕДИНЕННЫХ ГРУЗОВЫХ ЕДИНИЦ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГРУЗОВ

Обоснована необходимость разработки методики формирования оптимальных объединенных грузовых единиц для штучных грузов в мягкой упаковке по интегральной схеме «грузовое место - транспортный пакет - контейнер» - в их взаимной увязке. Сформулированы требования и соответствующие математические условия технологической совместимости транспортных пакетов и транспортных средств: максимальное использование грузоподъемности и грузовместимости транспортных пакетов и транспортных средств, максимальное использование грузоподъемности перегрузочного оборудования. Сформулированы аналогичные математические условия технологической совместимости контейнеров и транспортных средств. Предложены алгоритмы проведения расчетно-аналитической работы по формированию оптимального транспортного пакета: определение параметров потребительской (транспортной) упаковки, оптимального способа размещения грузовых мест в транспортном пакете и их общего количества. Учтена необходимость соблюдения требований стандартов к габаритным размерам транспортного пакета, внутренним габаритам и грузоподъемности контейнера, характеристикам погрузчиков. Предложен алгоритм по определению рациональной схемы размещения сформированных оптимальных транспортных пакетов в контейнере: определение полезного объема контейнера, нахождение оптимального способа размещения транспортных пакетов в контейнере и нормы его загрузки. Рассмотрены преимущества использования разработанных методик и алгоритмов при проведении дальнейших исследований, а также в практической деятельности грузовладельцев, транспортных и транспортно-экспедиционных компаний - при планировании доставки грузовых партий, формировании оптимальных транспортных пакетов непосредственно на заводах-изготовителях, определении наилучших схем загрузки крупнотоннажных контейнеров транспортными пакетами.

Ключевые слова: грузовые перевозки, транспортные пакеты, контейнеры.

Введение

Для сокращения стоимости доставки тарных грузов, а также ускорения обработки транспортных средств в пунктах отправления и назначения необходимо перевозить их не отдельными грузовыми местами, а объединенными грузовыми единицами, т. е. транспортными пакетами в термоусадочной пленке или пакетами, уложенными в универсальные контейнеры, которыми располагает железнодорожный транспорт. По этому пути идут все развитые зарубежные страны, где тарно-штучные грузы в транзитном сообщении между грузовыми терминалами перевозятся, как правило, только укрупненными грузовыми единицами, что позволяет значительно ускорять доставку грузов и снижать транспортные издержки [1, 2].

По линии Государственной системы стандартизации России разработаны отдельные методы формирования стандартных грузовых мест штучных грузов разных размеров и формы из товаров, первично уложенных в ту или иную потребительскую упаковку (пачки, коробки, пакеты и т. д.), а также определены требования к формированию транспортных пакетов [3]. Однако до сих пор не решенной комплексной научной задачей, имеющей практическое значение, является разработка методики формирования оптимальных объединенных грузовых единиц для штучных грузов в мягкой упаковке по интегральной схеме «грузовое место - транспортный пакет - контейнер» в их взаимной увязке, что весьма важно для доставки как тарных минеральных удобрений, так и других грузов в подобной упаковке (строительных, продовольственных). Разработка такой методики важна, прежде всего, для совместимости формируемых на заводах-поставщиках грузовых партий в средствах транспортирования (транспортных пакетах и контейнерах) и применяемых транспортных средств (судов, вагонов, автомобилей). Это позволит оператору доставки изначально правильно рассчитать потребное количество пакетов или контейнеров для подачи на склад отправителя или формирования на месте отгрузки, а также схему размещения их в транспортных средствах.

Математические условия технологической совместимости транспортных пакетов, контейнеров и транспортных средств

Условия технологической совместимости транспортных пакетов, используемых для перевозки

тарно-штучных грузов, и транспортных средств должны удовлетворять следующим требованиям [4]:

— грузоподъемность (грузовместимость) транспортного пакета должна быть использована в максимальной степени;

— общая масса загруженного в транспортные пакеты груза и порожнего поддона (на котором сформирован транспортный пакет) должны быть меньше или равны грузоподъемности транспортного пакета;

— максимально возможная масса загруженных транспортных пакетов должна быть меньше или равна грузоподъемности транспортного средства;

— грузоподъемность (грузовместимость) транспортного средства должна быть использована в максимальной степени;

— площадь основания загруженных транспортных пакетов должна быть меньше или равна площади грузовой платформы транспортного средства;

— площадь грузовой площадки транспортного средства должна быть использована в максимальной степени;

— грузоподъемность используемой погрузочно-разгрузочной установки должна быть использована в максимальной степени.

Соответствующие указанным выше условиям математические неравенства и уравнения технологической совместимости транспортных пакетов и транспортных средств должны быть представлены в следующем виде:

(Р - ККпгУг) ^ min; VКпгУг < ^

[R* - (Рпф + ^сп)] ^ min; Рпф + Gm < Япб;

(Р-ZKJ ^ min; £яп6, < PT;

i= 1

k

i=1 k

(F -Y F ) ^ min; Y F < F ;

v T / , П1 ' ' / , П1 T '

i = 1 l

(Рпр-Y Rn6,) ^ min; Y Rn6, < Рпр,

i=1 i=1

где Рп - грузоподъемность транспортного пакета (средства пакетирования), т; Vn - стандартные габариты транспортного пакета, м3; Кпг - коэффициент максимально возможного использования стандартных габаритов пакета (Кпг < 1); уг - удельная масса груза, т/м3; Яп6 - максимально возможная масса брутто транспортного пакета, т; Рпф - масса поддона, т; Осп - фактическая масса загружаемого груза в транспортной пакет, т; Рт - грузоподъемность транспортного средства, т; Fr -площадь грузовой платформы транспортного средства, м2; Fu - площадь основания транспортного пакета, м2; Рпр - грузоподъемность используемой погрузочно-разгрузочной установки, т; n - количество транспортных пакетов, загружаемых в транспортное средство, ед (n - целое число); k - количество транспортных пакетов, укладываемых в один ярус в транспортном средстве, ед. (k - целое число); I - количество транспортных пакетов, одновременно перегружаемых погрузочно-разгрузочной установкой, ед. (I - целое число); i - индекс суммирования транспортных пакетов.

Аналогичным образом определяются математические условия технологической совместимости контейнеров, используемых для перевозки тарно-штучных грузов, и транспортных средств:

(Рк - VКвкУг) ^ min; VКвкУг < Рх; [*кб - (Ркф + GJ] ^ min;

Ркф + G < r;

m m

(Рт-YRj) ^ min; YR < Рт;

j=1 p

j=1 p

(F -Y Fj) ^ min; Y F < FT;

j =1 j =1

(Рпр - *кб) ^ min; ^ < Рпр,

кб пр

где Рк - грузоподъемность контейнера, т; Vк - внутренний объем контейнера, м3; Квк - коэффициент максимально возможного использования вместимости контейнера (Квк < 1); Rкб - макси-

1=1

мально возможная масса брутто контейнера, т; Ркб - фактическая загрузка контейнера, т; Gк - собственная масса контейнера (нетто), т; Fк - площадь основания контейнера, м2; m - количество контейнеров, загружаемых в транспортное средство, ед. (т - целое число); р - количество контейнеров, укладываемое в один ярус в транспортном средстве, ед. (р - целое число); ] -индекс суммирования контейнеров.

Применение приведенных выше математических формул дает возможность значительно сократить количество рассматриваемых альтернативных вариантов при изначальном выборе способа и схемы транспортирования тарно-штучных грузов, исключая из их числа явно нерациональные, как с точки зрения грузовладельца, так и транспортников.

Алгоритмы формирования оптимальных транспортных пакетов и их загрузки в крупнотоннажные контейнеры

При формировании оптимального транспортного пакета на заводе-производителе, на наш взгляд, должна быть выполнена следующая организационная и расчетно-аналитическая работа.

1. С учетом требований государственных стандартов (технических условий на продукцию) определяются параметры потребительской (транспортной) упаковки. В общем виде объем одного потребительского (грузового) места (Кпм, м3) выражается:

V = l  Ь  h ,

пм пм пм пм '

где /пм, Ъпш, Нпм - длина, ширина и высота одного потребительского места, м.

2. На основании найденных характеристик грузового места и стандартных требований к пакетированию грузов определяются параметры оптимального транспортного пакета.

2.1. Рассчитывается оптимальный способ размещения грузовых мест в транспортном пакете. Для этого может быть использована предлагаемая система математических уравнений и неравенств:

К  7яр <Huр, при7яр = 1 2,3•••;

*гм <(4р  5пр)/(/гм  ЪгмХ при*гм = I,2,3-; ^тах;

7га  дгм  10-3 <при7га = 1,2,3...;

где /гм, Ъгм, Нгм - длина, ширина и высота грузового места, м; Lпр, Впр, Нпр - предельно допустимая габаритная длина, ширина и высота транспортного пакета, сформированного на поддоне, м; 7'яр - допустимое количество ярусов при укладке грузовых мест на поддоне; хгм - количество грузовых мест, укладываемых на одном ярусе; ггм - допустимое количество грузовых мест на поддоне, исходя из его грузоподъемности, ед.; дгм - масса одного грузового места, кг; апр - предельно допустимая грузоподъемность поддона, на котором сформирован транспортный пакет, т.

2.2. Определяется количество грузовых мест на поддоне (ггм), масса всего транспортного пакета с учетом средств пакетирования и его габаритные размеры.

Допустимое количество грузовых мест в сформированном транспортном пакете выражается, ед.:

7 = X  1

гм гм яр *

Масса оптимального транспортного пакета брутто, т, и его объем, м3, рассчитывается по формулам

а = (7  а + а )10-3'

оп V гм 1 гм 1 сп /

V = L  В  Н ,

оп пр пр пр '

где асп - масса средств пакетирования в транспортном пакете, кг; Lпо, Впо, Нпо - оптимальная длина, ширина и высота транспортного пакета соответственно при выполнении всех стандартных требований.

При формировании транспортных пакетов и загрузке их в крупнотоннажные контейнеры грузоотправители и транспортники сталкиваются с необходимостью решения ряда актуальных практических задач, в том числе: формирование транспортного пакета, обеспечивающего в максимальной степени использование грузоподъемности (грузовместимости) контейнера; составление схемы раз-

мещения транспортных пакетов в контейнере; определение нормы загрузки контейнера при использовании оптимальных транспортных пакетов и рациональной схемы их размещения.

Решение этих задач возможно при применении предлагаемых математических неравенств и уравнений, отвечающих на указанные выше вопросы и базирующихся на стандартных требованиях: А. Не должны превышаться установленные стандартами линейные габариты транспортного пакета, м:

Км 'яр < Hпр ,

пр '

y • b < B ,

J гм гм пр'

Хгм • L < Цр, при zrM = Хгм • yM • /яр-

Б. Не должны превышаться определенные стандартами объемные, м3, и массовые, т, размеры транспортного пакета:

Г х • I • у • Ь • 1 • h < X • В • Н ;

I гм гм гм гм ^ яр гм пр пр пр'

I х • у • 1 • а < G ;

^ гм гм Л яр 1 гм пр'

или

I ^

К»/

В. Транспортные пакеты должны вписываться во внутренние габариты контейнера:

Г Ь • В • Н • 2 < 1 • В • Н ;

I по по по по вк вк вк'

\2 <

по вк вк вк по по по

Г. Не должна превышаться грузоподъемность контейнера:

^о • 2по < & ;

или

2 < Q / а .

^ по по

Д. Электропогрузчик должен иметь такие характеристики, чтобы при загрузке транспортных пакетов в контейнеры обеспечивалось выполнение условий (1) и (4).

Дополнительные обозначения в неравенствах (2) - (4): Упф - фактический объем сформированного транспортного пакета, м3; апф - фактическая масса сформированного транспортного пакета, т; Ьвк, Ввк, Нвк - внутренние размеры контейнера (длина, ширина и высота), м; 2по - количество пакетов, загруженных в контейнер, ед.; Qк - грузоподъемность контейнера, т.

С учетом рассчитанных параметров оптимального транспортного пакета разрабатываются рациональная схема размещения пакетов и норма загрузки контейнера соответственно:

1. Определяются полезные (которые можно занять грузом) длина и ширина контейнера. Длина пола контейнера (Ьпк, м), которую можно занять грузом, вычисляется

Ь =Ь -Ы ,

пк к к '

где Ьк - длина пола контейнера, м; Д/к - длина пола контейнера в районе дверей, не используемая для укладки, м.

Ширина пола контейнера (Впк, м), занятая грузом, рассчитывается

В = В -ЛЬ ,

пк к к

где Вк - ширина пола контейнера, м; ДЬк - ширина пола контейнера в районе дверей, м.

2. Рассчитывается полезная высота (Нпк, м) укладки пакетов в контейнере:

Нпк = Нк-Лйк,

где Нк - внутренняя высота контейнера, м; ДИк - высота, не используемая для укладки, в том числе с учетом свойств груза, м.

3. Рассчитывается полезный объем контейнера, м3:

V = L  B  H .

к пк пк пк

4. Находится оптимальный способ размещения транспортных пакетов в контейнере, для чего необходимо выполнить ряд условий и требований.

4.1. Определяется допустимое количество транспортных пакетов, которое может быть размещено в контейнере (после расчета принимается меньшее целое число):

z = x  y  j ,

по по у по J по '

где хпо - количество пакетов, укладываемых в одном ряду на нижнем ярусе в контейнере, ед.; упо - количество рядов транспортных пакетов в нижнем ярусе в контейнере, ед.;/по - допустимое количество ярусов при укладке транспортных пакетов в контейнере.

По результатам расчетов необходимо составить схему размещения пакетов в контейнере. При этом следует иметь в виду, что для отдельных видов грузов, ввиду их отнесения к опасным грузам, к примеру, аммиачной селитры, стандартами определена одноярусная укладка.

4.2. Рассчитывается количество груза (G^, т), которое может быть загружено в контейнер:

G = Z  G ф.

кг по пф

4.3. Определяется норма загрузки контейнера (Нкг, %):

Нкг = GKJ Qк 100 < 100.

В результате расчета должно оказаться, что норма загрузки контейнера грузом равна или меньше 100 %.

Размеры крупнотоннажных контейнеров унифицированы не только в соответствии с государственными стандартами Российской Федерации, но и международными стандартами ИСО (ISO), поэтому их использование должно вести к выполнению всех предложенных математических условий оптимизации технологической общности контейнеров и транспортных средств, используемых для перевозки тарно-штучных грузов.

Выводы

Использование предлагаемого математического аппарата позволит:

— проводить в дальнейшем целенаправленные исследования по определению значений фактических потерь, необходимых для учета в стоимости доставки грузов тем или иным способом или в той или иной транспортной схеме;

— при планировании доставки грузовых партий в максимальной степени учитывать интересы грузовладельцев по формированию партий тарно-штучных грузов и транспортных предприятий, предоставляющих перевозочные и перегрузочные средства;

— формировать оптимальные транспортные пакеты непосредственно у заводов-изготовителей для грузов, первично выпускаемых в бумажных мешках или полиэтиленовых пакетах;

— определять наилучшие схемы загрузки крупнотоннажных контейнеров транспортными пакетами с привлечением электропогрузчиков.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Плужников К. И., Чунтомова Ю. А. Транспортное экспедирование, агентирование и брокераж: учеб. М.: ТрансЛит, 2012. 576 с.

2. Телегин А. И., Костров В. Н. и др. Транспортное экспедирование: учебн. пособ. Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2010. 400 с.

3. Стандартизация и сертификация продукции. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение: справ. пособ. / под ред. проф. А. И. Телегина. Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2001. 278 с.

4. Ничипорук А. О. Методические основы определения оптимальных способов и схем транспортирования минеральных удобрений: моногр. Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2009. 108 с.

Статья поступила в редакцию 24.03.2017

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Ничипорук Андрей Олегович - Россия, 603950, Нижний Новгород; Волжский государственный университет водного транспорта; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры логистики и маркетинга; nichiporouk@rambler.ru.

A. O. Nichiporouk

MATHEMATICAL DEVICE FOR FORMATION OF UNITED LOADING UNITS FOR TRANSPORTATION OF GOODS

Abstract. The article substantiates the need to develop a technique of composing optimum integrated cargo units for piece goods in soft packing according to the integrated circuit "a cargo item -a transport package - a container" in their mutual coordination. The requirements and corresponding mathematical conditions of technological compatibility of transport packages and vehicles have been formulated: maximum use of loading capacity and tonnage of transport packages and vehicles, maximum use of loading capacity of the reloading equipment. Similar mathematical conditions of technological compatibility of containers and vehicles have been defined. Algorithms of carrying out computer analysis work on composing an optimum transport package have been offered: determination of parameters of a consumer (transport) package, an optimum way of location of packages in a transport package and their total number. At the same time there has been taken into account importance to maintain the standards of overall dimensions of a transport package, internal dimensions and loading capacity of a container, characteristics of loaders. The article offers the algorithm defining the rational scheme of locating the formed optimum transport packages in a container: determining net volume of a container, finding optimum placement of transport packages in a container and norms of its loading. There have been considered advantages of the developed techniques and algorithms for carrying out further researches, as well as for practical activities of cargo owners, transport and forwarding companies when planning delivery of cargo parties, forming optimum transport packages directly at manufacturing plants, deciding the best schemes of loading of large-capacity containers with transport packages.

Key words: freight transportation, transport packages, containers.

REFERENCES

1. Pluzhnikov K. I., Chuntomova Iu. A. Transportnoe ekspedirovanie, agentirovanie i brokerazh: uchebnik [Goods transportation and forwarding, agency service and brokerage: a textbook]. Moscow, TransLit Publ., 2012. 576 p.

2. Telegin A. I., Kostrov V. N. i dr. Transportnoe ekspedirovanie: uchebnoe posobie [Goods transportation and forwarding: a training manual]. Nizhny Novgorod, Izd-vo FGOU VPO «VGAVT», 2010. 400 p.

3. Standartizatsiia i sertifikatsiia produktsii. Upakovka, markirovka, transportirovanie i khranenie: spravochnoe posobie [Product standardization and certification. Packaging, marking, transporting and storage: a resource book]. Pod redaktsiei prof. A. I. Telegina. Nizhny Novgorod, Izd-vo VGAVT, 2001. 278 p.

4. Nichiporuk A. O. Metodicheskie osnovy opredeleniia optimal'nykh sposobov i skhem transportirovaniia mineral'nykh udobrenii: monografiia [Basic methodology of developing optimal methods and diagrams of mineral fertilizers transportation: a monography]. Nizhny Novgorod, Izd-vo FGOU VPO «VGAVT», 2009. 108 p.

The article submitted to the editors 24.03.2017

INFORMATION ABOUT THE AUTHOR

Nichiporouk Andrey Olegovich - Russia, 603950, Nizhny Novgorod; Volga State University of the Water Transport; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Logistics and Marketing; nichiporouk@rambler.ru.