Моделирование геоинформационной системы маршрутизации горнодобывающего предприятия на основе логистического подхода

УДК 681.518

И.А. Чапанов

МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МАРШРУТИЗАЦИИ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ НА ОСНОВЕ ЛОГИСТИЧЕСКОГО ПОДХОДА

Рассмотрены особенность и специфика функционирования горнодобывающего предприятия с позиции транспортной логистики. Показана целесообразность использования современной ГИС-системы для решения задачи транспортной логистики. Рассмотрены схемы организации перевозочного процесса и модели их реализации. Показаны возможности применения логистического анализа и математического моделирования для оптимизации грузопотоков горнодобывающего предприятия. Разработан алгоритм моделирования организации перевозочного процесса ГИС-системы транспортной логистики горнодобывающего предприятия. Ключевые слова: ГИС-система; алгоритм моделирования перевозок; транспортная логистика; оптимизация грузопотоков.

Особенность специфики работы горного предприятия и многообразие горнотехнических условий функционирования требуют для минимизации издержек движения материальных потоков и услуг применения различных транспортных средств в одной транспортной цепочке. В этой связи выбор оптимальных решений выполнения операций погрузки, разгрузки, перегрузки, хранения (накопления) и транспортирования, а также организации их работы предопределяет необходимость моделирования и планирования оптимальных схем транспортной логистики. Транспортная логистика горных предприятий является неотъемлемой частью единого машинно-технологического процесса «добыча-транспортирование-отгрузка потребителю полезных ископаемых». Оптимизация основных и вспомогательных грузопотоков горного предприятия предусматривает планирование транспортно-перемещающих работ, управление работой транспортно-технологических систем и диспетчерский контроль за перемещением грузов. Выбор маршрутов и

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 6. С. 389-397. © 2016. И.А. Чапанов.

компоновка транспортно-перемещающих комплексов машин и устройств постоянно корректируется с учетом изменения горно-геологических и производственных условий. Более того, для каждого грузопотока шахты индивидуально формируется комплекс логистических задач, который базируется на методах оптимизации, т.е. на каждом этапе производственно-логистических отношений постоянно координируются потоковые процессы всех подсистем производства.

Сегодня трудно переоценить роль, которую информационные технологии играют в хозяйственной деятельности предприятий и организаций. Правильное использование современных средств автоматизации позволяет существенно повысить эффективность процессов управления, а также вывести менеджмент на качественно новый уровень. Примером такой технологии может служить ГИС-технология, которая при внедрении в систему горного предприятия позволяет решить многие задачи.

Основной задачей руководства ГИС-системы транспортной логистики горного предприятия является четкое выполнение производственного плана с минимальными затратами. Соответственно, данную задачу можно разбить на две составляющие. В рамках первой задачи необходимо провести оптимизацию парка автотранспорта и маршрутов перевозки основными транспортными потоками горнодобывающего предприятия. Вторая задача заключается в учете и контроле производимых расходов.

Первая задача в рамках ГИС-системы решается с помощью логистического анализа и математического моделирования. Одним из примеров такого подхода может служить задача «сбора рюкзака». Учет и контроль производимых расходов призван минимизировать транспортную составляющую в цене продукта, при данном плане перевозки и прочих исходных затратных статьях. Решение данных задач базируется на современной концепции логистики промышленного предприятия, как одного из эффективных и действенных подходов к управлению производством, что позволяет осуществить эффективный процесс планирования, размещения и контроля над материальными, финансовыми и трудовыми ресурсами. При логистическом подходе к управлению перевозками на горнопромышленном предприятии предполагается решение следующих задач: выбор вида и типа транспортных средств для основных транспортных перевозок; совместное планирование транспортных процессов со складскими и производственными процессами; согласование работы различных видов транспорта и транспортных служб;

определение оптимальных маршрутов доставки грузов. При решении этих задач в первую очередь, ГИС-система упрощает и оптимизирует текущую производственную деятельность — оптимизирует перевозочные маршруты, что в среднем сокращает пробег подвижного состава на 10—15%. Соответственно, существенно (порядка 5—10%) сокращаются косвенные издержки на ремонт и эксплуатацию подвижного состава. Внедрение ГИС совместно с системой GPS-мониторинга подвижного состава позволяют контролировать передвижение автомобилей в реальном времени, что практически исключает возможность использования подвижного состава персоналом в личных целях. Также это дает возможность улучшить прогнозные оценки затраченного времени на маршруте (появляются данные о средних скоростях движения на различных участках маршрута и так далее). Конечными целями и показателями эффективности оптимизации маршрутов и деятельности диспетчеров могут быть увеличение числа доставок, снижение времени простоев и недогруза транспортных средств, сокращение среднего времени доставки, показатели экономии горючего, уменьшение перепробегов и аварийности. Для каждого из этих факторов может быть установлен свой приоритет, который будет учтен при составлении карты маршрутов в ГИС-системе транспортной логистики горнодобывающего предприятия. В этой связи необходимо подчеркнуть способность ГИС-системы быстро адаптироваться под изменение ситуации, в задачах обеспечения минимального времени доставки, оптимизации стоимости перевозки, формирования требуемых грузопотоков по всем точкам, а в случае нехватки транспортных средств с минимально возможным увеличением сроков доставки. Подобные расчеты происходят на базе заложенных в ГИС-систему моделей, параметры которых могут задаваться как диспетчером (в «ручном» режиме), так и автоматически, на основе поступающих в систему актуальных данных о текущем трафике, данных о местоположении транспортных средств, сервисов погоды, информации дорожных служб. Часть таких данных доступна пользователям ГИС-системы в виде веб-сервисов, которые подключаются непосредственно к системе и, таким образом, имеется возможность их использования при моделировании и планировании транспортных грузопотоков горнодобывающего предприятия.

Таким образом в задачах логистической оптимизации следует выделить три основных источника снижения производственных издержек при использовании ГИС-системы транспортной

логистики горнодобывающего предприятия: сокращение прямых и косвенных издержек транспортных услуг, снижение пробега подвижного состава; оптимизации снабжения запасными частями и агрегатами; снижение затрат от нецелевого использования подвижного состава; сокращение объемов упущенной прибыли от несоответствия качества предоставляемых транспортных услуг рыночным требованиям.

Основная идея внедрения ГИС-системы транспортной логистики горнодобывающего предприятия состоит в разработке и внедрении логистических систем управления материальными и соответствующими информационными потоками, которые основываются на логистических принципах и методах. При модельном представлении такого круга задач основные учетные показатели зависят от двух взаимосвязанных характеристик состояния и функционирования горнотранспортной системы. Состояние системы характеризуется прежде всего ее величиной и структурой, то есть размерами и характерными, с точки зрения назначения системы, свойствами отдельных ее элементов. Состояние горнотранспортной системы характеризуется как списочным количеством автомобилей, так и надежностью функционирования. Под условиями функционирования горнотранспортной системы подразумевается текущая реализация в конкретных условиях внешней среды горного предприятия, представляемых данным состоянием возможностей для осуществления основных функций системы. К задачам функционирования относятся выбор оптимальных вариантов организации перевозочного процесса, видов и типов подвижного состава, совместное планирование транспортных, производственных и складских процессов.

С точки зрения организации перевозочного процесса возможны три схемы с которыми сталкиваются ГИС-система транспортной логистики горнодобывающего предприятия: «один к одному» — наиболее простая с точки зрения планирования, не требует решения ни транспортной задачи, ни задачи маршрутизации; «один к многим» требует решение следующих задач маршрутизации («увязка» ездок, если между грузоотправителями и грузополучателями перевозка осуществляется только по маятниковым маршрутам; коммивояжера, если между грузоотправителями и грузополучателями перевозка осуществляется только по маршрутам перевозки; двух вышеперечисленных, если при организации перевозочного процесса используются как маятниковые, так и маршруты перевозки); «многие ко многим» — требует решение

транспортной задачи на первом этапе и задачи маршрутизации на втором.

Рассмотрим алгоритм моделирование организации перевозочного процесса ГИС-системы транспортной логистики горнодобывающего предприятия.

На первом этапе происходит формирование базы данных, включающей сведения о количестве транспортных средств, их типе и грузоподъемности, количестве отправителей и получателей груза, ограничениях, накладываемых отправителем и получателем на партию груза, которая может быть отправлена и получена соответствующим субъектом, временных ограничениях по доставке грузов в пункты назначения и их вывозу из пунктов отправления, затраты на перемещение единицы груза от каждого отправителя каждому получателю и др. Далее на основе полученной информации определяется схема организации перевозок. Затем необходимо осуществить проверку условия использования при перевозке груза схемы «многие ко многим». Если условие выполняется, то решается традиционная транспортная задача линейного программирования. Критерием оптимальности в транспортной задаче могут выступать транспортная работа, затраты времени на доставку или стоимость перевозки. На последующем этапе необходимо определить по каким маршрутам маятниковым или перевозочным будут осуществляться перевозки от каждого отправителя к получателям, закрепленным за ним после решения транспортной задачи. Далее проверяется условие использования при перевозке груза схемы «один к одному». Если условие не выполняется, то перевозка осуществляется по схеме «один к многим», которая требует решение задачи маршрутизации. При формализации этой задачи мы приходим к классической задаче коммивояжера. На последней фазе алгоритма определяется соотношение смоделированных значений времени нахождения автомобилей в рейсе с требованиями клиентов по срокам доставки грузов. Если условие не выполняется, то требуется откорректировать маршрут, или, если возможно время работы складов, грузоподъемность используемого на данном маршруте подвижного состава и заново смоделировать время движения.

Таким образом, предлагаемая иерархия моделей позволяет реализовать единый подход к формализации методов решения задач управления в транспортной логистике горнодобывающего предприятия. Это позволяет осуществить трехуровневую оптимизацию по мере редуцирования количества рассматри-

ваемых объектов и последовательного включения дополнительных факторов, связанных с конкретными маршрутами перевозок. Для решения задачи коммивояжера в проектируемой системе было решено использовать разработанный алгоритм, позволяющий относительно быстро получить решения хорошего качества, несложен в реализации и легко допускает некоторые изменения постановки задачи (в частности, позволяет ввести в задачу коммивояжера использование ограничений по временному графику доставки заказов).

Кроме того, в рамках разработанного алгоритма, предусмотрена задача планирования доставки грузов отличающаяся от задачи коммивояжера тем, что для доставки заказов мы имеем не одну, а несколько автомашин заданной грузоподъемности. Для решения задачи планирования доставки грузов было решено использовать «лепестковый алгоритм». Этот метод относительно несложен и, в то же время, позволяет быстро получить решение, близкое к оптимальному.

Необходимым условием для эффективного прогнозирования затрат и планирования работы горнодобывающего предприятия является наличие информационной базы данных по подвижному составу и формирование информационной базы данных. Априорно по каждому транспортному средству необходима следующая информация: марка и модель автомобиля; год выпуска автомобиля; пробег на исходную дату. По каждому транспортному средству ежедневно должна собираться следующая информация: техническое состояние автомобиля; текущий пробег; затраты на топливо; затраты на смазочные материалы; затраты на запасные части; затраты на ремонтные работы; время работы на линии; степень загрузки автомобиля (максимум из отношений текущий груз/грузоподъемность и текущий объем груза/ объем кузова). Для каждого транспортного средства в базе данных предусмотрены следующие состояния: работа на линии; техническое обслуживание; текущий ремонт и замена агрегатов; простои по организационным причинам; простои по выходным дням. Для затрат на запасные части предусматривается деление на следующие категории: шины; двигатель и навесное оборудование; трансмиссия; электрика; кузов. Затраты на ремонтные работы должны определяются по трудозатратам, измеряемым в нормочасах (по данным производителя автомобиля), и цены нормочасов по каждому из видов работ. После формирование базы данных по подвижному составу осуществляется прогнозирование потока отказов деталей и агрегатов

подвижного состава. Наличие адекватных (в смысле небольших (10—20%) отклонений прогнозных величин от реальных по необходимой номенклатуре и количеству материальных ресурсов, позволяет существенно сократить совокупные издержки по ремонту и обслуживанию подвижного состава, так как для сокращения времени технического обслуживания и ремонта необходимо повышать затраты на закупку ГСМ и запасных частей «впрок». Однако снижение данных затрат приведет к повышению времени на ТО.

Таким образом, в ходе проведенных исследований была решена задача экономического обоснования эффективности внедрения геоинформационной системы транспортной логистики горнодобывающего предприятия. Осуществлено структурирование и качественная оценка результатов от внедрения и использования геоинформационной системы на горнодобывающем предприятии. Предложена концепция и разработана структура геоинформационной системы. Разработан алгоритм решения транспортной задачи и предолжен подход к априорной оценки себестоимости транспортных услуг. Разработанная геоинформационная транспортной логистики горнодобывающего предприятия позволит с минимальными материальными и временными издержками решать следующие задачи: комплексное решение транспортной задачи; создание информационной базы по подвижному составу и текущей деятельности горнодобывающего предприятия; решение задач по учету и планированию производственной программы и расходам материальных ресурсов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федунец Н.И., Гончаренко С.Н. Проблемы повышения производственного потенциала горнорудных предприятий по добыче мед-но-никелевых руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2006. - № 9. - С. 189-196.

2. Федунец Н.И., Гончаренко С.Н. Оценка возможности управления производственными параметрами основных технологических циклов горнодобы вающего предприятия // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. - № 9. - С. 230-239.

3. Гончаренко С. Н., Парсегов А. С. Моделирование и оценка риска эксплуатации промышленного оборудования в отечественных и зарубежных исследованиях // Управление риском. - 2013. - № 2 (66). -С. 35-43.

4. Гончаренко С. Н., Дементьева Е. В. Обзор отечественных и зарубежных исследований по анализу риска возникновения аварийных ситуаций на горном предприятии // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2010. - № 10. - С. 177-185.

5. Гончаренко С. Н., Гетун Д. К. Оценка инвестиционной привлекательности коммерческих проектов освоения подземного пространства // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2006. — № 3. - С. 39-44.

6. Гончаренко С. Н., Ярощук И. В., Ширинкин М. С. Модели и методы выбора структуры информационных комплексов горнопромышленного предприятия с учетом факторов риска // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2009. — Т. 2. — № 12. — С. 147-156.

7. Гончаренко С. Н., Сачивка В. Д. Методы и модели выбора способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки // Программные продукты и системы. — 2011. — № 1. — С. 142.

8. Галкин В. И., Шешко Е. Е.Инженерная логистика погрузочно-раз-грузочных транспортных и складских работ на горных предприятиях: Учебное пособие. — М.: Горная книга, МГГУ. — 2009. —156 с.

9. Транспортно-складская логистика горных предприятий / Под ред. В. О. Будишевского и Л. Н. Ширина. — Донецк: ДонНТУ, 2005. — 415 с.

10. Миротин Л. Б. Логистика: управление в грузовых транспортно-логистических системах. — М.: Юристъ, 2002. — 414 с.

11. Akella M. R., Batta R., Delmelle E. M., Rogerson P. A., Blatt A., Wilson G. Base station location and channel allocation problems in cellular communications with emergency coverage requirements // European Journal of Operations Research, 164(2):301—323, July 2005.

12. Bozarth C., Handfielf R. Inroduction to Operations and Supply Chain Management. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2006.

13. Avijit Sarkar GIS Applications in Logistics: A Literature Review Journal of Biseness Logistic, 2007. tï^

КОРОТКО ОБ АВТОРE

Чапанов И.А. — магистр, e-mail: issa06@mail.ru, НИТУ «МИСиС».

UDC 681.518

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 6, pp. 389-397. I.A. Chapanov

GEOGRAPHIC INFORMATION ROUTING SYSTEM MODELING AT THE MINING ENTERPRISE ON THE LOGISTIC APPROACH BASIS

In work the mining enterprise functioning feature and specifics from a transport logistics position are considered. Expediency modern GIS-system use for the solution transport logistics problem is shown. The transportation process organization schemes and their realization model are considered. Possibilities of the logistic analysis application and mathematical modeling for freight traffics optimization of the mining enterprise are shown. The modeling

the transportation process organization transport logistics GIS-system algorithm at the mining enterprise is developed.

Key words: GIS-system; transportations modeling algorithm; transport logistics; freght traffics optimization.

AUTHOR

Chapanov I.A., Magister, e-mail: issa06@mail.ru, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.

REFERENCES

1. Fedunets N. I., Goncharenko S. N. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'.

2006, no 9, pp. 189-196.

2. Fedunets N. I., Goncharenko S. N. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'.

2007, no 9, pp. 230-239.

3. Goncharenko S. N., Parsegov A. S. Upravlenie riskom. 2013, no 2 (66), pp. 35-43.

4. Goncharenko S. N., Dement'eva E. V. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2010, no 10, pp. 177-185.

5. Goncharenko S. N., Getun D. K. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2006, no 3, pp. 39-44.

6. Goncharenko S. N., Yaroshchuk I. V., Shirinkin M. S. Gornyy informatsionno-analit-icheskiy byulleten'. 2009. T. 2, no 12, pp. 147-156.

7. Goncharenko S. N., Sachivka V. D. Programmnye produkty i sistemy. 2011, no 1, pp. 142.

8. Galkin V. I., Sheshko E. E.Inzhenernaya logistika pogruzochno-razgruzochnykh transportnykh i skladskikh rabot na gornykh predpriyatiyakh: Uchebnoe posobie (Engineering logistics of handling operations in hauling and warehousing at mines: Educational aid), Moscow, Gornaya kniga, MGGU, 2009, 156 p.

9. Transportno-skladskaya logistika gornykh predpriyatiy. Pod red. V. O. Budishevs-kogo i L. N. Shirina (Hauling and warehousing logistics at mines. Budishevskiy V. O., Shi-rin L. N. (Eds.)), Donetsk, DonNTU, 2005, 415 p.

10. Mirotin L. B. Logistika: upravlenie vgruzovykh transportno-logisticheskikh sistemakh (Logistics: Control in freight transport logistic systems), Moscow, Yurist", 2002, 414 p.

11. Akella M. R., Batta R., Delmelle E. M., Rogerson P. A., Blatt A., Wilson G. Base station location and channel allocation problems in cellular communications with emergency coverage requirements. European Journal of Operations Research, 164(2):301-323, July 2005.

12. Bozarth C., Handfielf R. Inroduction to Operations and Supply Chain Management. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2006.

13. Avijit Sarkar GIS Applications in Logistics: A Literature Review Journal of Biseness Logistic, 2007.

I КОРПУС ГОРНЫХ ИНЖЕНЕРОВ, ЭТО:

5. Обеспечение достойной жизни ветеранам, включая медицинское обслуживание, пенсионное обеспечение, рациональный отдых.