Совершенствование методики прогнозирования подвода экспортных грузов к портам Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

54

Логистика

ЛОГИСТИКА

УДК 656.2.078.1

Д. С. Долгорук, Т. Н. Каликина

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОДВОДА ЭКСПОРТНЫХ ГРУЗОВ К ПОРТАМ

Определены и оценены основные эксплуатационно-технические параметры, влияющие на величину сверхнормативного времени нахождения экспортных грузопотоков на транспортных направлениях. Сформирована методология расчета времени нахождения материального потока на направлениях железных дорог.

прогнозирование, транспортное направление, экспортные грузы, пропускная способность, логистические технологии.

Введение

В настоящее время система прогнозирования перевозок не обеспечивает достаточной точности и гибкости при организации грузопотоков, что приводит к накоплению груженых вагонов на подходах к основным портам страны в отдельные периоды времени, значительно превышая их выгрузочные способности. Необходимым условием эффективного взаимодействия всех звеньев транспортной цепочки является планирование, которое позволяет оценивать ситуацию на момент согласования каждой заявки, прогнозировать изменение положения в регионе выгрузки, мотивированно вводить конвенционные запреты и ограничения.

Важнейшим направлением развития транспортной системы является интеграция работы железных дорог с морскими портами в рамках международных транспортных коридоров. Анализ продвижения грузопотоков по всем элементам транспортной ин-фрастуктуры с разработкой мероприятий по ликвидации «узких» мест позволит улучшить прогноз подвода грузов к портам и смягчить влияние неравномерности и задер-

жек в перевозках на стыке взаимодействия железнодорожного и морского транспорта.

1 Постановка задачи

Актуальность проблемы определена тем, что дальнейшее экономическое развитие Дальневосточного федерального округа (ДВФО) базируется на увеличении объема экспортных перевозок сырья в страны Азиатско-Тихоокеанского региона. В связи с этим возникает необходимость обеспечения устойчивости перевозочного процесса, что порождает новый комплекс задач: выработка принципов взаимодействия и технического оснащения технологических линий, определение количественных и качественных показателей эксплуатационной работы.

Целью данной работы является разработка эффективной системы прогнозирования подвода грузов к портам и транспортным узлам. Цель определяет задачи, необходимые для ее достижения:

- определение основных эксплуатационно-технических параметров, влияющих на величину сверхнормативного времени

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Логистика

55

нахождения экспортных грузопотоков на транспортных направлениях;

- оценка выделенных параметров и разработка математической модели;

- формирование методологии расчета времени нахождения материального потока на направлениях железных дорог.

На основании исследований была определена структура грузопотока на Дальневосточной железной дороге: более 75 % от всех грузопотоков составляют экспортные грузы. В структуре экспортного грузопотока можно выделить две основные категории: уголь (46 %) и нефтепродукты (32 %о).

В ближайшей перспективе планируется реализация крупных инвестиционных проектов, которые должны оказать значительное влияние на формирование суммарного грузопотока в ДВФО. Так, грузопотоки экспортного угля увеличатся в несколько раз в связи с разработкой новых месторождений. Экспортные перевозки нефти значительно сократятся после ввода в эксплуатацию второй очереди нефтепровода «Восточная Сибирь -Тихий океан». Поэтому в качестве объекта исследования был выбран экспортный уголь как грузопоток, имеющий большую долю в структуре перевозок и перспективы значительного увеличения.

Расчеты показали, что поступление экспортного грузопотока угля на Дальневосточную железную дорогу подчиняется нормальному закону распределения с математическим ожиданием, равным 994 вагонам, на основе чего были рассчитаны количественные характеристики данного потока: интенсивность потока X (ваг. /сут) и среднее квадратическое отклонение 5 (ваг. /сут), которое характеризует неравномерность поступления потока. Мощность потока (ф) определялась в диапазоне [X - 5; X + 5] (ваг. /сут) [1].

2 Решение задачи

Для решения поставленной задачи наиболее подходит использование потокового программирования и сетевых моделей, которые позволяют решать задачи большой размер-

ности. Одним из основных преимуществ сетевых моделей является графическая наглядность представления перевозочного процесса при выявлении взаимосвязи между объемами перевозок и пропускной способностью, при установлении «узких мест» [2].

Полигон сети железных дорог предлагается представить с помощью ориентированного графа D (рис. 1) [3], в котором станция погрузки - начальная вершина v станция выгрузки - конечная вершина v попутные сортировочные станции - внутренние вершины (v, j е [1, ..., k]). Дуги графа (a, i е [1, ., k]) представляют собой совокупность перегонов и промежуточных раздельных пунктов.

Рис. 1. Ориентированный граф

Характеристикой каждой дуги и вершины являлось целое число G, называемое соответственно пропускной способностью участков и перерабатывающей способностью станции.

При моделировании процесса пропуска материального потока через транспортную систему, представленную в виде ориентированного графа, были определены следующие условия стабильного функционирования транспортного направления:

1. Пусть vj - произвольная вершина. Обозначим через ф (V; A) поток, следующий по транспортной сети, A - множество дуг, за-

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/3

56

Логистика

ходящих в v, а через A+ - выходящих из v. Тогда:

X Ф(Г, A) - X Ф(Г, A) = 0;

xeA v- xeA v+

т. е. в каждой вершине v, отличной от входа v1 и выхода vk+l, количество притекающего потока равно количеству вытекающего.

2. Поток ф (V; A), проходящий через транспортную сеть, не может превышать пропускной способности дуг и вершин:

0 < ф^; A) < c(V; A); (V; A) е D

или 0 <^ + 5< c(V; A); (V; A) eD .

3. Пропускная способность направления равна наименьшей пропускной способности любого элемента инфраструктуры, входящего в него:

G(V;A) = min(ga^ ga2, ...,

g ak , g v i , g v 2, * * *, g v k+i ).

Если обозначить Pv погрузку груза на станции погрузки; Pra - проследование перегонов и промежуточных станций; Р -

Vk+1

перегрузку груза с вагонов на судно на причалах; Ov - проследование попутных сортировочных станций, то процесс перевозки экспортных грузов может быть представлен в виде набора технологических операций, выполняемых в определенной последовательности:

Pv — Pra — Ov — Pra — Ov —

v1 a1 v2 a2 v3

— Pra — Ov

ak-i vk

—— Pra —— Pv .

ak vk+1

При этом Ov может принимать следующие значения:

При моделировании продвижения экспортного грузопотока по транспортному направлению в качестве характеристики каждого элемента используется время нахождения грузопотока на этом направлении. Если время нахождения экспортных грузопотоков на транспортном направлении принять за T, время нахождения вагонов на станции по-

k

грузки - tv; время в пути - X ta.; общее вре-

Vl i=1 '

мя нахождения вагонов на сортировочных станциях с целью их сортировки или попол-

k

нения - X tv ; время нахождение вагонов на

j=2 1

припортовой станции - t ; нахождение вагонов на подъездном пути перегрузки - tv ; мощность грузопотока - U, то целевая функция будет иметь вид

т=f(tvi; Xtai; Xtv

1=1 j=2 ■

vk+1 ’ vk+1

; u)

min.

В свою очередь, время нахождения в каждой подсистеме транспортного направления складывается из продолжительности выполнения цикла необходимых операций (Гех) и простоя в ожидании выполнения этих операций (^):

k+1 k+1 k+1

X tj =X tj + X tnVj;

j=1 j=1 j=1

k k k

X t = X tTex + X tn.

^ ai ^ ai ^ ai

i=1 i=1 i=1

Время простоя в ожидании выполнения технологических операций P рассчитывается с помощью теории массового обслуживания по одним и тем же алгоритмам для каждого элемента транспортного направления. Анализ показал, что в реальных условиях величина Р значительно превышает свое нормативное значение:

0, если производится

0„

= <

техническое обслуживание; 1, если производится

сортировка.

tп = t + с

норм Ьз

где Гн - нормативное значение простоя в ожидании выполнения операций; £, - величина сверхнормативного простоя.

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Логистика

57

Величина сверхнормативного простоя определяется особенностями технологии работы транспортного направления, она не является постоянной величиной и изменяется в зависимости от различных факторов. Таким образом, задача прогнозирования подвода экспортных грузов сводится к определению величины сверхнормативного простоя.

Поэлементный факторный анализ нахождения экспортных грузопотоков угля на транспортных направлениях Дальневосточной железной дороги за 2011 г. показал, что наибольшие доли сверхнормативных простоев приходятся на участки, попутные сортировочные станции, припортовые станции - соответственно 40, 25 и 15 % от общего числа сверхнормативных простоев.

Время нахождения потока на участках зависит от расстояния S; скорости коэф-

фициента заполнения пропускной способности k ; технического оснащения линии M, средств связи Y и типа графика R:

Е tai = f(S; $ R; ^^ min;

i=1

s = f (M; Y);

Г1

Y

< 2

полуавтоблокировка;

автоблокировка;

< 1 - телефонные средства связи.

Путем построения вариантных графиков движения поездов была определена продолжительность нахождения грузопотоков на участках железных дорог при различных исходных данных. Степень влияния технических и эксплуатационных характеристик на время нахождения на участке выражена повышающим коэффициентом а, который показывает, во сколько раз увеличивается нормативное время нахождения на участках железных дорог в зависимости от исходных данных (рис. 2).

По оси абсцисс откладываются значения коэффициента заполнения пропускной способности (£згш) от нуля до единицы, а по оси ординат - значения повышающего коэффициента а. Полученные кривые отображают значения коэффициента а при различных значениях £зап и времени нахождения поездов на ограничивающем перегоне.

Исходные данные:

M

1 - линия однопутная;

<2 - линия двухпутная;

> 2 - линия многопутная;

М = 1-й путь; N чет = N нечет;

J 7 гр гр 7

£зш е (0;0,9]; Г* е (5;40] мин,

а

k

заи

10-15 минут 16-20 минут 21-25 минут 26-30 минут 31-35 минут 36-40 минут

Рис. 2. Значения увеличивающего коэффициента а при различных исходных данных на однопутной линии (непакетный график)

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/3

58

Логистика

где NrpeT, N^™ - количество грузовых четных и нечетных поездов; t°TV - время хода по ограничивающему перегону.

Аналогичным способом были рассчитаны значения повышающего коэффициента а на однопутном перегоне при частично-пакетном графике (коэффициент пакетности 0,4; 0,6; 0,8). Было выявлено, что на двухпутных линиях при автоблокировке и непараллельном графике на значение повышающего коэффициента а оказывает влияние количество пассажирских поездов. Время нахождения на двухпутных линиях при автоблокировке при различных значениях коэффициента заполнения пропускной способности и числе пассажирских поездов может увеличиваться до 4,3 раза.

Рассмотрим, например, участок Комсомольск - Высокогорная:

М = 1-й путь; Y = 2 (автоблокировка);

S = 220 км;

3ГДП = 44,2 км/ч;

тип графика - парный непакетный;

к = 0,8; tогр = 19 мин.

зап 7 7 x

В соответствии c участковой скоростью, заложенной в графике движения поездов, время нахождения на участке Комсомольск -Высокогорная составит

t

S

Кмс—Выскг

норм

220 км

44,2 км/ч

4,97 ч.

На практике время нахождения на данном участке значительно больше. В соответствии с полученными зависимостями, при кзап = 0,8 и t^ = 19 мин время нахождения на участке увеличивается в 3,2 раза и составляет 15,9 часа. Анализ исполненных графиков

движения за январь, февраль и март 2012 г. показал, что фактическое время нахождения на участке Комсомольск - Высокогорная колеблется в диапазоне от 14,8 до 17,0 часа, а коэффициент а - в диапазоне от 2,97 до 3,42.

Заключение

Предложенная методика позволила повысить точность прогнозирования подвода экспортных грузов к портам. Точность прогноза увеличилась на 43 % за счет введения корректирующих коэффициентов нахождения экспортных грузов на участках, что позволяет оптимизировать взаимодействие портов с фрахтовыми компаниями, судовладельцами и стивидорами.

Для увеличения точности прогнозирования необходимо:

1) исследовать влияние технического состояния станции выгрузки на работу прилегающих участков и сортировочных станций на них;

2) определить величину корректирующих коэффициентов для установления времени нахождения экспортных грузопотоков на попутных сортировочных станциях.

Библиографический список

1. Теория массового обслуживания : учебник / П. П. Бочаров, А. В. Печинкин. - М. : Изд-во РУДН, 1995. - 529 с. : ил.

2. Основы теории графов : учебник / А. А. Зыков . - М. : Вузовская книга, 2004. - 664 с. : ил.

3. Расчет и использование пропускной способности железных дорог : монография / Д. Ю. Левин, В. Л. Павлов. - М. : УМЦ ЖДТ, 2011. -364 с. : ил.

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University