Алгоритм определения оптимального размера сетей автозаправочных станций малых и средних городов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 004.021, 519.876.2, 625.721.2, 65.01

А.А. Безродный АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО РАЗМЕРА СЕТЕЙ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ МАЛЫХ И СРЕДНИХ ГОРОДОВ

Существующие алгоритмы построения сетей автозаправочных станций нуждаются в уточнении применительно к современным условиям. Представленный алгоритм позволяет найти число АЗС, обеспечивающее перехват заданного транспортного потока в пределах улично-дорожной сети различного вида.

Автозаправочная станция, нефтепродуктообеспечение, сеть

обслуживания, транспортный поток, алгоритм, моделирование, оптимизация, теория систем, принятие решений, проектирование и управление.

A.A. Bezrodny OPTIMAL SIZE GAS STATION NETWORKS DETERMINATION ALGORITHM FOR DIFFERENT SIZE CITIES

Existed algorithms for gas station location should be developed for modern conditions. The algorithm permits to find a gas station network size providing catching of the needed transportation flow in different road network types.

Gas station, petroleum supply, service network, transportation flow, algorithm, simulation, optimization, system theory, decision-making, engineering and management.

Введение

Для обеспечения эффективного функционирования сетей АЗС необходима оптимизация как составляющих их элементов (отдельных АЗС, нефтебаз, каналов связи, систем управления и обеспечения), так и их в целом.

Известные математические модели решают задачи, связанные с размещением АЗС в местах максимальной плотности потока автотранспортных средств (АТС), транспортные и некоторые другие задачи [1]. Однако проблема взаимного влияния между АЗС сетей с точки зрения перераспределения потоков заявок в них остается не решенной.

В работе рассматривается алгоритм определения числа АЗС сети,

перехватывающей заданный объем потока АТС, и обсуждаются полученные результаты.

1. Системный анализ сетей АЗС

Сеть АЗС представляет собой подсистему нефтепродуктообеспечения (НПО), выполняющую функции приема, хранения и отпуска нефтепродуктов и сопутствующих

товаров (услуг) конечным потребителям. Основные свойства подсистемы представлены в таблице.

На рис. 1 приведена обобщенная структура существующих сетей АЗС. Приняты следующие обозначения: М, И и Ф - соответственно каналы передачи материальных, информационных и финансовых потоков; АЗС ^ Распределительные нефтебазы ^ Перевалочные нефтебазы ^ Терминалы и склады поставщиков ^ Система управления -уровни иерархии исследуемой подсистемы.

Рис. 1. Структура сети АЗС

Полагается, что процессы отпуска нефтепродуктов, сопутствующих товаров и оказания услуг аналогичны, что позволяет рассматривать один из указанных процессов.

Основные свойства сетей автозаправочных станций

Наименование Содержательное описание Компонент модели, функция

Автозаправочные станции Реализация нефтепродуктов, сопутствующих товаров и услуг конечному потребителю Точки стока элементов материальных и информационных потоков во внешнюю среду (потребителям); точки истока элементов информационных и финансовых потоков из внешней среды

Продуктопроводящая и информационная сети Каналы транспорта ГСМ, сопутствующих товаров, информации и денежных средств Средства переноса элементов материальных, информационных и финансовых потоков без изменения состояния

Терминалы НПЗ, склады товаров и услуг Поставка ГСМ, товаров и компонент услуг для сети АЗС Точки истока элементов материальных и информационных потоков из внешней среды

Окончание таблицы

Наименование Содержательное описание Компонент модели, функция

Распределительные и перевалочные нефтебазы и склады Прием,хранение и выдача ГСМ и сопутствующих товаров на АЗС в объемах, Согласование графиков работы объектов различных уровней иерархии, формирование резервного запаса, демпфирование слабо

сопутствующих товаров соответствующих их производительности и спросу прогнозируемых изменений объемов поставок и потребления внешней среды

Системы управления Технические и организационные средства управления различных уровней иерархии Реализация функций управления сбора и обработки информации, подготовки к принятию решения, принятия решения и обеспечения его исполнения

Примечание: ГСМ - горючесмазочные материалы; НПЗ - нефтеперерабатывающий завод

2. Алгоритм реализации модели определения оптимального числа АЗС

При построении алгоритма принято, что АЗС (или площадки под их строительство) размещены в местах максимальной плотности потока АТС [1, 2].

На этапе 1 осуществляется сбор информации о сетях АЗС.

1.1. Сбор информации об улично-дорожной сети (УДС) и сетях АЗС.

1.2. Задание допустимых отклонений, полученных при реализации модели.

1.3. Проверка наличия данных о характеристиках потока АТС, потребителях и элементарных актах отпуска нефтепродуктов для периодов времени, соответствующих их наибольшим изменениям, исходя из отношений следования «точные данные» ^ «данные АСУ АЗС и базы данных (БД) системы обслуживания по микропроцессорным картам» ^ «результаты имитационного моделирования и натурных наблюдений».

На этапе 2 применяются известные математические модели [3, 4].

2.1. Среднее необходимое число АЗС сети для элемента УДС данного вида (малый или средний город) находится по методике определения потребности и размещения АЗС в отдельном экономическом районе [5] с использованием экспертных оценок и принятых рекомендаций (например, 1 АЗС на 1000 зарегистрированных АТС в США [6]).

2.2. Верхняя граница числа АЗС сети (и площадок под их строительство) определяется по модели размещения объектов в места максимальной плотности потока АТС.

2.3. Нижняя граница числа АЗС сети определяется числом объектов (площадок под их строительство), удовлетворяющих факторам размещения для соответствующих уровней (малый, средний и крупный город), принципам декомпозиции (город, микрорайон, загородные пути сообщения).

На этапе 3 определяется взаимное влияние АЗС на величину перехвата потока АТС объектами одноименной сети.

3.1. Строятся зависимости (функции) показателей эффективности (доход, издержки, нереализованные варианты развития) подсистемы или ее компонент (число клиентов, карт, договоров, элементарных актов отпуска нефтепродуктов и т.п.) от числа АЗС для временных периодов, соответствующих их наибольшим изменениям, и находятся точки перегиба соответствующих функций.

3.2. При отсутствии указанной точки на следующем уровне декомпозиции осуществляется сбор информации, отражающей изменения показателей эффективности при создании и/или реконструкции АЗС или их сетей с точностью до элементарного акта отпуска нефтепродуктов. Если данная точка не найдена, осуществляются уточнение модели и переход к этапу 1.

3.3. Для мест максимальной плотности потока АТС, для которых выполняется п. 1.2, принимается решение о строительстве АЗС. В противном случае осуществляются уточнение модели, занесение данных в БД по АЗС и переход к п. 1.1.

На этапе 4 выполняется проверка адекватности модели.

4.1. Осуществляется создание (реконструкция) АЗС сети для тестирования и проверки адекватности модели.

4.2. В случае отклонения результатов моделирования и реальных данных менее, чем на заданное значение (см. п. 1.2), модель считается адекватной и рекомендуется для дальнейшего применения (занесение информации в БД АЗС и переход к этапу 1).

4.3. В случае неадекватности модели осуществляются ее уточнение, занесение данных в БД АЗС и переход к п.1.1.

3. Результаты практического применения алгоритма

Выполнен анализ развития сетей АЗС эффективно функционирующего межрегионального предприятия НПО «Вертикально-интегрированная нефтяная компания» (ВИНК) в ряде малых и средних городов типичных регионов средней полосы РФ за период 2002-2006 гг. В качестве источника информации выбрана БД системы обслуживания по микропроцессорным картам, отражающая структуру распределения потребителей, динамику реализации нефтепродуктов и их распределение по видам. Анализ проведен для существующей сети из 10 АЗС, действующей системы безналичных расчетов (3 года) и системы обслуживания по микропроцессорным картам (1 год) (рис. 24).

Из рисунков видно, что развитие сети АЗС при немонопольном положении на рынке среднего города на этапе насыщения (роста существующей сети АЗС) предполагает сохранение среднего числа АЗС, посещаемых клиентами, на уровне 8 ± 6 АЗС. При этом распределение потребителей по числу АЗС близко к экспоненциальному закону.

Число АЗС сети, шт.

100%

Р ь ^ ф

1 О

З

2 ^

ь ^ сс га з т

га ф ^ о

’§ го ф 4 * I

'З I

I- Го с ф К О

ло

О С

10%

1%

0%

8 10 12 14 16 18

20

* •—-

:'?* ж в * х . - • *

• «

Ж *

Ж

+

+

і

■ II-й кв. 2002 ▲ III-й кв. 2002 х !У-й кв. 2002 Ж 1-й кв. 2003 • 11-й кв. 2003 +111-й кв. 2003

-IV-й кв. 2003 -1-й кв. 2004 II-й кв. 2004 III-й кв. 2004 !У-й кв. 2004 XI-й кв. 2005

II-й кв. 2005 Ш-й кв. 2005 IV-й кв. 2005 4-й кв. 2006 — Н-й кв. 2006

Рис. 2. Распределение потребителей сети по числу АЗС (сеть АЗС среднего города)

Рост числа АЗС сети вызывает необходимость проведения следующего уровня декомпозиции исследуемой подсистемы, для которого целесообразно выделять объекты по видам элементов УДС - малые (до 150-300 тыс. жителей) и средние (500-1500 тыс. жителей) города (рис. 5 и 6).

II кв. кв. IV кв. II кв. IV кв. II кв. IV кв. II кв. IV кв. II

2002 2002 2006 2003 2003 2004 2004 2005 2005

Период развития сети, квартал

♦ - среднее число АЗС, посещаемых потребителем; ■ - число АЗС в сети;

- полиномиальная зависимость (среднее число АЗС, посещаемых потребителем); ----------------полиномиальная зависимость (число АЗС в сети)

Рис. 3. Влияние роста числа АЗС на среднее число объектов, посещаемых потребителями

(сеть АЗС среднего города)

ф

го

ф

О

О

с

О

со

С

ё ю

О ф

т

ф

ф

I

ф

О

I-

о

с

Число АЗС сети, шт.

Рис. 4. Рост среднего числа АЗС, посещаемых потребителями, при увеличении числа объектов (сеть АЗС среднего города)

Число АЗС сети, шт.

♦ - среднее число посещаемых АЗС; ■ - число АЗС с максимальной долей реализации;

▲ - максимальное число АЗС;-------полиномиальная зависимость (среднее число посещаемых АЗС);

-----полиномиальная зависимость (число АЗС с максимальной долей реализации);

-----полиномиальная зависимость (максимальное число АЗС)

Рис. 5. Характеристики современных сетей АЗС для малых и средних городов

Число АЗС сети, шт.

Рис. 6. Снижение доли максимального посещения клиентами при росте сети АЗС

Из анализа полученной информации можно сделать следующие выводы:

- по мере роста сетей АЗС увеличивается число объектов, посещаемых потребителями (включая и межрегиональную компоненту мегасетей ВИНК); при этом их среднее число растет медленнее или остается на некоторых участках неизменным;

- степень взаимного влияния АЗС сети целесообразно оценивать по степени близости значения среднего числа объектов, посещаемых потребителями, относительно точки перегиба рассматриваемой зависимости с учетом сохранения ряда объектов в соответствии со значениями ранее выделенных факторов их размещения.

Заключение

1. Сети АЗС представляют собой основу предприятий НПО, что обусловливает актуальность их исследования.

2. Использование современных средств сбора и обработки информации (микропроцессорные карты и др.) позволяет существенно повысить точность моделирования и оптимизации, достоверность результатов и обоснованность выводов по перспективной топологии сетей АЗС.

3. Результаты применения предложенного алгоритма для межрегиональных предприятий НПО малых и средних городов средней полосы РФ показали, что основная доля потребителей может быть с минимальным перераспределением клиентов обслужена меньшим числом АЗС.

ЛИТЕРАТУРА

1. Безродный А.А. Модели структур и алгоритмы управления автозаправочными станциями / А. А. Безродный, А.Ф. Резчиков. Саратов: СГТУ, 2004. 249 с.

2. Безродный А.А. Размещение автозаправочных станций в малом городе / А.А. Безродный, Ю.Ф. Белов, Р.В. Новиков // Информационно-вычислительные технологии и их приложения: сб. ст. IV российско-украинского науч.-техн. и метод. симпозиума. Пенза: РИО ПГСХА, 2006. С. 10-18.

3. Безродный А. А. Методика оценки функционирования структур обслуживания по микропроцессорным картам / А. А. Безродный, Ю.Ф. Белов, Р.В. Новиков // Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании: сб. ст. XVII Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: РИО ПГСХА, 2006. С. 2632.

4. Безродный А.А. Повышение эффективности структуры топливораздаточного оборудования на автозаправочных станциях с использованием автоматических автозаправочных терминалов / А. А. Безродный, Р. В. Новиков // Проблемы управления в социально-экономических и технических системах: сб. науч. ст. Саратов: Научная книга, 2006. С. 93-100.

5. Методика определения потребности и размещения АЗС в отдельном экономическом районе. М.: НПО АЗТ, 1980. 96 с.

6. Helms T.P. A collection of vintage gas stations / T.P. Helms, C. Flone. Atgen PA: Schiffer Publishing Ltd., 1997. 159 c.

Безродный Алексей Анатольевич -

кандидат технических наук, начальник службы эксплуатации Саратовского филиала

ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефтепродукт»

Статья поступила в редакцию 13.01.09, принята к опубликованию 11.03.09

Bezrodny Aleksey Anatolyevich -

Candidate of Technical Sciences,

the Head of Traffic Department Saratov branch

of «LUKOIL-Nizhne-Volzhsknefteproduct» LLC