CC BY
7
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2004 р. Вип. № 14
УДК 656.2231
Бойко В.А.1, Гусев Ю.В.2
АНАЛИЗ И СТРУКТУРИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОДВИЖЕНИЯ ВАГОНОПОТОКОВ, ПРИБЫВАЮЩИХ НА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
Исследуется технология обработки вагонов общесетевого парка прибывающих на металлургическое предприятие. Рассмотрены маршруты продвижения вагонопотоков. Предложены модели, позволяющие рассчитать временные параметры вагонопотоков и выявить основные причины простоя вагонов и задержек их пребывания на предприятии
Большие объемы поступающего сырья, отгружаемой продукции и технологических перемещений дают все основания считать железнодорожный транспорт одним из элементов производственного процесса металлургического предприятия. Одна из существенных составляющих транспортных затрат предприятия - плата за пользование вагонами общесетевого парка и других собственников [1]. Существуют две укрупненные схемы вагонопотоков внешнего прибытия на предприятии. В первом случае вся готовая продукция грузится в вагоны, освобождаемые после выгрузки сырья, и имеется три вагонопотока предприятия: груженые на входе, груженые и порожние на выходе. По второй схеме погрузка части готовой продукции осуществляется в порожние вагоны, прибывающие с внешней сети.
По первой схеме работает меткомбинат им.Ильича (рис. 1). Такая схема позволяет эффективнее использовать вагонный парк и более оперативно решать вопросы подачи порожняка в цеха погрузки товарной продукции, однако при этом существенно возрастают объемы маневровой работы, увеличивается простой вагонов на предприятии и соответственно транспортные расходы.
Рис. 1 - Схема объединенных маршрутов движения вагонов (сплошные линии - груженые вагоны, пунктирные - порожние).
1 ОАО «МК им.Ильича», инженер
2 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
Выполненный анализ данных о продолжительности нахождения вагонов на комбинате позволил установить, что в целом простой вагонов идущих под вторую операцию (погрузка) составляет от 21,5 часа до 136,9 часа, в зависимости от маршрута прохождения: разгрузка-погрузка-сдача. Основная часть вагонов (более 97 %) обращается по девяти маршрутам.
Общая продолжительность нахождения вагонов на комбинате и её распределение по технологическим операциям на основных маршрутах представлено в табл. 1.
Таблица 1 - Временные характеристики основных маршрутов движения вагонов
№ Число Операции по Разгрузка и Оформление Про-
мар- ваго- приему поезда и подбор Погрузка сдачи и стой
шру- нов, % ожидание вагонов под отправление ваго-
та разгрузки погрузку поезда на, ч
1 56,7 Ст. Рудная Ст. Рудная АФ, коц цхп, Стан 1700 Ст. Западная, Ст. Хол. прокат
6,2 ч 13,72 ч 6,15 ч 6,44 ч 32,5
2 19,1 Ст. Рудная Ст. Рудная АФ, ИОЦ Стан 3000 Ст. Н.Прокатная
5,9 ч 12,06 ч 8,82 ч 4,64 ч 31,3
4 4,6 Ст. Сартана-2, Н.Бункерная Ст. Бункера дц ЦХП, Стан 1700 Ст. Западная, Ст. Хол. прокат
7,3 ч 18,11 ч 5,87 ч 7,22 ч 38,5
5 5,7 Ст. Сартана-2, Н.Бункерная Ст. Бункера ДЦ Стан 3000 Ст. Н.Прокатная
6,9 ч 14,33 ч 9,12 ч 5,45 ч 35,8
Среднее время, час. 6,1 14,8 7,1 6,2 34,2
Средний простой на этих маршрутах составляет 34,2 часа, что практически соответствует среднему простою по комбинату в целом. Вместе с этим обращает на себя внимание значительный разброс значений простоя одного вагона (в 2,6 раза) или от - 34 % до + 65 % от среднего значения. Данное положение дает основание считать, что на простой вагона, идущего под погрузку, оказывают воздействие значительное число факторов и свидетельствует о необходимости проведения углубленного анализа затрат времени по всей технологической цепочке: прибытие, разгрузка сырья, движение на погрузку, погрузка, отправление готовой продукции. Поэтому нахождение оптимальных решений по снижению простоя вагонов на данных маршрутах является для комбината первоочередным вопросом.
Что касается прочих вагонопотоков, то они имеют весьма ограниченный удельный вес в общем числе вагонов (3 %) и в суммарном простое (5 %). Разнообразны и специфичны условия работы с этими вагонами, что и определяет значительный простой отдельных вагонов и небольших групп. Среднее значение составляет - 55,7 часа, при разбросе от 23,5 до 136,9.
Как показывают данные, средний простой вагонов в течение года колеблется незначительно, за исключением отдельных периодов зимних месяцев.
Приведенные в табл. 1 данные показывают, что в настоящее время имеет место следующее распределение общей продолжительности (в среднем значении 34,2 ч.) по технологическим операциям: прием, разгрузка и подбор вагона для погрузки - 20,9 часа; подготовка вагонов к погрузке - 1,6 часа; погрузка - 5,5 часа оформление сдачи вагонов на станции погрузки - 3,6 часа; операции по отправлению вагонов на внешнюю сеть - 2,6 часа.
Анализ показал, что наибольший вагонопоток под погрузку (76 %) идет со станции Рудная (маршруты 1, 2, 3). Эти же маршруты характеризуются наименьшими затратами времени (31-45 час.). Установлено также, что наибольшими затратами времени (45-53 час) характеризуются маршруты, следующие в баллонный и трубопрокатный цехи (№№ 3, 6, 9), а наименьшими (31-45 час) - через станцию Новопрокатная на стан 3000 (№№ 2, 5, 8). Наибольшую нагрузку в обработке вагонопотока несут станции Рудная (70-80 % вагонов, идущих под сдвоенные операции, и 100 % порожних вагонов, отправляемых на внешнюю сеть) и Сартана-2 (20-30 % вагонов по прибытию, идущих под сдвоенные операции, и 100 %
груженых вагонов, отправляемых на внешнюю сеть). Простой вагонов по станции Рудная составляет 18-20 часов (около 55-60 % общего времени нахождения на комбинате), по станции Сартана-2 этот простой составляет 5-6 часов (около 10-15 % общей продолжительности).
Проведенный анализ дает основание считать, что для разработки рекомендаций по сокращению общей продолжительности времени пребывания вагонов на предприятии необходимо более подробно рассмотреть всю технологическую цепочку продвижения вагонов и, особенно, технологию и организацию работы станций Рудная и Сартана-2, а также цехов, осуществляющих выгрузку сырья и производящих погрузку готовой продукции.
Представим все многообразие технологических последовательностей операций по обработке вагонов при рассмотрении вероятностного характера разделения вагонопотока в виде ориентированного графа (рис. 2).
8 Я 10
Рис. 2 - Граф последовательностей операций (прямоугольники - грузовые и транспортные операции, окружности - точки ветвления вагонопотока).
В этом случае продолжительность нахождения вагона на предприятии (Т) можно описать следующей моделью
(1)
¿=1
где и - продолжительность ¡-й операции, /;, - вероятность свершения \ -й операции.
Выполнение расчетов по средним значениям продолжительностей операций и вероятностей ветвления не позволяет оценить стоимостные затраты из-за нелинейности функции платы за пользование вагонами. Оценку общей продолжительности необходимо выполнить с использованием нечетко выраженных значений продолжительностей операций и вероятностей [2].
В качестве нечеткой величины примем элемент нечеткого множества, который задается трапециевидным интервалом (а,в,а,Р). Графически такой интервал можно представить следующим образом (рис. 3).
Ц.
а р
Рис. 3 - Графическое представление трапециевидного интервала
Выполнение расчетов с использованием нечетких значений предполагает заданными правила выполнения операций над ними. Для трапециевидного интервала формулы четырех основных арифметических операций над нечеткими величинами XI и х2 представлены в табл. 2.
Таблица 2 - Расчетные формулы операций над нечеткими данными
Операции Результат х3 = (а3,в3, а3 ,р3"
а3 в3 а3 Рз
Сложение ai + а2 Bi + в2 oti + а2 Р1+Р2
Вычитание ai - в2 В! - а2 aj +р2 Pi + а2
Умножение ai * а2 В! * В2 a3- (ai-ai) (а2-а2) (Bi +Р0 (в2 + р2) - в3
Деление ai / в2 Bi/ а2 а3- (ai - ai) / (в2 + р2) (bj+PO /( a2- а2) - в3
Апробация данной методики проведена для наиболее простого случая - когда вагоны после выгрузки покидают предприятие порожними. В результате расчета продолжительности простоя вагонов (табл. 3), установлены минимальное и максимальное значения (4 и 28 часов), а также наиболее вероятный диапазон (6,8 ... 13,3), что соответствует данным статистического учета вагонов на предприятии. Аналогичные вычисления могут быть выполнены для любых маршрутов следования вагонов.
Таблица 3 - Перечень технологических операций и результат расчета продолжительности простоя вагонов
Операция Р Продолжительность Произведение
а в а Р a в а Р
Операции по приему 1 40 60 30 20 40 60 30 20
Ожидание выгрузки 1 18 72 12 114 18 72 12 114
Подача на выгрузку СРВО 0.5 36 36 0 0 18 18 0 0
Подача на выгрузку БВО или ПРВО 0.25 16 16 0 0 4 4 0 0
Выгрузка на СРВО 0.5 72 72 0 0 36 36 0 0
Выгрузка на БВО 0.25 72 72 0 0 18 18 0 0
Выгрузка на ПРВО 0.25 84 84 0 0 21 21 0 0
Простой в накоплении 1 0 30 0 60 0 30 0 60
Очистка вагонов 1 35 150 0 220 35 150 0 220
Сортировка вагонов 1 135 225 90 150 135 225 90 150
Операции по отправлению 1 80 160 45 300 80 160 45 300
Суммарное расчетное время равно (409, 798, 177, 864) мин. или (6,8; 13,3; 2,9; 14,4) ч.
Для более точного описания процесса продвижения вагонов необходимо подробное рассмотрение всех переменных модели, выявление воздействующих факторов, оценка степени их влияния и построение функциональных зависимостей продолжительности операций от факторов, поддающихся управлению, регулированию или иному воздействию. На этой стадии возможно применение моделей математического программирования, теории массового обслуживания, сетевых графиков и имитационного моделирования.
При рассмотрении одной из продолжительных операций - очистка вагонов после выгрузки возможно использование теории массового обслуживания для установления зависимости продолжительности простоя вагонов от количества путей в парке очистке, количества бригад рабочих, качества работы гаражей размораживания в зимнее время и др. Если поток требований простейший, а продолжительность обслуживания случайная величина с экспоненциальным законом распределения, алгоритм вычислений достаточно прост и сводится к расчету по известным формулам.
Применим модель системы массового обслуживания (СМО) с ожиданием для определения зависимости продолжительности простоя вагонов от числа путей в парке очистки станции Рудная при больших остатках в зимний период. Исходя из хронометражных наблюдений, поток вагонов подходящих на очистку является простейшим с интенсивностью -1,66 в час, а продолжительность очистки случайной величиной с экспоненциальным законом распределения и средним значением - 1,77 часа. Для указанных данных расчет простоя вагона в ожидании очистки, выполненный по классическим формулам теории массового обслуживания [3], дает следующие результаты: при 3-х путях - 82,6 часа, при 4-х - 3,2 часа, при 5-ти - 0,95 час, при 6-ти - 0,32 часа. Среднее значение, рассчитанное по результатам обработки графиков исполненного движения, эта величина составляет для 4-х путей - 2,93 часа. Отклонение расчетного и фактического значения не превышает 10 %, что подтверждает возможность использования известного алгоритма для анализа работы ж.-д. станций. При этом следует отметить многоэтапность и сложность такой процедуры расчетов.
Целью дальнейших исследований явилось установление для описанной СМО более простой аналитической зависимости простоя в ожидании обслуживания от всех ее параметров. Расчеты влияния интенсивности потока требований (X), средней продолжительности обслуживания (^бсл) и количество аппаратов обслуживания (т) на продолжительность простоя требований в ожидании обслуживания (^ж) проводились в диапазонах имеющих место при обслуживании вагонов на ж.-д. станциях. Выполненные расчеты были сведены в таблицы. Вывод аппроксимирующей формулы проводился в следующей последовательности. В алгоритме расчета выделена составляющая определения Р0 посредством суммирования числового ряда. Для этих значений была подобрана функция вида У = (X 10бсл/т)А+Вш и методом наименьших квадратов определены коэффициенты А и В. По результатам исследования выведена следующая формула
Расчеты, выполненные по приведенной формуле для выше указанных условий, дают следующий результат: при 3-х путях - 82,41 часа, при 4-х - 3,18 часа, при 5-ти - 0,97 час, при 6-ти - 0,35 часа. Эти значения полностью согласуются с расчетами, выполненными по классическим формулам теории массового обслуживания. Таким образом, абсолютная ошибка не превосходит 0,05 часа, а относительная 10 %.
1. При средней продолжительности нахождения вагона на предприятии около 34 часов, этот показатель на различных маршрутах продвижения вагонов (станция прибытия - цех разгрузки - цех погрузки) существенно отличается от средней величины, что свидетельствует о имеющихся недостатках в организации этого процесса.
2. Одна из основных причин создавшегося положения - имеющиеся недостатки существующих методов расчета продолжительности всей технологической цепочки обработки вагонов, и, следовательно, невозможность быстрого и надежного прогнозирования развития ситуации для принятия оптимальных управленческих решений по продвижению вагонов общесетевого парка.
3. Разработанные графические и аналитические модели позволяют существенно упростить анализ технологических процессов на транспорте, ускорить расчеты и могут использоваться для принятия оперативных решений, а также поиска путей совершенствования работы железнодорожных станций и транспортного обслуживания производственных цехов предприятий.
1. Парунакян В.Э. Концепция повышения эффективности управления вагонопотоками на предприятии / В.Э. Парунакян, В.А. Бойко, Ю.В.Гусев II Вюник Приазов. держ. ун-ту: 36. наук. пр. - Мар1уполь, 2003. - Вип.. 13 - С.264-268.
2. Тыщук Т.А. Инвестиционные расчеты и анализ рисков в условиях нечетких данных. Препринт доклада: ИЭП НАЛ Украины / Т.А. Тыщук. - Донецк, 1997. - 20с.
3. Информационные технологии на железнодорожном транспорте: Учеб. для вузов ж.-д. трансп / Э.К. Лецкий, В.И. Панкратов, В.В. Яковлев, и др.- М.: УМК МПС России, 2001. -
Выводы
Перечень ссылок
420с.
Статья поступила 07.04.2004
