CC BY
18
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство _Экономика и управление_
ш
УДК 656 Багинова Вера Владимировна,
д. т. н., заведующая кафедрой «Логистика и управление транспортными системами» Московского государственного университета путей сообщения, тел. (495)684-29-07, e-mail: baginova@rambler.ru Николаева Александра Игоревна, аспирант кафедры «Логистика и управление транспортными системами» Московского государственного университета путей сообщения, тел. (495)684-29-07, e-mail: logistic-miit@yandex.ru Пашков Николай Николаевич, д. т. н., профессор кафедры «Логистика и управление транспортными системами» Московского государственного университета путей сообщения, тел. (495)684-29-07, e-mail: PashkovNN@gmail.com
МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ МАТЕРИАЛЬНЫХ ПОТОКОВ В МУЛЬТИМОДАЛЬНОМ ТРАНСПОРТНОМ УЗЛЕ
V. V. Baginova, A.I. Nikolaeva, N.N. Pashkov
THE MODEL OF DYNAMICS OF MATERIAL FLOWS
IN MULTIMODAL HUB
Аннотация. В статье рассматривается проблема моделирования грузопотоков разных видов транспорта в рамках мультимодального транспортного узла на основе экономической модели межотраслевого баланса.
Ключевые слова: мультимодальный транспортный узел, моделирование грузопотоков.
Abastract. The problems of material flows modeling by different types of transport in multimodal hub based on economic model of input-output balance are analyzed in this article.
Keywords: multimodal hub, material flows modeling.
Результаты исследований в области стратегического управления портовыми комплексами, крупными логистическими центрами и транспортными компаниями говорят о том, что современное состояние транспортного комплекса Российской Федерации характеризуется изношенностью основных фондов и низкой эффективностью взаимодействия различных видов транспорта. Это приводит к росту издержек продвижения грузопотоков по российским транспортным коридорам, ослабляя позиции РФ на международном транспортном рынке.
В связи с этим в «Стратегии развития железнодорожного транспорта РФ до 2030 года» [1] значительное внимание уделено интеграции работы всех видов транспорта в рамках развития транзитных транспортных коридоров. В частности, на текущую пятилетку Федеральной целевой про-
граммой «Развитие транспортной системы России (2010-2015 годы)» [2] предусмотрена организация транспортных коридоров и создание крупных центров интермодальных и мультимодальных перевозок. Для реализации программы запланировано строительство новых путей сообщения, обновление подвижного состава и развитие инфраструктуры различных видов транспорта [1].
Рассматривая проблему лучшего использования транзитного потенциала транспортного комплекса РФ, необходимо отметить такой важный фактор, как геополитическое положение нашей страны, ее расположение между двумя динамично развивающимися регионами мира - Ев-роатлантическим и Азиатско-Тихоокеанским. При развитии уникальной системы железнодорожных коммуникаций, обеспечивающих кратчайшие расстояния трансконтинентальных перевозок, и модернизации транспортной инфраструктуры в соответствии с международными требованиями будет обеспечено эффективное использование международных транспортных коридоров.
Базовыми элементами транспортной системы России определены федеральные и региональные транспортные узлы - центры мультимодаль-ных перевозок. Уровень организации работы в таких мультимодальных центрах определяет качество работы всей транспортной системы, безусловно влияя на экономику и возможность позиционирования России как крупной транспортной державы. При их общем назначении - организации мультимодальных и интермодальных перевозок,
обеспечении комплексного подхода к развитию транспортной и распределительной систем, организации взаимосвязей между всеми видами транспорта, имеющимися на территории узла, компаниями-операторами перевозок, складским и терминальным комплексом - мультимодальные узлы различаются по уровню концентрации пассажиропотоков, грузопотоков и территории влияния.
Классификация мультимодальных транспортных узлов (МТУ) зависит от места их расположения, прохождения в зоне их влияния транспортных коридоров, от геополитического положения не только самого узла, но и государства, в котором данный узел расположен. МТУ федерального значения формируются в центрах действительно крупнейших экономических районов Российской Федерации. Такой центр должен обладать развитой транспортной инфраструктурой, на его территории должны быть достаточно развиты и эффективно функционировать несколько видов транспорта и существовать объективные условия для их дальнейшей модернизации и обеспечения комплексной, взаимоувязанной работы всех имеющихся видов транспорта. В технологическом аспекте МТУ должен обеспечивать в оперативном режиме доставку грузов в пределах зоны своего влияния в прямом, интермодальном и мультимо-дальном сообщениях, т. е. иметь необходимый парк подвижного состава, соответствующие пути сообщения, инфраструктуру и технологии.
Важным атрибутом МТУ федерального значения является наличие достаточно развитого складского и терминального комплекса, способного принять и переработать грузы не только для региона (субъекта федерации), в котором он расположен, но и для всего экономического района, федерального округа. Должна быть развита сеть страховых компаний и банков, способных оказать необходимые услуги во всей зоне влияния данного узла как грузоотправителям и грузополучателям, так и транспортным, складским компаниям. Это страхование грузов и пассажиров, ведение дел в случае наступления страховых выплат, предоставление займов и кредитов на модернизацию транспортной и складской инфраструктуры. Необходимо, чтобы в данном центре имелись достаточно крупные компании-операторы перевозок, способные в дальнейшем взять на себя функции единого оператора мультимодальных транспортных перевозок в пределах зоны влияния федерального МТУ, а возможно и России [2].
Необходимым условием для классификации транспортного узла как мультимодального центра федерального уровня является наличие в его составе морского порта. Для увеличения пропускной способности любого транспортного узла, в составе которого есть морской порт, необходима его техническая и технологическая модернизация. Например, нужно ускорять вывоз грузов с причалов за его пределы, тем самым освобождая их для новых грузовых партий, этого можно добиться путем увеличения перевалочных мощностей.
Однако вложение средств в реконструкцию инфраструктуры и строительство новых терминалов на территории транспортных узлов сопряжено не только с проблемами крупных инвестиций, но и, зачастую, с отсутствием возможности такого территориального расширения - большинство российских портов находится в центре городов. Выходом может стать строительство тыловых терминалов или так называемых «сухих портов» (англ. «dry ports»), способных обеспечить весь комплекс услуг для грузов -накопление судовых партий, прием, хранение, обработку, проведение таможенных операций. Именно это может позволить в разы увеличить пропускную способность транспортных узлов.
При разработке программы формирования мультимодального транспортного узла стратегической задачей является комплексное развитие всех входящих в него видов транспорта, терминального и складского хозяйства, а также их инфраструктурных звеньев. На эффективность загрузки мультимодального транспортного узла влияют как социально-экономические факторы: неравномерность потребления и неритмичность производства; так и технологические факторы: различие пропускной способности путей сообщения и провозной способности подвижного состава разных видов транспорта.
В совокупности эти факторы приводят к необходимости создания складских запасов грузов и резервирования подвижного состава. Минимизация запасов материальных ресурсов увеличивает фондоотдачу и снижает общие транспортно-логистические издержки, которые в настоящее время достигают 70 % конечной цены продукции [3].
По объективным причинам, в различных мультимодальных узлах не все виды транспорта имеют одинаковое развитие, поэтому основу мультимодального транспортного узла составляют два-три вида транспорта, инвестиции в развитие которых позволяют получить наибольший эффект.
Одной из фундаментальных проблем транспортной логистики при организации мультимо-дальных перевозок грузов является проблема управления материальными потоками. Целью настоящей работы является создание рациональной модели транспортного узла в условиях растущего грузопотока и ограниченности пространственно-территориальных ресурсов.
Задачу определения баланса грузопотоков разных видов транспорта сформулируем на основе модели экономического взаимодействия «затраты - выпуск» В. Леонтьева.
Предположим, что крупный мультимодаль-ный транспортно-логистический центр организует взаимодействие грузопотоков п видов транспорта, и пусть ац представляет собой относительный коэффициент затрат, показывающий количество единиц груза I, перевозимых транспортом Ц.
Тогда взаимосвязи между потоками грузов х\, х2,... хп п видов транспорта и конечным спросом, включающим в себя потребление у и новые инвестиции, удовлетворяют следующей системе:
(I - А)х = у, (1)
где I - единичная диагональная матрица, А=|ау| -матрица коэффициентов технологических затрат, хт=[х;, х2, ..., х„] - вектор грузовых потоков.
Система вида (1) в научной экономической литературе получила название «система Леонтьева «затраты - выпуск». Для исследования динамики зависимости валового выпуска продукции от конечного спроса В. Леонтьевым была предложена модифицированная система:
(I - А)х - Вх' = у. (2)
Здесь В - квадратная матрица того же порядка, что и матрица А. Для логистической транспортной системы элемент Ьу матрицы В представляет собой запас груза транспорта I, требуемый для перевозки единицы груза транспортом Ц. Поэтому компоненты вектора Вх' описывают скорость изменения всех видов запасов в их взаимосвязи с изменениями скоростей перевозок х' всех видов транспорта.
В настоящей статье к исследованию задачи (1), (2) применяется метод фазового пространства, при условии, что вектор-функция у = у(х) — кусочно-гладкая интегрируемая функция. Для такой вектор-функции у фазовым пространством уравнения (2) является гладкое С°°-многообразие. В зависимости от полноты исходных данных, для практики интересны несколько случаев.
1. Траснпортно-логистический центр с известными характеристиками грузовых потоков,
стабильной мощностью переработки грузов и фиксированным парком подвижного состава. В этом случае модель динамики материальных потоков записывается в виде однородной системы обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными параметрами. Множество решений линейной однородной системы (2) обыкновенных дифференциальных уравнений (у = const) при изменении параметров А и В исчерпывающе исследовал Ф.Р. Гантмахер на основе теории пучков матриц [4].
2. В более сложном случае, когда изменяется входной вектор у (спрос, потребление), модель динамики материальных потоков записывается в виде линейной неоднородной системы обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными параметрами. Условием существования единственного решения линейной неоднородной системы (2) обыкновенных дифференциальных уравнений с известным законом изменения вектора у является требование невырожденности матрицы В:
det (B) ф 0. (3)
Если условие (3) не выполняется, необходимо предварительно решить задачу оптимизации параметров матрицы В (оптимизация запасов).
3. В реальных ситуациях о значениях элементов матриц A и B известны лишь границы их изменения. В этом случае существование решений уравнения (2) гарантируется, если значения матриц A и B принадлежат множеству точек равновесия по Нэшу в фазовом пространстве состояний системы (рис. 1).
На рис. 1 объемы перевозимой продукции Q1, Q2, Q3 (абсциссы точек пересечения кривых затрат на транспортировку груза) соответствуют критическим размерам фактического объема груза, позволяющим выявить наиболее эффективный вид транспорта.
В наиболее сложном случае о значениях элементов матриц А и В известна лишь их принадлежность некоторому числовому множеству и дифференциальная система (2) может быть вырождена (det В = 0). Тогда дополнительно возникает задача поиска оптимальных значений интер-вально неопределённых параметров матриц A и B, которая решается методами математического программирования [5].
Предлагаемая модель позволяет исследовать динамику материальных потоков мультимодаль-ного транспортного узла с учетом взаимодействия разных видов транспорта, изменения величины
Рис. 1. Множество точек равновес инвестирования, переменного спроса на продукцию и даёт возможность оценить необходимые запасы различных грузов и транспортных средств.
Таким образом, производится координация решений локальных задач для мультимодальных узлов при помощи лимитирующих значений критериев, выражающих соответственно время и себестоимость доставки грузов, что соответствует основным принципам функционирования логистических систем, а именно: доставка груза «точно в срок» и с наименьшими издержками.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Постановление Правительства РФ от 20 мая
по Нэшу транспортной системы
2008 г. № 377.
2. Распоряжение Правительства РФ от 22 ноября 2008 г. № 1734-р.
3. Логистические транспортно-грузовые системы / В.И. Апатцев, С.Б. Лёвин, В.М. Николашин и др. Под ред. В.М. Николашина. - М.: Академия, 2003. - 304 с.
4. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. - М.: Наука, 1966. - 576 с.
5. Носков С.И. Точечная характеризация множества Парето в линейной многокритериальной задаче / Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2008, № 17. - С. 99102.
