О СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДАХ БИЗНЕС-ПЛАНИРОВАНИЯ РАБОТЫ РЕЧНОГО ФЛОТА Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 656.62

А.Ю. Платов, д.т.н., профессор ФГБОУВО «ВГУВТ» Ю.И. Платов, д.т.н., профессор ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.

О СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДАХ БИЗНЕС-ПЛАНИРОВАНИЯ РАБОТЫ РЕЧНОГО ФЛОТА

Ключевые слова: планирование работы флота, вычисление расхода топлива, потребность во флоте, эксплуатационные затраты

В данной статье предлагается метод определения потребности во флоте, а также эксплуатационных расходов при перевозках грузов с учётом условий плавания и технических параметров судов. Показано, что простые методы, используемые в настоящий момент на практике, могут приводить к значительным погрешностям.

В настоящее время существуют разнообразные подходы к бизнес-планированию работы флота. Однако общими для всех подходов являются следующие недостатки:

1. Отсутствие обоснованных резервов при определении потребности во флоте, изменяющихся по периодам навигации, водным путям, типам судов и в зависимости от других условий.

2. Отсутствие учёта влияния на расход топлива условий плавания и загрузки судов, скоростей движения, соотношения ходового и стояночного времени на различных грузопотоках.

3. Неучет особенностей конкретных рейсов судов при расчете эксплуатационных расходов, в том числе условий оплаты труда, особенностей грузов и др.

Эти недостатки отрицательно влияют на определение как потребности во флоте, так и величины эксплуатационных расходов.

Использование прикладных информационных технологий (ИТ) для планирования работы флота предоставляет судоходным компаниям большие возможности как для повышения точности расчетов, так и для оптимизации эксплуатационных расходов. Вместе с тем, использование ИТ для бизнес-планирования ограничивается, как правило, электронными таблицами, с помощью которых эксплуатационно-экономические обоснования выполняются по простейшим зависимостям, которые использовались ещё в 40-х годах [1], следующим образом:

Ф = ч'крО Чез) , (1)

Э = (К С + ^ ся Кр, (2)

где Ф - потребность во флоте для отдельного участка работы, ед. судов; ч - частота отправления судов, ед. в сут.; ^ - продолжительность кругового рейса судна (состава), сут.;

крез - коэффициент резерва (накладного) времени в размере 5-7%; Э - эксплуатационные расходы за плановое число круговых рейсов, руб.; ^, К-г - соответственно, продолжительность ходового и стояночного времени в составе кругового рейса, сут.; Сх, Сст - соответственно, суточные расходы судна в ходу и на стоянке, руб. в сут; тщ - число круговых рейсов одного судна или группы однотипных судов.

Такие зависимости даже в условиях высокой стабильности внешней среды плановой экономики снижали адекватность планирования. Например, потребность в судах в (1) принимается нецелочисленной величиной, а среднесуточные расходы в (2) определяются на основе статистических или плановых данных путем деления годовых эксплуатационных расходов на средний период работы судов.

Для снижения неадекватности предлагались различные модификации. Например, для учёта отклонения от периодичности закладывались различные коэффициенты резерва, подобно тому, как это сделано в формуле (1). Однако все эти улучшения не приводили к качественным улучшениям результатов, получаемых по формулам (1) и (2).

В настоящее время использование этих зависимостей приводит к принципиально неверным результатам. Это связано со следующими обстоятельствами. Во-первых, резко изменилось соотношение отдельных статей расходов. Так, расходы на топливо и смазку в то время, когда разрабатывались зависимости типа (1) и (2), составляли от 18% до 24%. В настоящее время «топливная» доля составляет от 40 до 60% от общих эксплуатационных расходов в зависимости от районов плавания судов. Между тем в формуле (2) зависимость расхода топлива от ходового времени полностью отсутствует.

Эта зависимость, однако, влияет на эксплуатационные затраты очень существенно, что можно видеть из рис. 1.

зооо

2ВОО

ио

2 2БОО

5 2ЧОО

Е

2200

w

о_

I 2DOO

<Ti

ш

g moo

с

Q_

moo

Рис. 1. Затраты на топливо (сплошная) и прочие прямые затраты в ходу для судна проекта № 507Б на круговом рейсе Астрахань-Н.Новгород

Во-вторых, резко возросли прочие прямые расходы, связанные с оплатой портовых и канальных сборов и сборов за прохождение внутренних водных путей (ВВП), которые существенно зависят не от продолжительности времени рейса, а от пунктов отправления и назначения и района плавания. Эти расходы могут достигать до 20%.

В-третьих, величина резерва в условиях плановой экономики была незначительной - 5-7%. В настоящее же время резерв составляет более 20% по отношению к нормативам ходового и стояночного времени (в действительности этот резерв намного больше, так как в самих нормативах также заложен резерв).

В-четвертых, расчеты потребности во флоте и расходов были мало связаны между собой, что для бизнес-планирования в настоящее время является неприемлемым, а выражение (2) становится просто неверным.

Для оценки погрешности вычислений по формуле (2) рассмотрим некоторый условный круговой рейс от Астрахани до Н.Новгорода, выполняемый судном проекта № 507Б, см. рис. 2.

ш

3) о_

у

о Е

п Е

га □_

Е

га со

ш

а £ п

для судна проекта № 507Б на круговом рейсе Астрахань-Н.Новгород

Будем считать, что цена топлива составляет 40 тыс. руб. за тонну, прочие затраты - 200 тыс. руб. в сутки, сборы за прохождение ВВП - 1,4 руб. за км пути и 1 тыс. м. куб. модуля судна, а портовые сборы - 174 тыс. руб. за заход.

Минимальное ходовое время, рассчитанное с помощью модели пропульсивного комплекса, равняется 245 ч, а стояночное время, включая шлюзование, принимается равным 76,7 ч. При этом расходы в пути составят 4548 тыс. руб., а на стоянках -813 тыс. руб. Итого расходы за круговой рейс равны 5361 тыс. руб.

Из этих данных можно вычислить удельные расходы, которые будут равны:

Сх =18,6 тыс. руб./ч,, сст = 10,6 тыс. руб./ч.

Если время рейса увеличится за счёт снижения скорости на прямом направлении до 303 часов, то расходы в ходу будут составлять 3994 тыс. руб. То есть, общие расходы составят 4807 тыс. руб. В то же время по формуле (2) расходы получатся равными 6437 тыс. руб.

Таким образом, при изменении ходового времени на 30% для прямого направления формула (2) имеет погрешность 32%.

В практике водного транспорта США и Европы в плановых расчётах применяются различные регрессионные зависимости [2, 3, 4]. Например, в [2] суточный расход топлива толкачей определяется зависимостью от мощности N главных двигателей

В^ = 0,07743 N124127. в [3] и [4] регрессии выводятся в зависимости от дедвейта.

Однако ясно, что использование таких зависимостей не будет иметь критических погрешностей только при стабильных условиях перевозок и близких по конструкции судах. Слабым местом всех таких методов является отсутствие зависимости расхода топлива от скорости, а также от условий плавания.

Зависимость расхода топлива от скорости также пытаются учесть с помощью простых регрессий. Например, в [5] для расчёта суточного расхода топлива балкера при прохождении его через панамский канал используется зависимость

В^ = 1,4946 * 10-7 V, где V - суточная скорость (км/сут).

В [6] предлагается интерполировать расход топлива по трём точкам двумя линейными функциями. Основанием этому подходу является то, что именно такие отрывочные данные имеются в судовых компаниях. Аналогичный подход с большим чис-112

Рис. 2. Эксплуатационные затраты в ходу

лом точек используется в [7] также из соображений простоты и практичности. В [8] и [9] предлагаются показательные регрессионные модели. Очень многие авторы предлагают использовать кубическую зависимость часового расхода топлива от скорости (см. обзор литературы в [10]).

Однако и в этих способах в основе лежат регрессии, которые значительно ограничивают использование таких методов для планирования эксплуатационных затрат. Кроме того, в описанных регрессиях практически не учитываются условия плавания: глубины, течения, стеснённость водного пути и т.д.

Применение специальных математических моделей, явно моделирующих про-пульсивный комплекс и реализованных с помощью современных ИТ, по нашему мнению, в значительной мере позволит устранить описанные проблемы. Для этого расчёты при бизнес-планировании должны проводиться по следующей схеме.

Расчеты осуществляются при необходимости для любого горизонта планирования и с произвольного момента навигации.

Потребность во флоте вычисляется по отдельным грузопотокам, видам перевозок (река, море, река-море), типам судов и их специализации, фрахтователям, причём потребность во флоте должна исчисляться целым числом единиц.

Эксплуатационные расходы рассчитываются на любой период по каждому судну и суммируются по всем рейсам, включая время следования судов в пункты первой погрузки, зимнего отстоя. Это позволяет устранить резервирование на эти операции.

Другие же резервы времени задаются как накладное время по каждому рейсу в зависимости от периода навигации и района плавания отдельно по ходовым операциям, грузовым работам, шлюзованию, при прохождении каналов и другим затруднительным участкам водных путей.

Схема расчетов может состоять от четырех до двух этапов соответственно для крупных и небольших судоходных предприятий.

На первом этапе производится расстановка судов по договорным или прогнозным грузопотокам. Какими методами осуществляется расстановка судов, принципиального значения не имеет. При существовании только одного грузопотока или одного типа судна, что характерно для мелких компаний, в первом этапе нет необходимости.

На втором этапе по каждому грузопотоку и периоду определяются моменты ввода и вывода судов из эксплуатации, время движения до пункта первой погрузки и пункта вывода после последнего рейса, время кругового рейса с учетом прогнозируемых условий плавания судов по следующей модели:

QF - C

—--> max , (3)

t* + At

C = cB + c2(t¥p + At)+ c3, (4)

где t - время кругового рейса, час;

At - сумма резервного времени по каждой операции, час;

Q - эксплуатационная загрузка судна, т;

F - фрахтовая ставка, руб./т;

C - эксплуатационные затраты, руб.;

B - расход топлива, кг;

c1 - цена топлива, руб., кг;

c2 - «арендный коэффициент», руб./час;

c3 - прочие расходы, руб.

Время кругового рейса, как обычно, складывается из времени хода t и времени стоянок t , включая шлюзование: t = t +1 .

с ^ кр х с

Арендный коэффициент с2 - это аналог тайм-чартерного эквивалента, включающего все затраты по судну (составу) или типу на единицу времени эксплуатации, кроме расходов на топливо и смазку, сборов за прохождение ВВП, портовых и канальных сборов и оплаты услуг за КОФ.

В прочие расходы с3 входят: портовые и канальные сборы, плата за прохождение ВВП, оплата услуг за КОФ, вычисленные строго для рассматриваемого кругового рейса [11]. Кроме того, в с3 могут быть включены затраты на смену дислокации (порожний рейс) судна, если таковая предполагается исходя из расстановки судов.

Существенной особенностью предлагаемой модели является алгоритм вычисления расхода топлива. Поскольку время рейса варьируется, то использовать какие-нибудь нормы расхода топлива невозможно. Поэтому расход топлива вычисляется с помощью специальных моделей пропульсивного комплекса, учитывающих реальное состояние корпуса, движителей и главных двигателей конкретного судна и прогнозные условия плавания [12]. Кроме этого, для танкерного флота используются специальные расчётные алгоритмы для определения расхода топлива на подогрев вязких нефтепродуктов.

Для расчёта расхода топлива на главные двигатели водный путь разбивается на элементарные участки, для каждого из которых определяется ходовое время t и соответствующий ему часовой расход топлива . Это осуществляется с помощью решения вспомогательной оптимизационной задачи:

N

B = Z gktk ^ min , (5)

k=1

при ограничениях:

N

tx =Xtk, tr <tk <tr, (6)

k =1

причем минимальное t min и максимальное tmax время движения для каждого участка вычисляются по ограничительным характеристикам главных двигателей, ограничениям по динамической просадке судов, а также условиям управляемости и минимальной устойчивой частоты вращения вала двигателя.

После проведённых вычислений возможно экспертное или модельное (с помощью машинной имитации) уточнение наиболее значимых стояночных операций, резервов накладного времени на отдельные операции, после чего вычисления повторяются.

На третьем этапе определяются эксплуатационные расходы и все необходимые показатели по объемам перевозимого груза, временным затратам как по отдельным грузопотокам, типам судов, так и в целом по всем перевозкам.

Эксплуатационные расходы определяются как сумма расходов по всем судам и всем рейсам за период. При этом добавляются расходы на смазку, которые вычисляются через коэффициент от расхода топлива. Потребность в судах определяется обычным способом:

Ф = £<V+M, (7)

Q К

от

где G - объём перевозок, т. 114

Если потребность в судах меньше величины рабочего ядра флота Фраб, то для оставшихся вне перевозок судов Фраб — Ф расходы считаются по формуле (4) отдельно

с учётом только величины c2.

Таким образом, приведённые схемы и модели являются удобным инструментом не только более точного определения эксплуатационных расходов на этапе обоснования плана работы флота, но также и максимизации прибыли. Описанные модели много лет применялись в компании «Волготанкер», поэтому их практичность и реализуемость уже неоднократно доказана.

Список литературы:

[1] Союзов А.А. Организация грузовых и пассажирских перевозок на речном транспорте / А.А. Союзов. - М.:Речиздат, 1946. - 392 с.

[2] Economic Guidance memorandum 05-06 FY 2004 Shallow Draft Vessel Operating Costs. U.S. Army Corps of Engineers, 2004. P. 16.

[3] Gentle N.F. An Estimate of Operating Costs for Bulk, Ro-Ro and Container Ships / N.F. Gentle, R.J. Perkins, R.J. // Bureau of Transport Economics, Canberra. 1982.

[4] Pocuca M. Methodology of Day-to-Day Ship Costs Assessment / M. Pocuca // Traf-fic&Transportation. Vol. 18, 2006, No. 5, pp. 337-345.

[5] Psaraftis H.N. Ship emissions: Logistics and other tradeoffs / H.N. Psaraftis, C.A. Kontovas // 10th International Marine Design Conference (IMDC'09), May 2009.

[6] Andersson H. Integrated maritime fleet deployment and speed optimization: Case study from RoRo shipping / H. Andersson, K. Fagerholt, K. Hobbesland // Computers & Operations Research 55, 2015. p. 233-240.

[7] Корьев В.Ю. Непрерывное регулирование работы танкеров смешанного река-море плавания: Автореф. дис. канд. техн. наук. - Н.Новгород: ВГУВТ, 2017.

[8] Kowalski A. Cost optimization of marine fuels consumption as important factor of control ship's sulfur and nitrogen oxides emissions / A. Kowalski // Scientific Journals Maritime University of Szczecin, 2013, 36(108) z. 1 pp. 94-99.

[9] Shrady D.A. Predicting Ship Fuel Consumptions / D.A. Shrady, G.K. Smith, R.B. Vassian // Naval Postgraduate School, 1996. P. 70.

[10] Brink A. Permanent Slow Steaming. A solution to manage the increased costs imposed by the 2015 SECA regulation? / A. Brink, J. Froberg. Univesity of Gothenburg, 2013, - 81 p.

[11] Платов Ю.И. Методические основы рейсового планирования работы флота. / Ю.И. Платов // Труды / ВГАВТ. - Н. Новгород, 1997. вып. 275. - С. 63.

[12] Платов А.Ю. Метод расчета расхода топлива и скорости движения для речных грузовых судов и составов / АЮ. Платов // Речной транспорт (XXI век). - 2008. - № 3. - С. 83-84.

THE MODERN METHODS OF BUSINESS PLANNING OF RIVER FLEET

A.Y. Platov, J.I. Platov

Keywords: planning of fleet operating, calculation of fuel consumption, fleet requirements, operating costs

This article proposes a method for determining the requirements for the fleet, as well as operating costs for the transport of goods, taking into account the conditions of navigation and technical parameters of ships. It is shown that simple methods are used at the present moment for practice can lead to significant errors.

Статья поступила в редакцию 14.02.2018 г.