Системный Анализ состояния грузового порта на основе методологии поверхности отклика Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 004.358

А. А. Ханова, И. О. Григорьева, Т. Л. Малец

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ГРУЗОВОГО ПОРТА НА ОСНОВЕ МЕТОДОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ ОТКЛИКА

Введение

Морские грузоперевозки являются перспективным направлением развития Астраханской области. Рынок транспортных услуг является, по мнению экспертов, остроконкурентным. Только в Астраханском регионе работает 20 стивидорных организаций. Кроме того, потенциальными конкурентами являются портовые терминалы других регионов. Чем лучше оснащены конкуренты погрузочной техникой, тем выше качество их логистических услуг, тем выше уровень конкуренции в отрасли.

Более полное и рациональное использование основных фондов и производственных мощностей грузового порта способствует улучшению всех его технико-экономических показателей: росту производительности труда, повышению фондоотдачи, увеличению выпуска продукции, снижению ее себестоимости, экономии капитальных вложений.

Имитационное моделирование, как один из наиболее распространенных методов исследования операций, становится наиболее важным инструментом анализа сложных процессов в портовых терминалах. По сравнению с другими методами имитационное моделирование позволяет рассматривать большое количество вариантов, улучшать качество управленческих решений и точнее прогнозировать их последствия.

Разработка имитационной модели анализа основных фондов грузового порта

Функциональная диаграмма «Имитационная модель погрузочно-разгрузочных работ морского порта» представлена следующими процессами: «Изучение ресурсной базы и технологических процессов порта», «Перевалки грузов в порту», «Определение параметров модели», «Разработка имитационной модели», «Прогон модели с различными параметрами» и «Анализ результатов моделирования». Управляющая информация - регулирующие документы и правила проведения погрузочно-разгрузочных работ, требования к имитационной модели. Механизмы выполнения - разработчик, аналитик, ПИМ Arena 8.0 и «Excel». На выходе - готовая имитационная модель и результаты моделирования [1].

Все операции, проводимые в центральном грузовом порту, в зависимости от вида перевозки делятся на операции по импорту1 и экспорту2.

В зависимости от количества производимых портом грузовых операций существуют: прямой вариант (транспортное средство - транспортное средство); с внутрипортовым перемещением (транспортное средство - склад - транспортное средство). Процедура погрузочно-разгрузочных работ включает в себя ряд последовательных этапов.

Для экспортных грузов выполняются следующие этапы: 1) после прихода судна в порт и подготовки к грузовым операциям начинается погрузка груза на судно; 2) при прямом варианте погрузка груза осуществляется крановым оборудованием с доставкой груза автопогрузчиками непосредственно с транспортного средства. При варианте с внутрипортовым перемещением груз сначала доставляется со склада на автопогрузчиках; 3) после окончания погрузочных работ судно освобождает причал порта.

Для импортных грузов выполняются следующие этапы: 1) выгрузка груза после прихода судна в порт и подготовки к грузовым операциям; 2) при прямом варианте разгрузка груза осуществляется крановым оборудованием с доставкой груза автопогрузчиками непосредственно к транспортному средству. При варианте с внутрипортовым перемещением груз доставляется автопогрузчиками на склад и в установленный договором период осуществляет отгрузку груза; 3) после окончания разгрузочных работ судно освобождает причал порта.

1 Импорт - грузы, прибывшие в порт морем.

2 Экспорт - грузы, прибывшие в порт сушей или по внутренним водным путям и предназначенные для отгрузки за границу.

Характеристика входной информации. Получение информации, необходимой для моделирования, может осуществляться с помощью различных источников. Для разработки имитационной модели основными источниками получения данных стали статистическая отчетность порта по погрузочно-разгрузочным работам и опрос сотрудников. Были обработаны документы за период 01.01.07-31.12.07. Входная информация: количество кранового оборудования; количество судов, заходящих в порт. Входной информацией является также прогноз динамики стоимости основных промышленно-производственных фондов (в том числе машин и оборудования).

Для проведения анализа эффективности использования основных фондов необходима информация о стоимости основных промышленно-производственных фондов, в том числе - стоимости машин и оборудования. Поэтому был построен прогноз динамики стоимости основных фондов. Моделированию подлежат следующие данные: время прибытия судов, грузоподъемность судов, количество кранового оборудования, объемное соотношение видов прибывающих грузов и скорость выгрузки/погрузки по типам грузов.

Характеристика результатной информации. Группа показателей, включаемая в отчет, должна описывать определенную характеристику или взаимосвязь изучаемого процесса и отвечать требованию системности, т. е. давать максимально целостное представление о рассматриваемой характеристике или взаимосвязи. Выходная информация представлена в виде отчетов.

Полученные отчеты «Динамика объема продукции, основных фондов и фондоотдачи» и «Расчет влияния факторов на показатель фондоотдачи» являются управляющей информацией, используемой для определения узких мест и более эффективного варианта использования ресурсов.

Модули модели. Имитационная модель погрузочно-разгрузочных работ порта, разработанная на основе собранных данных, состоит из следующих групп модулей: основные модули; анимационные модули. К основным модулям относятся: субмодель генерации поломок кранового оборудования; субмодель прибытия/отбытия судов; субмодель погрузочно-разгрузочных работ; субмодель перевозки груза; субмодель хранения груза. Анимационный модуль предназначен для динамического отображения погрузочно-разгрузочных работ на схематичном плане центрального грузового порта.

Проверка адекватности модели. Для проверки адекватности разработанной модели были использованы результаты моделирования и статистические данные о работе ООО «ПКФ «Центральный грузовой порт» за 2007 г. В 2007 г. в Центральном грузовом порту были доступны: все крановое оборудование, четыре причала; отказы в работе перевалочного оборудования составили до 15 поломок в месяц, интенсивность прихода импортных судов - 9-7 судов в месяц, экспортных судов - 9-23 судна в месяц. Сравнение статистических показателей работы грузового порта за 2007 г. и показателей, полученных в результате моделирования, представлено в табл. 1.

Таблица 1

Сравнение моделируемых и статистических показателей работы грузового порта за 2007 г.

Показатель Статистические данные Данные модели Отклонение, %

Количество прибывших импортных судов, шт. 219 214 2,28

Количество прибывших экспортных судов, шт. 203 208 2,46

Объем перевалки, т 329 158 327 320 0,56

Количество поломок, шт. 179 183 2,23

Результаты сравнения позволяют говорить о том, что разработанная модель адекватна реальному экономическому объекту.

Проведение полного факторного эксперимента и построение метамодели

Проведем 22 -факторный эксперимент с построенной имитационной моделью. Введем две входные переменные, или факторы: фактор 1 (5) - увеличение на 5 единиц количества импортных судов; фактор 2 (^) - увеличение на 5 единиц количества экспортных судов.

Нам необходимо получить начальную оценку влияния каждого фактора на отклики -Я (прибыль, получаемая от разгрузочно-погрузочных работ). Необходимо также определить, будут ли факторы взаимодействовать друг с другом, т. е. будет ли эффект одного фактора зависеть от уровня другого фактора.

Для того чтобы увидеть, как отклик реагирует на изменение фактора 5, зафиксируем уровень фактора й и выполним имитационные прогоны для каждого уровня фактора 5. Затем повторим процедуру для фактора й [2].

«Нижний» и «верхний» уровни факторов 5 и й приведены в схеме кодирования (табл. 2).

Таблица 2

Схема кодирования для факторов * и й в имитационной модели

Фактор - +

5 214 219

й 208 213

Матрица плана и соответствующие переменные отклика показаны в табл. 3 вместе с дополнительными столбцами, в которых даны знаки, применяемые при вычислении взаимодействия 5 х й. Каждый отклик Я представляет общую прибыль в год, полученную в ходе одного прогона продолжительностью 1 год.

Таблица 3

Матрица и результаты моделирования для факторного плана типа 2 с факторами * и й для имитационной модели

Комбинация факторов (точка плана) * й * х й Отклик Я

1 - - + 90 475 032

2 + - - 96 148 753,8

3 - + - 92 115 852,1

4 + + + 93 842 651,8

Г лавными эффектом фактора 5 является средняя величина изменения в отклике, обусловленная переходом фактора 5 с уровня «-» на уровень «+», в то время как фактор й остается без изменения:

- 90475032 + 96148753,8 - 92115852,1 + 93842651,8

2

Для фактора й главный эффект будет равен:

- 90475032 - 96148753,8 + 92115852,1 + 93842651,8

= +3700,261 тыс. руб.

2

= -332,641 тыс. руб.

Эффект взаимодействия 5 х й равен

90475032 - 96148753,8 - 92115852,1 + 93842651,8

2

= -1973,461 тыс. руб.

Таким образом, средний эффект от увеличения количества импортных судов с 214 до 219 состоял в увеличении прибыли на 3 700 260,75 руб. в год, а эффект от увеличения количества экспортных судов с 208 до 213 единиц - уменьшении прибыли до 332 640,95 руб. в год. Поскольку взаимодействие 5 х й является отрицательным, то можно сказать, что более низкая прибыль наблюдается, когда 5 и й находятся на противоположных уровнях.

Вследствие этого можно сделать вывод, что наибольшая прибыль наблюдается от увеличения количества импортных судов на 5 единиц.

Имитационную модель можно рассматривать как механизм преобразования входных параметров в выходные показатели работы. В этом смысле моделирование является всего лишь

функцией векторнозначной или стохастической. Явная форма этой функции неизвестна, поскольку нам все же приходится выполнять моделирование, а не просто подставлять числа в некую формулу.

Приближенную формулу можно использовать как заменитель самого моделирования, чтобы получить хотя бы поверхностное представление о том, что же произойдет с системой при большом числе комбинаций входных параметров. Такую приближенную формулу часто называют метамоделью. Определим метамодель как стандартную регрессионную модель, в которой независимые переменные регрессии являются входными параметрами модели, а зависимая переменная - искомым откликом:

Я(5, й) =р0 + Р*5 +$ай + ^5й , р0 = Я+

- е5 5 Дй - Єй й Д + 2е5й 5 й

ДДй

О = ^5Ай - 2е5йй О = ейА5 - 2е5й5 О = 2е5й

5 АуАй ’ й АуАй ’ АуАй

Найдем Я, 5 , й, Ау, Ай :

_ 90475032 + 96148753,8 + 92115852,1 + 93842651,8 п„ллссп„,

Я =------------------- ---------- -------— = 93145,572 тыс. руб.,

4

- 214 + 219 _ 208 + 213 „1Лв

5 =--------= 216,5 ед., й =-------= 210,5 ед.,

22

Ау = 219-214 = 5 ед., Ай = 213-208 = 5 ед.

Вычислим коэффициенты метамодели:

Л - 3894524,702 + 360083,883 - 79874063

В0 = 93145,572 +------------------------------= -7243194,584,

0 25

„ - 332,641 • 5 + 2 -1973,461 • 210,5

О =----------------------------= 33166,555,

5 25

= 3700,261 ■ 5 + 2 ■ 1973.461 ■ 216,5 = 3 7 , £ = 24-1973,461) =_,57>877_

й 25 25

Построим окончательную метамодель:

Л

Я(5,й) = -7243194,584 + 33166,555 • 5 + 34920,397 • й -157,877 • 5-й тыс. руб.

Подобранное уравнение можно рассматривать как метамодель, которую можно использовать как заменитель поверхности отклика для полного моделирования. На рисунке представлена

метамодель из факторного плана 22 для модели системы.

/\

/\

/\

График поверхности отклика Анализ эффективности использования основных фондов

В результате имитационного моделирования при прогонке модели с установленными параметрами были получены следующие данные, для удобства анализа сгруппированные в табл. 4.

Таблица 4

Исходные данные для расчетов влияния факторов на фондоотдачу

Показатель Базисный год Отчетный год

Выпуск услуг (без внутреннего оборота) в фактических ценах (без НДС и акциза), руб. 58 456 480,00 90 545 340,43

Среднегодовая стоимость основных фондов, руб. 47 360 480,00 53 965 652,00

Среднегодовая стоимость машин и оборудования, руб. 12 052 480,00 12 629 806,00

Среднегодовая стоимость установленного оборудования, руб. 10 598 246,00 11 159 703,70

Среднегодовая стоимость действующего оборудования, руб. 9 867 245,00 9 879 081,97

Количество действующего оборудования, шт. 4 4

Количество отработанных машино-часов 2 005 2 140

Количество рабочих дней. 365 366

По данным табл. 4 рассчитаем коэффициенты машин и оборудования, установленного и действующего оборудования, среднюю стоимость единицы оборудования и производительность оборудования для базисного и отчетного периодов (табл. 5).

Таблица 5

Результаты расчетов влияния факторов на фондоотдачу

Базисный год Отчетный год

Коэффициент машин и оборудования

ра к б = = 0,254 б р ра коа = = 0,234 о р

Коэффициент установленного оборудования

р у кб = = 0,879 б р р у кУ = = 0,884 о ра

Коэффициент действующего оборудования

р Д кД = -у = 0,931 р р Д кД = -у = 0,885 р

Средняя стоимость единицы оборудования, руб.

р Д Сб = — = 2466811,25 д Д р Д Сб = — = 2469770,49 д Д

Продолжение табл. 5

Базисный год Отчетный год

Производительность оборудования, руб.

^МЧ = ^Мт = 29155,35 "оМЧ = ТМт=42310,91

Фондоотдача с 1 рубля стоимости основных фондов, руб.

/ = — = 1,234 76 ра /о = — = 1,678 о ра

Фондоотдача с 1 рубля стоимости машин и оборудования, руб.

/ба = Яп = 4,85 б ра /ба = Я». = 7,169 б ра

Определим влияние коэффициента машин и оборудования и фондоотдачи с 1 рубля стоимости машин и оборудования на объем продукции способом разниц абсолютных величин. Влияние изменения стоимости основных фондов: + 6605172 • 0,254 • 4,85 = 8152685,63 руб.

Влияние изменения структуры основных фондов - 0,02 • 53965652 • 4,85 = -5352561,03 руб. Влияние изменения фондоотдачи с 1 рубля стоимости машин и оборудования: + 2,319 • 53965652 • 0,234 = 29288735,83 руб.

Таким образом, можно сказать, что выпуск услуг в 2008 г. увеличился на 32 088 860,43 руб. по сравнению с 2007 г. Это произошло в результате увеличения стоимости основных фондов и снижения удельного веса машин и оборудования, что обеспечило увеличение объема предоставляемых услуг на 2 800 124,6 руб., а также повышение фондоотдачи машин и оборудования на 29 288 735,83 руб.

Рассчитанные коэффициенты сгруппируем в табл. 6.

Таблица 6

Значения коэффициентов, влияющих на уровень фондоотдачи

Показатель Базисный год Отчетный год Изменение показателя, %

Коэффициент машин и оборудования 0,254 0,234 91,96

Коэффициент установленного оборудования 0,879 0,884 100,48

Коэффициент действующего оборудования 0,931 0,885 95,08

Средняя стоимость единицы оборудования, руб. 2 466 811,25 2 469 770,49 100 12

Количество рабочих дней 365 366 100,27

Производительность оборудования, руб. 29 155,35 42 310,91 145,12

Рассчитаем исходную величину фондоотдачи, руб.:

0,254 • 0,879 • 0,931 • 365 • 29155,35 Л , 0,234 • 0,879 • 0,931 • 365 • 29155,35

А* =—--------’------’---------------’— = 0,899, /, у = —-------- ------ --------------- — = 0,827.

к 2466811,25 к 2466811,25

0,234• 0,884• 0,931 • 365 • 29155,35 Л , 0,234 • 0,884 • 0,885 • 365 • 29155,35

/кд =—--------’------’------------’— = 0,831, /с = —--------- ------ --------------- — = 0,79,

к 2466811,25 2466811,25

, 0,234 • 0,884 • 0,885 • 365 • 29155,35 пг1ап , 0,234 • 0,884 • 0,885 • 366 • 29155,35

(1 = —-------------------------------— = 0,789, ( мч = —--------------------------------— = 0,791.

2469770,49 у 2469770,49

Фондоотдача с учетом изменения анализируемых показателей, руб., равна:

/г = °,899 •9196 = 0,827, /> = 0,827 100,48 = 0,831, /к Д = ^95,08 = 0,79,

100 100 100

. 0,79 • 100,12 П„П1 0,789 • 100,27 П„П1 0,791-145,12 11Л„

/с = —--------— = 0,791, /I = —--------------— = 0,791, (уМЧ = —-----------— = 1,142.

100 100 100

Таким образом, изменение фондоотдачи составит:

(0,827 - 0,897) + (0,831 - 0,826) + (0,79 - 0,831) + (0,791 - 0,79) + (0,791 - 0,789) +

+ (1,148 - 0,791) = (-0,072) + (+0,004) + (-0,041) + (+0,001) + (+0,002) + (+0,357) = 0,251 руб.

Заключение

Изменение фондоотдачи в 2008 г. по сравнению с 2007 г. произошло за счет: увеличения количества рабочих дней (+0,002 руб.), снижения удельного веса машин и оборудования в стоимости промышленно-производственных основных фондов (-0,072 руб.), полного использования наличного фонда (+0,004 руб.), неполного использования действующего оборудования (-0,041 руб.), снижения средней стоимости единицы оборудования (+0,001 руб.), повышения производительности действующего оборудования (+0,357 руб.). В целом под влиянием этих факторов рост фондоотдачи составил 0,251 руб.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лычкина Н. Н. Имитационное моделирование экономических процессов. - М.: Государственный университет управления, Академия Айти, 2005. - 164 с.

2. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика С8. - СПб.: Питер; Киев: изд. группа БЫУ, 2004. - 848 с.

Статья поступила в редакцию 8.10.2009

SYSTEM ANALISYS OF CARGO PORT CONDITION ON THE BASIS OF RESPONSE SURFACE METHODOLOGY

A. A. Khanova, I. O. Grigorieva, T. L. Malets

The main processes of cargo port are described. The characteristics of input and output data are mentioned. The main modules of the created imitation model are presented. The creation of the complete factorial and metamodel is examined. Efficiency of using the main funds of cargo port is analyzed. Imitation model is developed in the medium "Arena 8.0" with the use of "Crystal Reports". The model has handy and insightful interface.

Key words: imitation model, cargo port work, exogenous factors, main indices of cargo port, the main processes of cargo port, complete factorial, metamodels.