CC BY
30
УДК 656225.073.437: 662.75
ВЫБОР МЕСТА
РАСПОЛОЖЕНИЯ НЕФТЯНОГО ТЕРМИНАЛА ПО КОМПЛЕКСУ ПРОТИВОРЕЧИВЫХ КРИТЕРИЕВ
Г.В. ГОГРИЧИАНИ, д.т.н., руководитель научно-консультационного центра А.Н. ЛЯШЕНКО, аспирант
АО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ») (Россия, 107996, Москва, ул. 3-я Мытищинская д. 10). E-mail: an2235@yandex.ru
Рассмотрена задача перевозок жидкого топлива комбинированными видами транспорта с определением рациональных с экономической точки зрения вариантов при произвольном изменении массы топлива и расстояний перевозок. Решение иллюстрируется несколькими примерами с проведением необходимого анализа получаемых результатов.
Ключевые слова: перевозка грузов, минимизация расходов, комбинированные транспортные схемы, рациональный путь, оценка маршрута.
В связи с активным развитием в настоящее время и в будущем транспортировки жидкого топлива комбинированными видами транспорта необходимо развитие новых подходов, нацеленных на определение рациональных путей транспортировки по многим критериям. При определении рациональных путей должны рассматриваться все без исключения процессы, происходящие при комбинированной транспортировке, включая перевалку топлива между видами транспорта, целесообразность строительства новых дорог с учетом сроков их окупаемости при эксплуатации, строительства новых терминалов с определенными объемами и местами их расположения, перевозимыми количествами топлива и т.д.
Для минимизации действия человеческого фактора, который, как известно, существенно влияет на решение задачи, необходим объективный метод, построенный на регулярной математической основе. Метод должен оценивать влияние на результат решения множества противоречивых факторов (критериев), характеризующих каждую конкретную задачу, то есть, по существу, метод должен позволить в каждом конкретном случае объективно выбирать рациональное решение из ряда рассматриваемых с учетом всех предъявляемых требований. Каждая задача сводится к выбору наиболее перспективного варианта, максимально удовлетворяющего предъявленным требованиям с точки зрения сокращения транспортных и других издержек и получения прибыли. Дополнительная возможность метода состоит в том, что по комплексам критериев должны определяться не только лучшие варианты транспортных цепей, но и гипотетические транспортные пути и нефтяные терминалы, которые в случае их создания удешевят стоимость перевозки груза в дальнейшем.
В задаче выбор лучшего варианта осуществляется по комплексу критериев к.,, ..., кт, которые назначаются для каждой задачи отдельно, при этом критерии внутри задачи остаются неизменными до окончательного ее решения. Существо решения состоит в том, что множество заданных критериев в результате использования заданной последовательности определенных процедур преобразуется к одному итоговому критерию, по которому и происходит окончательное сравнение различных вариантов комплексной транспортировки жидкого топлива (или в нашем
случае - места расположения терминала) и выбирается лучший из них.
Критерии, заданные первоначально для решения задачи, как было указано выше, могут быть противоречивыми. В настоящей работе это означает, что процесс комплексной перевозки жидкого топлива улучшается при, например, увеличении одних и уменьшении числовых значений других критериев и наоборот. Таким образом, математическая часть разработанного метода по выбору лучшего варианта места расположения терминала состоит в следующем.
1. Заданы варианты Л1, ..., Ап комплексной перевозки жидкого топлива между назначенными пунктами по критериям к1, ..., кт. Цифровое значение Ц, например для критерия к2 варианта А1 обозначим ЦА2, для варианта А2 цифровое значение Ц для критерия к2 обозначим ЦА22 и т.д. по всем вариантам и критериям.
2. Цифровые значения Ц£1, ..., ЦкАП сводятся в табл. 1, которая является составной частью алгоритма решения задачи.
3. По цифровой информации Ц^1, ..., ЦкАП, помещенной в табл. 1, определяются места М вариантов А1, ..., Ап по каждому критерию к1, ..., ктотдельно. Эти места Мразмещены в табл. 2 как М^1, ..., МкАп При этом учитывается, что критерии могут быть противоречивыми. Это отражается в числовых значениях мест М вариантов по каждому критерию, при этом лучшему месту (более высокому) всегда присваивается большая цифра. Например, если сравниваются пять вариантов (Ап = 5), то лучшему месту варианта по конкретному критерию присваивается цифра 5
Таблица 1
Фактические значения критериев по вариантам
Критерии Варианты
Ai a2 ■■■1 A(n-1) ■■ими An
k2 1 /A1 Ч<2 1 /A2 Ч<2 ^(n-11 1 /An 4<2
km-1 1 /A1 1 1 /A2 *-< k(m-1) 1 |A(n-1) Цк(т-1) 1 /An *-< Wm-1)
km 11 A1 4<m 1 /A2 4<m ^kAm(n-11 1 1 An 4<m
Таблица 2
Места M вариантов Ар, критериев
.., An по цифровым значениям
Таблица 3
Места Мвариантов Ар, ..., Ап по значениям критериев с учетом их весов
Критерии Варианты Критерии Варианты
A A, An-i An Ai A2 - An-1 An
ki MA1 ma1 MA(n-1) MAn k1 MA1 MAI MkA(n-1) MAn
ks Mk2 MA2 MkA2(n-1) MAn k2 Mk2 MAi MkA(n-1) MkA2(n-1)
km-1 M A1 Mk(m-1) M A2 Mk(m-1) MkAm=1) M An Mk(m-1) km-1 M A1 Mk(m-1) M A2 Mk(m-1) M A(n-1) Mk(m-1) M An Mk(m-1)
km мкА1 MA MkA<n-1) MkAn km MkAi MA M A(n-1) 'km MkAn
(худшему месту варианта соответственно цифра 1). При указанном подходе к присвоению мест M вариантам в зависимости от цифровых значений конкретных критериев автоматически учитывается противоречивость критериев по влиянию их на процесс перевозки.
4. Для того чтобы строже (с учетом цифр после запятой) определять место M между соседними по отношению к нему местами рассматриваемых вариантов, при необходимости используется линейная, а при более строгих вычислениях нелинейная интерполяция (полином Лагранжа).
5. Для уточнения мест M^1, ..., MkAn вариантов A1, ..., An, по критериям k1, ..., km, используются веса этих критериев, характеризующих значимость в исследуемом процессе различных критериев между собой. Значения в (в пределах 0-1) присваиваются критериям для каждой задачи отдельно методом экспертных оценок или специалистами, хорошо разбирающимися в существе процесса, при этом разным критериям могут быть в случае целесообразности присвоены одинаковые веса. Принято, что чем критерий значимее, тем больше его вес. В случае если конкретному критерию присвоен вес в = 0, то этот критерий, несмотря на любое, даже очень высокое его числовое значение Ц, автоматически придает месту M варианта по данному критерию значение 0.
6. Значения в весов критериев учитываются при решении задачи путем умножения мест M вариантов по конкретным критериям на веса в их критериев. Таким образом, значения MjA1, ..., M^ в табл. 2 умножаются на соответствующие веса критериев в1,...,в. При этом, обозначив MA1
Для варианта А2:
т2 =ЕмА2..., т)
Для варианта Ап:
тп = £Мк(Т, ..., т).
При сравнении значений т1, ..., тп по большему значению определяется лучший вариант из А1, ..., Ап с учетом рассматриваемых (в том числе противоречивых) критериев к.,,..., кт и весов этих критериев.
На конкретном примере рассматривается задача о выборе места расположения нового терминала на стыке «железная дорога - море» Предполагается (рис. 1), что необходимо перевозить 4 000 т жидкого топлива в сутки из пункта А в пункт В по одному из возможных маршрутов Э1, .,Э4. При этом маршрут состоит из имеющихся железных дорог, ж.д. 1 и ж.д. 1-1, стыкующихся в пункте О, где происходит задержка грузов на два часа (будет учитываться при определении рационального маршрута из возможных), и далее через терминал Т1 и море (МО1). Маршрут Б2 состоит из н.ж.д. 1 (новая железная дорога, которую нужно строить), терминал Т2, и море (МО2). Маршрут включает в себя железную дорогу н.ж.д. 2 (ее также необходимо строить), терминал Т3 и море (МО3). Последний маршрут S4 состоит из имеющейся автомобильной дороги
Рис. 1. Выбор места нового терминала
В1 = МА1, МА2 В1 = МА2..... <т_1)вт_1 = МАПт-1);<тПвт = Мт,
получим уточненные значения М мест вариантов, представленные в табл. 3, с учетом весов соответствующих критериев.
7. После определения мест М вариантов А1, ..., Ап с учетом весов по конкретным критериям к1, ..., кт определяется лучший вариант из рассматриваемых. Для этого значения МА1, ..., МА складываются по вертикали (см. табл. 3) в первом столбце и аналогично в каждом варианте. Получаем значения т1, ..., тп, где
Для варианта А1:
т1=Ш
k(1.....m)
г-Л- I
36
ТРАНСПОРТ M ХРАНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ M УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
Таблица 4
Значения Ц критериев для вариантов S1,..., S4
Варианты
Числовые Si S2 S3 S4
критериев ж.д.1, ж.д.1-1 море (MO1) н.ж.д. 1 море (MO2) н.ж.д. 2 море (MO3) авт. д. ж.д. 2 море (MO4)
ц* 288 105 440 105 288 105 480 105 14,4 105 600 105 40 105 144 105 560 105
Гк2 10+2 55 1 60 0,5 75 32 5 70
Цк3 600 000
Цк4 200
Гк5 288 107 144■107
со 3,3 года 1,6 года
(авт. д.) до пункта C, где осуществляется перевалка жидкого топлива на ж.д. 2, далее - нового терминала T4 и море (МО4). При постановке задачи обращается внимание на то, что никаких действующих терминалов на момент решения задачи не существует. Среди построенных сообщений имеются ж.д. 1, ж.д. 1-1, ж.д. 2 и авт. д. до пункта C. Необходимо определить рациональное место для одного терминала при перевозке топлива из пункта A в пункта B. Предполагается, что перевозка жидкого топлива должна начаться через два года, что будет учитываться при определении перспективного маршрута перевозки.
Для постановки и решения задачи заданы длины имеющихся и планируемых (в случае целесообразности, что будет видно из результата расчета) путей:
51 - ж.д. 1 = 400 км, ж.д. 1-1 = 200 км, МО1 = 1 100 км;
52 - н.ж.д. 1 = 60 км, МО1 = 1 200 км.;
53 - н. ж.д. 2 = 30 км, МО3 = 1 500 км.;
54 - авт. д. = 40 км, ж.д. 2 = 300 км., МО4 = 1 400 км.
В маршрутах S2 и S3 подчеркнуты железные дороги, которые необходимо будет строить по результатам расчета (в случае целесообразности). Также необходимо будет строить один из терминалов Тр..., T4 для выбранного варианта перевозок.
Ввиду того что по любому маршруту S1, ...,S4 предполагается перевозить фиксированную массу топлива в сутки, технические характеристики непосредственно терминалов, а следовательно и их наличие, в расчетах можно не рассматривать, так как они не влияют на выбор рациональных маршрутов. Поставленная задача будет решаться
Таблица 5
Общие значения Цкритериев для вариантов S1,..., S4
Числовые Варианты
обозначения критериев S1 S2 S3 S4
Цк1 728 105 508,8 105 614,4 105 744 105
Цк2 67 61 75,5 107
Цк3 600 000
Гк4 200
Цк5 288107 РУб- 144-107 РУб-
со 3,3 года 1,6 года
в два этапа. Первый этап исходит из расположения всех железных дорог (первый этап решения) с учетом затрат и времени на строительство новых путей. Вторая часть задачи (второй этап) позволит окончательно выбрать лучшее решение по анализу результатов первого этапа с учетом начала перевозки топлива через два года.
Как следует из представленного алгоритма решения рассматриваемых задач, строится единая сводная таблица значений Ц критериев, по которым будут сравниваться маршруты ...,54. Этими критериями будут: к1 - стоимость перевозки топлива по маршруту (руб.); к2 - время перевозки по маршруту (ч); к3 - стоимость перевалки топлива с одного вида транспорта на другой (руб.);
к4 - время перевалки топлива с одного вида транспорта на другой (ч);
к5 - стоимость строительства железной дороги (руб.); к6 - время строительства железной дороги (сутки). Ниже приведена табл. 4, построенная с учетом стоимости перевозки 1 т жидкого топлива на 1 км железной дороги - 12 руб., автомобильной дороги - 25 руб., по морю -10 руб. При определении стоимости доставки топлива в п. С в сутки по автодороге задается количество п задействованных автоцистерн (п = 45) грузоподъемностью 4,5 т каждая, из чего рассчитывается число ходок автомашин для перевозки заданной массы топлива (4 000/45*4,5 « 19,75 ходки). Из рациональных соображений принимаем 34 автоцистерны по 20 ходок, 11 автоцистерн по 19 ходок. Отсюда стоимость чистой перевозки автотранспортом заданной массы топлива в сутки составит 4 000 500 руб.
Минимальное время перевозки всей массы топлива по автомобильной дороге (критерий к2) определяется из условия осуществления одной машиной 20 ходок и покрытия расстояния 40 км (одна полная ходка составляет 80 км). Таким образом, значение Цк2 по автомобильной дороге составит 80-20/50 = 32 ч, где 50 - скорость автомобиля (км/ч).
Скорость движения поезда по железной дороге задается 60 км/ч, танкера по морю - 20 км/ч. Стоимость перевалки топлива (критерий к3) между автомобильным и железнодорожным транспортом составляет 150 руб/т, время перевалки (критерий к4) - 1,0 ч на 20 т.
Стоимость строительства 1 км железной дороги принята 48 000 тыс. руб. (критерий к5), время строительства (критерий к3) - 20 суток.
Таблица 6
Уточненные места Мвариантов Б1,..., Б4 с учетом весов в критериев
Числовые обозначения критериев Si Варианты S2 S3 S4
[2]*1=2 [4]*1=4 [3]*1=3 [1]*1=1
Mk2 [3]*0,7=2,1 [4]*0,7=2,8 [2]*0,7=1,4 [1]*0,7=0,7
Mk3 [2]*0,6=1,2 [2]*0,6=1,2 [2]*0,6=1,2 [1]*0,6=0,6
Mk4 [2]*0,5=1,0 [2]*0,5=1,0 [2]*0,5=1,0 [1]*0,5=0,5
Mk5 [3]*0,9=2,7 [1]*0,9=0,9 [2]*0,9=1,8 [3]*0,9=2,7
Mk6 [3]*0,25=0,75 [1]*0,25=0,25 [2]*0,25=0,5 [3]*0,25=0,75
m 9,75 10,15 8,9 6,25
По данным табл. 4 построена табл. 5 суммарных значений Ц по каждому критерию для каждого возможного варианта перевозки топлива.
По значениям Ц рассматриваемых критериев табл. определяются места М вариантов Э1, .,Э4 по каждому критерию, при этом чем выше место, тем больше его цифровое значение (табл. 6 - в квадратных скобках). Здесь же в таблице учтены веса в каждого критерия, на которые умножаются соответствующие места М. В итоге получаем уточненные значения М по М и в по каждому рассматриваемому критерию. Веса в критериев заданы следующие: к1 ^ в = 1; к2 ^ в = 0,7; к3 ^ в = 0,6; к4 ^ в = 0,5; к5 ^ в = 0,9; к6 ^ в = 0,25. Значение т таблицы представляет собой сумму уточненных мест М по каждому из критериев Э1, .,Э4. Лучшее место (высший суммарный балл) получил вариант Б2, несмотря на расходы, необходимые для строительства новой железной дороги. На второе место вышел вариант S1 (погрешность составляет 3,9% в сравнении с вариантом S1), к которому практически вплотную подошел вариант S3. Укажем, что полученный результат определен из условия о том, что все рассматриваемые пути уже имеются (в том числе пути по маршрутам S2 и S3, которые должны быть построены). В условии же задачи принято, что перевозка топлива должна начаться через два года, поэтому лучший найденный вариант маршрута S2 не может быть принят (срок строительства железнодорожного пути составляет 3,3 года). В силу вышесказанного необходимо сравнить варианты S1 и S3, различие т между которыми незначительно (табл. 6).
В этом случае рассматриваются два варианта решения задачи. Первый вариант состоит в предположении, что финансовые средства на строительство н.ж.д. 2 отсутствуют. В этом случае однозначно выбирается перспективным вариант S1 и строится терминал Т1 (см. рис. 1). Если же финансовые средства для строительства н.ж.д. 2 имеются, то необходимо определить, в какое время они окупятся при эксплуатации маршрута S3 в сравнении с маршрутом 51. Для решения этой задачи необходимо рассмотреть данные, помещенные в табл. 5, а именно значения Щ, Ц£3 (стоимость перевозки 4 000 т топлива в сутки) Цк53 (полная стоимость строительства н.ж.д. 2). Приведем эти значения - Щ = 72 800 000 руб., Щ3 = 61 440 000 руб., Цк53 = 144107 руб.
Определим разницу в стоимости перевозки топлива в сутки по двум сравниваемым маршрутам. Она составит 11 360 000 руб/сутки в пользу маршрута S3. Разделив затраты строительства н.ж.д. 2 на полученную разницу, получим количество п суток, в которое окупятся затраты на строительство н.ж.д. при эксплуатации маршрута S3 в сравнении с эксплуатацией маршрута 51. Число п составит п « 127 суток, или 0,35 года. В указанное время строительство н.ж.д. 2 окупится и будет приносить прибыль в сравнении с маршрутом 51.
Таким образом, при наличии финансовых средств целесообразно выбрать маршрут 53 (со строительством н.ж.д. 2) с окупаемостью затрат в 0,35 года и строительством терминала Т3 на данном маршруте.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гогричиани Г.В. Объективное определение по результатам сравнений (испытаний) перспективного объекта при неограниченном множестве рассматриваемых противоречивых критериев. Вестник ВНИИЖТ. 2006 г. № 6. с. 14-15
2. Гогричиани Г.В., Ляшенко А.Н. Рационализация перевозки жидкого топлива // Мир транспорта. 2012. № 3. С. 130-135.
3. Ляшенко А.Н. Выбор береговых терминалов для хранения жидкого топлива // Мир транспорта. 2014. № 3. С. 84-91.
4. Ляшенко А.Н. Метод выбора рационального пути по комплексу критериев при перевозке жидкого топлива // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2014 № 2. С. 41-43.
THE CHOICE OF THE LOCATION OF THE OIL TERMINAL BY COMPLEX OF CONFLICTING CRITERIA
GOGRICHIANI G.V., Dr. Sci. (Tech.), Head of Research and Consulting Center LYASHENKO A.N., Postgraduate Student
Railway Research Institute (10, 3rd Mytischinskaya St., 107996, Moscow, Russia).
38
ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ И УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
ABSTRACT
The article considers the problem of the transportation of liquid fuel mixed modes of transport in determining rational options from an economic point of view with arbitrary change of fuel weight and distance of transportation. The solution is illustrated by several examples of carrying out the necessary analysis of the results.
Keywords: transportation, minimization of costs, combined transport schemes, rational way, evaluation of the route. REFERENCES
1. Gogrichiani G.V. The objective determination based on the results of comparisons (tests) a prospect with an unlimited set of considered controversial criteria. Vestnik VNIIZHT, 2006, no. 6, pp. 14-15 (In Russian).
2. Gogrichiani G.V., Lyashenko A.N. Rationalization of transportation of liquid fuel. Mir transporta, 2012, no. 3, pp. 130-135 (In Russian).
3. Lyashenko A.N. Selecting coastal terminals for storage of liquid fuels. Mir transporta, 2014, no. 3, pp. 84-91 (In Russian).
4. Lyashenko A.N. The method of choice a rational way by complex criteria for the carriage of liquid fuels. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2014, no. 2, pp. 41-43 (In Russian).
1РАНСП0РТ И ХРАНЕНИЕ] НЕФТЕПРОДУКТОВ И ШШ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ]
'Ш
ПОДПИСКА на научно-техническии журнал «Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья»
ТРАНСПОРТ« ХРАНЕНИЕ „ефтепродукчов [ и УГЛЕВОДОРОДНОГО
СЫРЬЯ
Оформить подписку можно в редакции по телефонам: +7(916)318-38-10, +7(916)593-05-29 E-mail: info@journal-thnp.ru
Стоимость подписки на 2017 ГОД: На год-7 740 руб. На 6 месяцев-3 870 руб. Цена одного номера -1290 руб.
Агентство «Роспечать» по каталогу кИздакия органов НТИ» \ Подписной индекс 58752
