Интегрированное управление экспортными грузопотоками в железнодорожно-морском сообщении
На правах рукописи
Черняев Алексей Геральдович
интегрированное управление
экспортными ГРУЗОпотоками
в железнодорожно-морском сообщении
Специальность 05.22.01 – Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация
производства на транспорте
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ростов-на-Дону 2013
Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО РГУПС)
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Зубков Виктор Николаевич
| Официальные оппоненты: | Ефименко Юрий Иванович доктор технических наук, профессор кафедры «Станции и узлы» ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения» | |
| Иванков Алексей Николаевич кандидат технических наук, доцент, начальник сектора «Технология транспортных узлов» ОАО «НИИАС» |
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения»
Защита состоится «9» декабря 2013 г. в 15 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 218.010.01 при ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный университет путей сообщения» по адресу: 344038,
г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, (главный корпус, конференц-зал).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО РГУПС по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д.2
Автореферат разослан «___ » ноября 2013 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д 218.010.01
доктор технических наук, профессор В.А. Соломин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. В условиях интеграции транспорта России в мировую транспортную систему становится всё очевидней, что транспортные коридоры, проходящие по её территории, привлекательны по своему географическому расположению, но не соответствуют критериям срока доставки и транспортных затрат. Для обеспечения конкурентоспособности железнодорожных перевозок необходима их оптимизация, но не на последнем этапе доставки грузов по железной дороге, а по всему маршруту следования, от станций погрузки до станций выгрузки, за счет объединения всех участников перевозок единой технологией. Больше всего несогласованных действий, приводящих к образованию отставленных от движения грузовых поездов, наблюдается в смешанном железнодорожно-морском сообщении. Например, только по Северо-Кавказской железной дороге (СКЖД) количество отставленных от движения поездов по итогам 2012 года составило в сутки в среднем 45 поездов, а в год – более 12 тыс. поездов, в результате чего потери от неудовлетворительного использования железнодорожной инфраструктуры, поездных локомотивов и бригад превысили 500 млн руб.
Из-за несогласованных действий растут не только потери на стыках взаимодействующих видов транспорта, но и создается негативный имидж транспортной системы России, не способствующий привлечению дополнительных объемов международных грузопотоков. Многочисленные попытки создания различного рода логистических центров не имеют успеха потому, что добровольное объединение множества участников перевозок, зачастую конкурирующих между собой, в единый координационный центр пока остается нерешенной проблемой при отсутствии соответствующих нормативно-правовых документов.
Основными недостатками взаимодействия различных участников перевозочного процесса являются:
- неравномерность погрузки экспортных грузов в адрес портов и подвод судовых партий без учета состояния грузовых фронтов и подхода судов к причалам портов;
- несоответствие поступающих объемов внешнеторговых грузов пропускной и перерабатывающей способности железнодорожной и портовой инфраструктуры транспортной системы региона;
- отсутствие единого информационного поля и системы взаимного обмена информацией, структуры логистического управления для обеспечения координации между участниками перевозок при планировании отправок грузов от станции погрузки экспортного груза до выгрузки или перевалки в морском порту;
- большая зависимость от погодных условий и отсутствие технических средств перевалки грузов в период форс-мажорных обстоятельств;
- отсутствие единых правовых документов, определяющих согласованные действия в области тарифной политики, ответственность за выполнение договорных обязательств, принятых смежниками перевозочного процесса.
Все вышеперечисленное определяет актуальность данной проблемы, на решение которой направлены усилия многих ученых, менеджеров и практиков, и, соответственно, подчеркивает важность проведенного исследования.
Состояние исследуемой проблемы. Сложность исследуемой проблемы требует всестороннего анализа научных работ в области теории управления товародвижением, развития информационного обеспечения и логистического взаимодействия различных видов транспорта.
В области теории управления товародвижением имеется ряд исследований, выполненных докторами и кандидатами технических наук: А.А. Абрамовым, В.М. Акулиничевым, А.Э. Александровым, В.И. Апатцевым, А.Ф. Бородиным, П.С. Грунтовым, Г.М. Грошевым, Ю.В. Дьяковым, Ю.И. Ефименко, В.Н. Зубковым, П.А. Козловым, Ф.П. Кочневым, В.А. Кудрявцевым, Н.Н. Кулагиным, В.М. Саем, А.А. Смеховым, Е.А. Сотниковым, Е.М. Тишкиным, А.К. Угрюмовым, В.А. Ша-ровым, В.П. Ярошевичем и др.
Вопросы информационного обеспечения перевозок грузов рассмотрены в исследованиях В.А. Буянова, А.Ф. Бородина, А.Н. Иванкова, Д.А. Ломаша, А.С. Мишарина, А.Т. Осьминина, А.П. Петрова, Л.П. Тулупова, Е.Н. Тимухиной и др.
Проблемы взаимодействия различных видов транспорта на базе логистических принципов рассмотрены в работах А.С. Балалаева, И.П. Влади-мирской, Е.В. Голубевой, С.Ю. Елисеева, П.В. Куренкова, Э.А. Мамаева, О.Б. Маликова, В.М. Николашина, П.А. Новикова, В.А. Персианова, Н.В. Прав-дина, С.М. Резера, Н.А.Тушина, Е.А. Чеботаревой, И.Н. Шапкина и др.
Целью диссертационного исследования является разработка системы интегрированного управления экспортными грузопотоками в смешанном железнодорожно-морском сообщении на базе логистических принципов и современных информационных технологий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие теоретические и практические задачи:
1. Выявить дестабилизирующие факторы в организации смешанных железнодорожно-морских перевозок.
2. Развить существующие логистические технологии работы железных дорог с расширением зоны управления перевозками от станции погрузки до станции выгрузки.
3. Разработать прогнозную модель поступления вагонов с экспортными грузами на дорогу, которая обслуживает морские порты.
4.Предложить принципы интегрированного управления экспортными грузопотоками и регулировки погрузки в железнодорожно-морском сообщении в рамках границ одной дороги, а в дальнейшем – сети дорог.
Объектом исследования являются станции погрузки и выгрузки грузов, транспортные узлы дорог, железнодорожные направления и морские порты, рассматриваемые в широком смысле как комплекс объектов одного технико-технологического назначения.
Предметом диссертационного исследования является выработка алгоритма принятия решения по управлению экспортными потоками в железнодорожно-морском сообщении, опирающегося на современные теории автоматизированного и интеллектуального управления, формальные (математические) процедуры идентификации сложных транспортных процессов и схем принятия решений.
Теоретическим объектом исследования является система управления перевозками с учетом взаимодействия различных видов транспорта, включая информационные системы.
Научная новизна результатов состоит в следующем:
1. Формализована задача интегрированного управления экспортными потоками в железнодорожно-морском сообщении с учетом пропускных способностей звеньев цепей поставок.
2. Разработана методика многоуровневой оценки наличия экспортных грузов на железных дорогах, обслуживающих порты, позволяющая оценить прогнозные объемы работы различных транспортных объектов и выработать мероприятия по снижению неравномерной погрузки грузов в адрес дороги.
3. Разработаны технологические алгоритмы, реализованные в программном продукте, позволяющем вести посуточный контроль отгрузки внешнеторговых грузов по каждой погрузочной станции, производить расчет прогнозного поступления и наличия груза данной номенклатуры на дороге и на припортовой станции в адрес конкретного порта (причала) на базе имитационного моделирования.
4. Разработана методика корректировки объемов погрузки экспортных грузов на основе прогнозных данных по объему и по датам с учетом выгрузочных возможностей станции перевалки (порта), использования алгоритма мультиагентной оптимизации.
Теоретическую и методологическую основу диссертационного исследования представляют научные работы отечественных и зарубежных ученых, занимающихся решением вопросов взаимодействия различных видов транспорта, информационного обеспечения и транспортной логистики.
Инструментально-методический аппарат. Для решения поставленных в исследовании задач использованы общенаучные методы теории вероятностей, системно-функционального анализа, математического и имитационного моделирования, экспертных процедур.
Информационную и эмпирическую базу исследования составляют результаты научных работ российских и зарубежных ученых, статистическая отчетность государственных органов, железнодорожного и других видов транспорта, материалы научно-практических конференций, ресурсы Интернета, научные работы, в которые автор внес личный вклад.
Практическая ценность диссертации заключается в конкретных предложениях, которые могут быть использованы для развития системы управления экспортными грузопотоками на полигонах железных дорог, повышения доходности в отрасли и снижения эксплуатационных затрат.
Апробация диссертации и публикация материалов. Результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на международных научно-практических конференциях: «Новая технология организации перевозок внешнеторговых грузов через порты Южного региона»; (Ростов-на-Дону, 2009 г.), «Транспорт-2013» (Ростов-на-Дону, 2013 г.); «Наука и образование транспорту» (г. Самара, 2009 г.); «Перспективные инновации в науке и на транспорте» (г. Одесса, 2010 г.) на ежегодных всероссийских научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО РГУПС «Транспорт-2009», «Транспорт-2011», «Транспорт-2012»; на кафедрах «Управление эксплуатационной работой», «Станции и грузовая работа», «Информатика», «Логистика и управление транспортными системами» ФГБОУ ВПО РГУПС.
Результаты исследования были включены в программу развития Северо-Кавказской дирекции управления движением, имеются акты о внедрении в технологию работы Диспетчерского центра управления перевозками, Логистического центра Северо-Кавказской дирекции управления движением, станции Новороссийск и в учебный процесс ФГБОУ ВПО РГУПС.
Исследования проводились в рамках паспорта научной специальности 05.22.01 «Транспортные и транспортно-технологические системы страны, регионов и городов, организация производства на транспорте» и соответствуют пунктам: 3 «Транспортная логистика», 4 «Технологии перевозок различными видами транспорта, мультимодальные перевозки; международные и транзитные перевозки», 5 «Организация и технология транспортного производства. Управление транспортным производством. Оптимизация размещения транспортных предприятий и производств».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ общим объемом 10,5 печ. л., в том числе 10 работ – в изданиях, рекомендованных ВАК России, одна монография; одно учебное пособие.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы, содержащего 111 источников, и 6 приложений. Основной объем – 160 страниц, включая 54 рисунка и 26 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность повышения эффективности транспортного производства взаимодействующих видов транспорта как звеньев единой логистической цепи поставок внешнеторговых грузов. Сформулированы цель и задачи исследования, определены степень разработки, объект и предмет исследования, методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования, изложены элементы научной новизны и практическая значимость выполненной работы.
В первой главе выполнен анализ теории и практики организации железнодорожно-морских перевозок, выявлены факторы, отрицательно влияющие на эффективность транспортного производства, организацию поставок внешнеторговых грузов. Произведена статистическая обработка данных на основе прогнозирования колебаний структуры грузооборота, корреляционного анализа, определения регрессионных связей грузооборота и количества поездов, временно отставленных от движения, и др.
Как показал анализ, большая часть внешнеторговых перевозок осуществляется железнодорожным транспортом через морские порты. В связи с этим важнейшим направлением развития внешнеторговых перевозок является согласованность всех участников перевозочного процесса, создание эффективных технологий перевозок. Ошибки при организации взаимодействия железнодорожного и морского видов транспорта выражаются в появлении временно отставленных от движения поездов, вызывающих дополнительные эксплуатационные потери. Несмотря на принимаемые меры, число таких поездов в последние годы снижается незначительно, а по итогам первого полугодия 2012 года наметилась тенденция к их росту.
Проведенный анализ причин образования отставленных от движения грузовых поездов на СКЖД показал, что наибольшее влияние на возрастание числа отставленных от движения грузовых поездов оказывают следующие факторы: неравномерность отгрузки ( 70 %), недостаточная пропускная способность на дальних и ближних подходах к морским портам и портовой инфраструктуры ( 15 %) (рис. 1).
| Неравномер- ная погрузка | Ограниченная пропускная способность | Необеспече- ние выгрузки | Форс-мажор | Прочие |
Рис. 1. Причины отставления поездов от движения на подходах
к припортовым станциям
В результате несогласованных действий участников транспортного производства железнодорожный транспорт несет колоссальные потери, которые не соизмеримы с компенсацией, получаемой в виде платы за занятие путей общего пользования. Следовательно, проблемы эффективного взаимодействия не могут быть решены только за счет одного вида транспорта и требуют системных решений от всех участников транспортного производства. Необходимо выявление и устранение истинных проблем, вызывающих задержки поездов, а не перераспределение потерь между всеми участниками перевозочного процесса. Это обеспечит снижение издержек всей транспортной системы РФ и приблизит их значение к общему мировому уровню (10-11%).
Решение проблем возможно только за счет реализации сквозных технологий управления в рамках единой организационной структуры, обеспечивающей согласованность действий всех участников транспортного производства в железнодорожно-морском сообщении по всей логистической цепочке от производителя до потребителя. В последнее десятилетие были предприняты попытки развития таких технологий при организации корпоративных управляющих логистических центров, оптимизирующих внутреннюю деятельность конкретного вида транспорта. Так, логистический центр Северо-Кавказской дирекции управления движением (ДЛЦ) является одним из элементов логистической структуры управления экспортными перевозками. Диспетчерским аппаратом ДЛЦ отработана логистическая цепочка управления экспортными потоками назначением на припортовые станции дороги от момента поступления их на дорогу до момента окончания грузовых операций. Процесс от момента приема заявок к перевозке до момента поступления экспортных грузов на дорогу назначения остается неуправляемым и носит стихийный характер, что приводит к объявлению конвенционных запрещений, которые не дают должного результата в процессе управления экспортными перевозками. Кроме того, ДЛЦ вправе руководить только очередностью подвода поездов в пределах дороги, в то время как для достижения ожидаемого эффекта нужна управляющая структура, которая будет корректировать цели и действия каждого участника для обеспечения снижения общих транспортных затрат, даже если на отдельных этапах продвижения грузопотока возникнут дополнительные расходы.
На сегодняшний момент ОАО «РЖД» уже принято решение по созданию Координационного логистического центра (КЛЦ). Однако процесс реализации этого решения находится лишь на этапе разработки концепции его функционирования в обеспечении комплексной оптимизации качества предоставляемых услуг транспортного комплекса. Ускорение этого процесса весьма актуально.
Во второй главе сформирована теоретическая база развития методологии логистикоориентированных технологий перевозок грузов в смешанном сообщении, методика согласования приема экспортного груза к перевозке, не допускающая отгрузки грузов больше выгрузочных возможностей станций назначения, использование которой целесообразно в рамках расширения возможностей отраслевых информационных программ.
Синхронизацию погрузки грузов с возможностями выгрузки дороги назначения можно обеспечить переходом к логистической системе управления производственным процессом «тянущего» типа. В этом случае на последующие участки по единому технологическому процессу с предыдущих участков поступает в нужный момент только необходимое количество вагонов, в отличие от классической системы «толкающего» типа, когда груз поступает в транспортную систему без учета её пропускных и перерабатывающих возможностей.
Для управления экспортными потоками в железнодорожно-морском сообщении можно использовать различные способы решения задач тактического планирования и прогнозирования наличия экспортного грузопотока назначением на припортовые станции, в том числе:
- проверку возможности реализации заявки на погрузку грузов исходя из среднесуточной выгрузки вагонов на грузовом пункте и оборота вагона;
- экспертную оценку нормативного наличия вагонов по номенклатуре груза в адрес припортовой станции;
- определение прогнозных объемов поступления экспортных грузопотоков на припортовую станцию на ближайшие сутки;
- расчет нормативного наличия вагонов с использованием имитационного моделирования;
- расчет и анализ прогнозной величины наличия груза на дороге в адрес портов и пунктов перевалки.
Для проверки возможности реализации заявки на погрузку грузов исходя из среднесуточной выгрузки вагонов на грузовом пункте и оборота вагона из диспетчерской справки транспортного узла за текущую дату берется информация о количестве выгруженных вагонов с начала месяца и определяется среднесуточная выгрузка (
)
ваг/сут,
где а – выгрузка с начала месяца, ваг;
d – количество дней с начала месяца, сут.
С учетом рассчитанной среднесуточной выгрузки определяется количество вагонов (m), которое будет выгружено в порту до конца действия заявки:
ваг,
где С – количество дней до конца действия заявки, сут.
Аналогично рассчитывается количество вагонов (s), которое до конца действия заявки может быть погружено отправителями данной номенклатуры груза назначением на один грузовой фронт
ваг,
ваг/сут,
где 
– среднесуточная отгрузка груза грузоотправителями;
b – количество вагонов, отгруженных с начала месяца согласно диспетчерской справке.
Определив из этой же справки количество вагонов рассматриваемого назначения (n), находящихся на дороге в текущий момент, рассчитывают рабочий парк вагонов (R), который может дислоцироваться на дороге к концу действия заявки:
ваг.
Зная норму рабочего парка вагонов (К) с данным грузом на дороге и сравнив ее с расчетным значением рабочего парка, дают заключение о возможности начать погрузку данного груза раньше или позже окончания действия предыдущей заявки:
ваг,
где 
– оборот вагона, поступающего под выгрузку, сут.
Если полученный расчетный рабочий парк вагонов соответствующего груза меньше установленной нормы, дается заключение о возможности начать погрузку данного груза в соответствии с поданной заявкой грузоотправителя, так как будут обеспечены его своевременный пропуск через дорогу и выгрузка в порту. В противном случае начало погрузки груза переносится на более поздний срок.
Однако такая система работает только для крупных грузоотправителей, потому что объем планирования на 45 суток составляет не более 1/3 от общего объема перевозимых грузов. Более широкое распространение получает непрерывное планирование отгрузки на 1–3 суток до погрузки.
При этом отсутствует обратная связь между конечным и первоначальным этапами перевозок, имеет место утверждение заведомо завышенных объемов перевозок, согласованных портами, но которые не могут быть приняты припортовыми станциями. А самое слабое место в планировании – принятие дополнительных планов без согласования с дорогой, бесконечные корректировки даты отгрузки грузов. ДЛЦ может дать самые обоснованные данные по планам - как по объему, так и по срокам отгрузки, с такой вероятностью, что весь основной и дополнительный поток грузов без задержек будет доставлен и выгружен на станциях назначения, обеспечив при этом максимальную загрузку портов, перевалочных комплексов и грузовых фронтов.
Для оптимизации управления экспортными грузопотоками в железнодорожно-морском сообщении по всей логистической цепочке, предложено организовать формирование и реализацию таких планов погрузки экспортных грузов, которые не позволили бы превысить максимальный и снизить минимальный уровни наличия конкретного груза на дороге назначения:
.
Максимальная норма наличия вагонов с грузом конкретной номенклатуры на дороге (
), при которой обеспечивается выгрузка, предусмотренная договором между дорогой и портом, может быть определена исходя из оборота вагона с экспортным грузом, находящегося на дороге, и объема выгрузки.
Минимальная норма наличия вагонов 
с грузом конкретной номенклатуры на дороге может устанавливаться на договорной основе.
В третьей главе рассмотрены модели и разработаны алгоритмы процессов адаптивного подвода грузов к припортовой станции.
Рассмотрим полигон подвода грузов к транспортному узлу (пункту перевалки), который представляет собой множество станций зарождения вагонопотока 
, стыковых станций 
и транспортных узлов (пунктов перевалки) (рис. 2).
По станциям погрузки на основе представленных грузоотправителями перевозчику заявок на перевозку грузов формируется план погрузки на период планирования
,
где 
– план погрузки на 1-й день планирования на станции S, в вагонах;
– план погрузки на n-й день планирования на станции S, в вагонах.
Суммарное количество прогнозируемых вагонов в адрес припортовой станции состоит из общей погрузки на станциях зарождения грузопотока
где Nпорт – суммарное прогнозное количество вагонов на припортовой станции;
N1, N2, …, Nm – количество вагонов, погруженных на станциях зарождения грузопотока.
Рис. 2. Полигон продвижения экспортного вагонопотока в системе «железная дорога – морской порт»
На рисунке 3 схематично представлена гистограмма прогнозируемого наличия вагонов на припортовой станции. На данной гистограмме видно, что на четвертые сутки периода планирования прогнозное количество наличия вагонов на припортовой станции значительно превышает максимальную норму наличия вагонов.
Рис. 3. Гистограмма прогнозируемого наличия вагонов
на припортовой станции
Для снижения неравномерной погрузки грузов в адрес припортовой дороги необходимо обеспечить формирование и реализацию таких планов погрузки экспортных грузов, которые позволили бы не допустить превышения максимальной и снижения минимальной нормативной величины наличия груза на дороге. Это условие вызывает необходимость провести корректировку планов погрузки, которая позволит обеспечить выгрузку на припортовой станции не меньше установленной нормы по обороту вагонов (рис. 4).
Рис. 4. Гистограмма прогнозируемого наличия вагонов
на припортовой станции после корректировки планов погрузки
Система «железная дорога – морской порт» является достаточно сложной, и для нее невозможно создать реальную модель, описанную аналитически. Для построения подобной модели целесообразно применить аппарат имитационного моделирования. На рисунке 5 приведена структурная схема программного комплекса, позволяющего вести посуточный контроль отгрузки внешнеторговых грузов по каждой погрузочной станции, производить расчет прогнозного поступления и наличия груза данной номенклатуры на дороге в адрес конкретного порта (причала).
На первом шаге работы с программным обеспечением осуществляется ввод информации по погрузке на основе данных системы ЭТРАН. Также вводятся данные о времени хода от станции погрузки груза до стыковой станции, от нее до пунктов перевалки и время выгрузки груза в порту. На форме ввода предусмотрены поля, позволяющие ввести нормы по количеству вагонов на железной дороге и припортовой станции.
Рис. 5. Структурная схема программного комплекса
При разработке имитационной модели и оценке времени продвижения вагонов от станции погрузки до припортовой станции была произведена аппроксимация полученных эмпирических распределений теоретическими законами соответствующего вида с проверкой гипотез о степени точности данных приближений. Определен теоретический закон распределения для времени хода от станций погрузки до стыковых станций и от стыковых станций до припортовых.
Результаты проверки гипотезы о нормально-логарифмическом законе распределения интервалов времени хода от станций погрузки до стыковых станций и далее до припортовых станций по критерию Пирсона 2 показали, что расхождение эмпирических и теоретических частот незначительное, около 4 %. Следовательно, данные наблюдений согласуются с гипотезой о нормально- логарифмическом распределении генеральной совокупности.
После ввода начальных данных осуществляется запуск имитационной модели, которая позволяет смоделировать продвижение груза по полигону припортовой дороги и его выгрузку в порту. Результат выводится в виде гистограмм, характеризующих погрузку на станциях отправления и наличие вагонов на полигоне дороги выгрузки.
Блок корректировки содержит оптимизационную модель выбора станций (заявок), по которым рекомендуется изменить параметры погрузки. Результаты выдаются на вход имитационной модели, очередной прогон которой строит прогнозную модель выгрузки на припортовой станции. В результате имитационного моделирования определяется количество станций (заявок), которые создают «всплеск», превышающий верхний предел нормы выгрузки на припортовой станции. Назовем их станциями корректировки. Корректировка (изменение количества погруженных вагонов и дат погрузки) позволит уменьшить или исключить превышение нормы выгрузки на припортовой станции.
Для разработки метода оптимизации подвода груза определяется целевая функция, которая должна учитывать корректировку погрузки таким образом, чтобы подвод грузов под выгрузку на припортовой станции стремился к нормативному значению
Для решения поставленной задачи предлагается использовать эвристический способ оптимизации на основе метода мультиагентной оптимизации (Ant Colony System).
Алгоритм Ant Colony System (ACS) моделирует многоагентную систему. В памяти каждого агента хранится список пройденных им узлов, который иначе называется списком запретов (tabu list) или просто памятью агента. «Память» о пройденных узлах позволяет агенту при выборе узла для каждого нового шага уже не рассматривать их в качестве возможных для перехода. Список запретов на каждом шаге дополняется новым узлом, перед новой итерацией алгоритма он опустошается. При выборе узла каждый агент помимо списка запрета руководствуется «привлекательностью» ребер, по которым он может перемещаться. Она зависит от следов феромонов, оставленных прошедшими ребро агентами, и от веса ребра (расстояния между узлами). Этот принцип взят из наблюдений в естественной природе за перемещением муравьиных колоний, в природе также со временем следы исчезают, а проходящие вновь агенты усиливают их.
Пусть 
– индексы автономных агентов, составляющих базовую популяцию m агентов. Базовый алгоритм ACS определяет вероятность, с которой агент будет осуществлять свой следующий шаг, по формуле
(1)
где 
– уровень следа (феромона), который оставляет каждый агент на ребре, соединяющем узлы, тем самым обозначая выбор той или иной заявки (станции погрузки);
– уровень следа (феромона) на ребрах, соединяющих узел станции корректировки с остальными станциями, не входящими в tabu list агента.
– коэффициент пригодности, определяется как разность между количеством вагонов в погрузке на i-й станции и величиной превышения нормы выгрузки на припортовой станции:
,
– значение коэффициента пригодности на ребрах, соединяющих узел станции корректировки с остальными станциями, не входящими в tabu-лист агента.
Таким образом, чем ближе количество вагонов в погрузке к величине превышения нормы, тем выше вероятность того, что данная отправка будет отложена. Это позволит уменьшить вероятность, что выбор «неправильной» отправки для запрета отрицательно повлияет на сверхнормативное накопление вагонов на дороге назначения. При выборе станций корректировки предлагается преобразовать формулу (1) к следующему виду:
(2)
где 
– коэффициент, учитывающий выполнение заявки по погрузке в срок;
– коэффициент, учитывающий выполнение плана погрузки на станции зарождения грузопотока;
– коэффициент, учитывающий уровень маршрутизации погрузки;
– коэффициент, учитывающий погрузочные мощности на станции зарождения грузопотока.
Алгоритм определяет станции, которые не подвергаются корректировке. На начальном этапе есть множество станций, на которых возможна операция корректировки погрузки, и множество станций, которые не подвергаются корректировке после принятия управляющего решения. Причем мощность второго множества всегда меньше первого. Графически это можно представить в виде двудольного графа, узлы которого обозначают данные множества (рис. 6).
К двудольному графу добавляются фиктивные узлы Н и К, определяющие начало пути агента и конец соответственно. Процесс построения решения повторяется m раз по количеству агентов.
Рис. 6. Граф поиска станции корректировки погрузки
На рисунке 7 представлен алгоритм поиска заявки (станции корректировки) на основе использования метода Ant Colony System. Качество принимаемого решения в значительной степени зависит от подбора параметров 
и 
. Данные параметры подбираются экспериментальным путем на основе предпочтений экспертов и позволяют усиливать влияние того или иного фактора на получаемое решение.
Приведенные модели и алгоритмы позволяют увеличить глубину прогноза поступления экспортных грузов на дорогу, обслуживающую порты, что обеспечит своевременное принятие мер по отгрузке и пропуску экспортного груза для стабилизации перевалочного процесса в системе «железная дорога – порт».
Рис. 7. Алгоритм автоматизации выбора станции корректировки на основе метода Ant Colony System
В четвертой главе рассмотрены экономические аспекты совершенствования экспортных перевозок в железнодорожно-морском сообщении в условиях их роста на период до 2025 года. Выявлены «узкие места» в пропускной способности железнодорожных направлений на подходах к портам Южного региона, к ним относятся однопутные участки Тимашевская – 9 км – Вышестеблиевская и Краснодар 1 – Крымская. Строительство нового порта Тамань на мысе Железный Рог повысит перевалочные мощности портовых терминалов, но вместе с тем еще более осложнит ситуацию по подводу поездов с экспортными грузами к портам. В связи с этим следует ускорить строительство двухпутного обхода Краснодарского узла, приемоотправочного парка на станции Новороссийск, завершить строительство новой сортировочно-накопительной станции в районе разъезда 9 км для отстоя поездов в периоды форс-мажорных обстоятельств и неприема поездов припортовыми станциями. Предложены варианты усиления пропускных способностей участков дороги и дана оценка экономического эффекта от реализации программы развития транспортной инфраструктуры Южного региона и отдельных ее составляющих.
Из-за ограниченных государственных инвестиционных ресурсов развитие транспортной инфраструктуры должно стать групповой целью всех, кто заинтересован в увеличении грузооборота железных дорог, повышении их эффективности. Для усиления мотивации такого пути развития компании, активно участвующие в таких мероприятиях, должны получать определенные льготы, восполняющие их затраты.
Значительные инвестиции транспортных предприятий в развитие подведомственных участков и транспортных узлов требуют разделения интегрального эффекта и оценки эффективности инвестиций для отдельных элементов общей программы развития транспортного коридора. Исследования показали, что выбранные варианты расчета эффективности обусловлены трудностями в разделении интегрального эффекта между «участниками» перевозочного процесса в транспортном коридоре. Показатели оценки эффективности инвестиций (сроки окупаемости, нормы доходности) соответствуют нормативным либо рекомендуемым значениям для инвестиционных проектов, реализуемых в отрасли.
Выполненные исследования позволяют сделать обоснованный вывод о необходимости, эффективности и экономической целесообразности реализации инвестиционных проектов по усилению подходов к припортовым станциям Южного региона. Произведен расчет ожидаемого экономического эффекта от усиления мощности железнодорожной инфраструктуры и использования логистических принципов управления перевозками. Его величина зависит от прироста грузооборота, снижения числа поездов, временно отставляемых от движения, компенсации потерь за выполнение дорогой для грузовладельцев дополнительных операций, не предусмотренных Правилами исчисления сроков доставки грузов, реализации логистических мероприятий по совершенствованию механизмов управления экспортными перевозками и использования программного обеспечения.
Расчет ожидаемого эффекта основан на методике использования экспертных оценок эксплуатационных показателей, укрупненных расходных ставок дороги, реализации логистических принципов в совершенствовании системы интегрированного управления подводом экспортного грузопотока к станциям и транспортным узлам.
ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Исследованы проблемы организации экспортных перевозок в железнодорожно-морском сообщении на примере Северо-Кавказской железной дороги. Предложены научно обоснованные технологические решения по совершенствованию интегрированного управления экспортными грузопотоками с целью снижения эксплуатационных расходов железных дорог в перевозочной деятельности. Они направлены на повышение уровня сервисного обслуживания грузовладельцев с учетом рационального использования железнодорожной и портовой инфраструктуры и включают в себя следующие научные и практические результаты:
1. Предложен научно обоснованный переход от управления экспортными перевозками в пределах дороги назначения к интегрированному логистическому управлению грузопотоками в железнодорожно-морском сообщении от станций погрузки до станций выгрузки. Это будет способствовать ускорению реализации целевой функции создаваемой вертикали логистических центров, снижению транспортной составляющей в цене товара и эксплуатационных расходов.
2. Сформулированы принципы управления транспортным производством по способу тянущего типа, обоснована необходимость согласования объемов отгрузки грузов множеством грузоотправителей с пропускными способностями звеньев цепей поставок, соблюдения единой технологии перевозок.
3. Разработана методика многоуровневой оценки наличия экспортных грузов на железных дорогах, обслуживающих порты.
4. Предложены технологические алгоритмы для программного продукта, позволяющего вести посуточный контроль отгрузки внешнеторговых грузов по каждой погрузочной станции, производить расчет прогнозного поступления и наличия груза данной номенклатуры на дороге в адрес припортовой станции и конкретного порта (грузового фронта) на базе имитационного моделирования.
5. Разработана методика корректировки погрузки экспортных грузов по объему и по датам на основе прогнозных данных с учетом выгрузочных возможностей станции назначения, пункта перевалки (порта), использования алгоритма мультиагентной оптимизации.
6. Дана экономическая оценка предложенных автором диссертации мер усиления железнодорожной инфраструктуры, развития технологии интегрированного управления перевозками внешнеторговых грузов в условиях их роста. Ожидаемый экономический эффект по расчетам составляет 4,8 млн руб. в год.
Указанные предложения, затрагивающие интересы всех участников логистической цепочки, отличают данную работу от имеющихся работ по совершенствованию и оптимизации перевозочного процесса, где решение проблем охватывало лишь последний этап доставки груза, а не всю логистическую цепочку от момента зарождения груза до его погашения. Применение предложенной автором методологии при росте объема перевозок позволит снизить непроизводительные простои подвижных единиц, уменьшить число отставленных от движения поездов. Повышение качества перевозочной работы привлечет дополнительные грузопотоки в транспортные коридоры, проходящие по территории России.
Публикации по теме диссертации:
Издания, рекомендованные ВАК:
- Черняев, А.Г. Современные методы организации и управления местной работой [Текст] /А.Г. Черняев, А.Я. Ламанов, В.Н. Зубков // Железнодорожный транспорт. – 2004. – № 7. – С. 30–33.
- Черняев, А.Г. Оптимизаци местной работы на Северо-Кавказской железной дороге [Текст] / А.Г. Черняев, А.Я Ламанов, В.Н. Зубков // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2004. – № 2. – С. 82–89.
- Черняев, А.Г. Анализ загрузки поездных диспетчеров при различном техническом оснащении участков дороги и рабочих мест [Текст] / А.Г. Черняев, В.Н. Зубков, Н.Н. Мусиенко // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2004. – № 4. – С. 87–91.
- Черняев, А.Г. Южный регион: повышение эффективности интермодальных перевозок [Текст] /А.Г. Черняев, В.А. Жуков, В.Н Зубков// Железнодорожный транспорт. – 2004. – № 11. – С. 30–34.
- Черняев, А.Г. Наращивать инфраструктурный и перевозочный потенциал [Текст] /А.Г. Черняев, В.А. Жуков, В.Н. Зубков // Железнодорожный транспорт. – 2006. – № 5. – С. 46–53.
- Черняев, А.Г. Логистикоориентированное управление экспортными перевозками – средство снижения транспортных расходов [Текст] /А.Г. Черняев, В.Н. Зубков, Е.В. Рязанова // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2009. – № 4.– С. 84–90.
- Черняев, А.Г. Местная работа на припортовых железных дорогах [Текст] /А.Г. Черняев, В.Н. Зубков, Е.А Чеботарева // Железнодорожный транспорт. – 2010. – № 9. – С. 17–20.
- Черняев А.Г. Планирование, организация и управление экспортными перевозками в железнодорожно-морском сообщении [Текст] /А.Г. Черняев, Е.А. Чеботарева // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2012. – № 3. – С. 117–123.
- Черняев, А.Г. Разработка моделей и алгоритмов планирования подвода поездов к транспортным узлам в системе «железная дорога – порт» [Текст] /А.Г. Черняев // Железнодорожный транспорт. – 2012. – № 4. – С. 19–24.
- Черняев, А.Г. Организация перевозок в условиях модернизации инфраструктуры [Текст] /А.Г. Черняев, В.Н. Зубков // Железнодорожный транспорт. – 2013. – № 10. – С. 38-44.
Другие издания:
- Черняев, А.Г. АСУ припортовой станции. Информационные технологии на железнодорожном транспорте [Текст] / А.Г. Черняев, В.А. Никандров, Э.В. Тучков, А.И. Филоненков // ЦИТТРАНС: Экспресс-информация. – 2000. – № 3. – С. 1–17.
- Черняев, А.Г. Есть логистическая технология – нет брошенных поездов [Текст] / А.Г. Черняев // РЖД-Партнер. – 2006. – № 11(99).– С. 134–136.
- Черняев, А.Г. Совершенствование работы поездного диспетчера в условиях внедрения системы менеджмента и качества [Текст] / А.Г. Черняев, В.Н. Зубков, Н.Н. Мусиенко // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2008. – № 3. – С. 129–135.
- Черняев, А.Г. Анализ качественного состава диспетчерского аппарата ДЦУП [Текст] / А.Г. Черняев, В.Н. Зубков, Н.Н. Мусиенко // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009». Ч.2 – Ростов н/Д: РГУПС, 2009. – С. 364–366.
- Черняев, А.Г. Новая технология организации перевозок внешнеторговых грузов через порты Южного региона [Текст] /А.Г. Черняев // Труды Международной научно-практической конференции «Новая технология организации перевозок внешнеторговых грузов через порты Южного региона».– Ростов н/Д: РГУПС, 2009. – С. 295–297.
- Черняев, А.Г. Анализ организации перевозок экспортных грузов через порты Южного региона [Текст] / А.Г. Черняев // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2009. – № 3. – С. 42–47.
- Черняев, А.Г. Совершенствование системы управления подводом поездов к припортовым станциям на логистических принципах [Текст] / А.Г. Черняев, В.Н. Зубков // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2009. – № 3. – С. 37–42.
- Черняев, А.Г. Анализ и меры повышения эффективности использования вагонного парка в условиях роста количества приватных вагонов [Текст] /А.Г. Черняев, В.Н Зубков. А.Р. Гайтаров // Материалы Международной научно-практической конференции «Наука и образование транспорту». – Самара: СамГУПС, 2009. – С. 12–14.
- Черняев, А.Г. Совершенствование организации и управление на припортовых железных дорогах [Текст] / А.Г. Черняев, В.Н. Зубков, Е.А. Чеботарева // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2011. – № 3.– С. 33–39.
- Черняев, А.Г. Организация и управление перевозками на припортовых железных дорогах: цели, проблемы и концепции [Текст] / А.Г. Черняев, Е.А. Чеботарева // Материалы Международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке и на транспорте».– Одесса: 2010. Т. 2. – С. 21–28.
- Черняев, А.Г. Анализ влияния неравномерности погрузки экспортных грузов на работу припортовой Северо-Кавказской железной дороги [Текст] / А.Г. Черняев // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2011». – Ростов н/Д: РГУПС, 2011. – С. 288–290.
- Черняев, А.Г. Технология и организация перевозок на железнодорожном транспорте: учеб. пособие. Ч. 2. [Текст] / А.Г. Черняев, В.Н. Зубков, Н.Н. Мусиенко. – Ростов/Дону: РГУПС, 2010. – 333 с.
- Черняев, А.Г. Управление погрузкой грузов в адрес дороги, обслуживающей порты [Текст] / А.Г. Черняев // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2012. – № 3. – С. 124–130.
- Черняев, А.Г. Прогнозирование поступления экспортных грузопотоков в адрес припортовых станций на основе имитационного моделирования [Текст] / А.Г. Черняев, Е.А Чеботарева, Д.А. Ломаш // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2012. – № 3. – С. 130–135.
- Черняев, А.Г. К вопросу эффективного управления погрузкой экспортных грузов [Текст] / Е.А. Чеботарева, А.Г. Черняев // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт - 2012». Ч. 1. – Ростов н/Д: РГУПС, 2012. – С. 310–312.
- Черняев, А.Г. Совершенствование системы управления доставкой грузов с целью увеличения объема выгрузки на станции Новороссийск [Текст] / А.Г. Черняев, В.Н. Зубков, Е.А. Чеботарева // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2012».– Ростов н/Д: РГУПС, 2011. – С. 288–290.
- Черняев, А.Г. Анализ выполнения скорости и сроков доставки грузовых отправок и меры по их обеспечению [Текст] / А.Г. Черняев, П.П. Карпов // Материалы Международной научно-практической конференции «Транспорт-2013».– Ростов-н/Д: РГУПС, 2013. – С. 289–292.
- Черняев, А.Г. Развитие системы управления экспортными перевозками в железнодорожно-морском сообщении на базе логистических и информационных технологий: монография [Текст] / А.Г. Черняев, Е.А. Чеботарева, Д.А. Ломаш. – РГУПС. – Ростов н/Д: 2013. – 188 с.: ил.
Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве
Постановка задач для исследования, разработка технологических алгоритмов планирования, формализация технологии внешнеторговых перевозок, проведение эксперимента по расчету прогнозного поступления и наличия экспортного груза в адрес припортовой станции и корректировки погрузки на базе имитационного моделирования.
Черняев Алексей Геральдович
интегрированное управление
экспортными ГРУЗОпотоками
в железнодорожно-морском сообщении
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Специальность 05.22.01 – Транспортные и транспортно-технологические
системы страны, ее регионов и городов,
организация производства на транспорте
Подписано к печати 29.10.2013. Формат бумаги 60х84/16.
Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16.
Уч.-изд. Л. 1,11. Тираж 100. Заказ №
Ростовский государственный университет путей сообщения.
Адрес университета: 344038, г. Ростов н/Д, пл. им. Ростовского Стрелкового
Полка Народного Ополчения, д. 2.
