Организация работы транспортного узлав составе транспортного коридора

На правах рукописи

Сычёв Алексей Александрович

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ ТРАНСПОРТНОГО УЗЛА
В СОСТАВЕ ТРАНСПОРТНОГО КОРИДОРА

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

2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)»

Научный руководитель – доктор технических наук,
профессор Лябах Николай Николаевич

Официальные оппоненты: – доктор технических наук,
профессор Зырянов Владимир Васильевич

кандидат технических наук,
доцент Числов Олег Николаевич

Ведущее предприятие – Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Защита состоится « 28 » декабря 2009 г. в 11.00 час. в конференц-зале РГУПС на заседании диссертационного совета Д 218.010.01 при Ростовском государственном университете путей сообщения (344038, г. Ростов-на-Дону, пл. им. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « 27 » ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 218.010.01

доктор технических наук, профессор В.А. Соломин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Транспорт России наряду с другими функциями обеспечивает реализацию мировых транспортно-экономических связей, является неотъемлемой частью международного товарообмена. Развитие рыночной экономики России привело к существенному изменению структуры и направления внешнеторговых грузопотоков. Значительно возросла доля экспортных перевозок. Это относится и ко всем морским портам страны. В то же время происходит перераспределение грузопотоков – растет объем перевозок через Южный и Северо-Западный бассейны.

Все это существенно меняет условия работы железнодорожного транспорта. Инфраструктура российского транспорта не готова к такому резкому изменению структуры грузопотоков. Обострились недостатки технологического взаимодействия портов и стыковых железных дорог. Наглядным примером может служить Новороссийск.

Актуальным становится вопрос о развитии транспортных узлов (ТУ) и транспортных коридоров (ТК), с помощью которых обеспечивается налаженный и четко отрегулированный пропуск грузопотоков. Важным инструментом управления и контроля сложного интермодального транспортного процесса является широкое использование информационных технологий.

Развитие транзитной роли транспортной сети России поставило ряд вопросов, касающихся оптимизации работы транспортной сети, обеспечивающей перевозку пассажиров и грузов; прогнозирования изменений грузопотоков и характера действий транспортных предприятий в изменившейся ситуации.

В значительной степени решение озвученных проблем лежит в области совершенствования формализованных методов, уточняющих и развивающих математические модели транспортной инфраструктуры, процессов продвижения грузов по сети, в том числе через морские порты, модели процедур принятия оптимальных решений.

Совершенствование работы ТУ видится в широком внедрении в технологию его работы формализованных методов анализа и управления. Адекватные модели технологических процессов, происходящих в пределах ТУ позволяют получить точный прогноз загрузки инфраструктуры и оборудования и обеспечить своевременное и эффективное управление ими. Однако в настоящее время недостаточно проработаны: собственно АСУ ТУ и включенные в нее методики синтеза оптимальной структуры транспортного коридора, механизмы прогноза и оптимизации деятельности ТУ, эффективные логистические механизмы организации ТК.

Степень разработанности темы исследования

Проблемы, сформулированные выше, отражены в многочисленных разработках отечественных и зарубежных исследователей.

Организация эксплуатационной работы на транспорте и работа логистических систем, нашедшая свое отражение в диссертационном исследовании, рассмотрена в трудах А.С. Балалаева, Д. Дж. Бауэрсокса, В.В. Багиновой, М. Вола, С.Ю. Елисеева, В.Н. Зубкова, В.В. Зырянова, И.Т. Козлова, Ф.П. Кочнева, А.П. Кузнецова, П.В. Куренкова, О.Б. Маликова, Э.А. Мамаева, Л.Б. Миротина, Н.Н. Мусиенко, С.М. Резера, В.Ф. Сиротского, А.А. Смехова, Е.М. Тишкина, О.Н. Числова, В.А. Шарова и др.

Общие вопросы теории систем изложены и развиты в диссертации на основе трудов С.А. Валуева, В.Н. Волковой, О.В. Евсеева, О.Н. Жарикова, П.А. Козлова, В.Н. Лившица, М. Месарович, А.И. Мороза, В.Н. Спицнаделя и др.

Вопросы управления сложными организационно-технологическими объектами (ОТО) на транспорте и в экономике, поставлены и решались в трудах А.П. Артынова, Н.Н. Лябаха, А.И. Орлова и др.

Математические вопросы обеспечения оптимизации работы транспортных систем исследованы в трудах Г.И. Белявского, Л.С. Берштейна, Дж. Бокса, М.А. Бутаковой, А.Н. Гуды, Ю.А. Дубова, Л. Заде, Р.Л. Кини, С.М. Ковалева, Д.Ю. Левина, Г. Поттгоффа, Е.М. Ульяницкого, А.Н. Шабельникова и др.

Вместе с тем, в научной и методической литературе недостаточно отражены: методы определения оптимальной загруженности направлений транспортной сети; системные исследования интегрированных взаимоотношений интересов прямых и косвенных участников перевозочного процесса; методы прогнозирования входящих в ТУ грузопотоков, в условиях их сильной зашумленности и нестационарности; проблемы создания АСУ ТУ.

Для решения сформулированного выше комплекса проблем, потребовалось в ряде случаев адаптировать известные подходы и методы с учетом особенностей использования в механизмах совершенствования управления транспортными системами, а также разработать новые подходы к решению нетрадиционных транспортных задач.

Цель и задачи диссертационного исследования

Цель настоящего исследования – разработка и совершенствование принципов организации, методов моделирования и механизмов управления грузопотоками и работой ТУ и ТК.

В соответствии с данной целью были поставлены следующие теоретические и практические задачи исследования:

1. Обоснование роли ТУ в экономике страны и отрасли и определение условий его эффективного функционирования.
2. Разработка методов решения многокритериальных задач управления на основе применения экспертных процедур, обеспечивающих оптимизацию процесса управления грузопотоками.
3. Разработка методики распределения грузопотока ТК по видам транспорта.
4. Совершенствование математических моделей и определение логистических аспектов их применения в задаче управления транспортными потоками.
5. Развитие принципов функционирования, механизмов и инструментария АСУ ТУ.
6. Применение результатов теоретических и экспериментальных исследований для решения отдельных практических задач.

Объектом исследования данной диссертационной работы выступают: транспортный узел, прилегающая сеть железных дорог, включающая станции и узлы, обеспечивающие входящий грузопоток ТУ и обслуживающие исходящий.

Предметом исследования являются методы моделирования загрузки транспортного узла и транспортной сети, методы оптимизации работы ТУ, его складской деятельности, структура и функции АСУ ТУ, методы прогнозирования тенденций изменения грузопотоков, методы учета интересов взаимодействующих участников перевозочного процесса. В содержательном плане исследуемые вопросы отражают сущность следующих пунктов паспорта заявленной специальности: 05.22.01 – Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте: транспортные системы и сети страны, их структура, технологии работы; транспортная логистика; технологии перевозок различными видами транспорта, мультимодальные перевозки; международные и транзитные перевозки.

Теоретической и методологической базой явились: стратегия развития отрасли, опубликованная в средствах массовой и периодической информации, нормативные документы, регламентирующие функционирование транспортных компаний, научные труды отечественных и зарубежных ученых, инженеров, технологов, математиков и специалистов по управлению организационными системами.

Теоретические исследования проводились с использованием теории системного, структурно-функционального и сравнительного анализов, статистических методов, экспертных процедур, имитационного моделирования, теории массового обслуживания, формализованных процедур моделирования и принятия решений.

Информационной базой исследования явились экспертные и экспериментально-статистические данные работы ТУ (г. Новороссийск, г. Туапсе), загрузки российских участков интермодального транспортного коридора № 9 (подходы к г. Новороссийску), интернет-материалы.

Положения, выносимые на защиту:

1. Технологии совершенствования работы ТК по территории России, являющихся связующим звеном субъектов российской экономики и обеспечивающих самостоятельный экономический эффект функционирования, и ТУ на основе внедрения специализированных АСУ и систем поддержки принятия решения.

2. Перечень организационно-производственных и научно-технических проблем ТУ: нестационарность функционирования, зашумленность, высокая степень неопределенности. Технология оптимизации деятельности порта на основе разработки специального математического аппарата. Показатели оптимальной загрузки порта и показатели транспортных потоков: уровень загрузки транспортного коридора, коэффициент стабильности транспортного потока и др.

3. Методика распределения загрузки ТК между составляющими его видами транспорта, основанная на экспертной оценке значений заданных критериев.

4. Механизм исследования взаимосвязей между различными элементами транспортного процесса, основанный на методах морфологического анализа и технология многокритериальной оптимизации их взаимодействия.

5. Анализ существующих подходов к прогнозированию загруженности ТК и ТУ, определяющий условия применения методов наивного прогноза, прогнозов по средней, экспоненциального сглаживания, и включающий авторский механизм идентификации тенденции изменения грузопотока.

6. Механизм демпфирования нестабильности грузопотоков с использованием складов и системный подход к исследованию складской деятельности порта. Методы оптимизации ТУ в целом и складской деятельности, в частности, учитывающие многокритериальность задач, неопределенность и зашумленность исходных данных моделирования, основанные на принципах адаптации и механизмах организации технологических процессов на складе.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• Предложено усовершенствование АСУ ТУ, включающее базу данных (БД), содержащую данные наблюдения загруженности ТК за различные периоды времени и базу знаний (БЗ), обеспечивающую интеллектуальный анализ данных, содержащихся в БД. Интеллектуальный анализ представлен процедурами определения оптимальной модели для построения прогнозов, исследования тенденций изменения загруженности ТК и т.д.
• Обоснованы условия адекватного применения многокритериальных методов принятия решений в задаче согласования интересов участников перевозочного процесса.
• Введено понятие базовых элементов структуры транспортной сети и предложен механизм идентификации произвольной сети на основе ее аппроксимации или синтеза с использованием базовых элементов.
• Построена морфологическая модель ТУ, обеспечивающая оптимизацию его работы на основе использования сценарного подхода к планированию деятельности.
• Предложен механизм прогнозирования тенденций изменения грузопотока, обеспечивающий оперативность изменения управляющих воздействий.
• Сформированы логистические цепи, определяющие движение грузопотоков через ТУ и схемы технологических процессов работы его складского хозяйства.

Теоретическая значимость диссертационного исследования состоит в том, что его основные методологические и методические выводы, инструментарий можно использовать для теоретического анализа сложных технологических процессов, осуществляемых в рамках задач управления ТУ, и соответствующих процедур принятия решений. Разработанные подходы универсальны и легко адаптируются для исследования иных аналогичных транспортных и других комплексов.

Практическая ценность диссертации состоит в возможности использования полученных результатов исследования в деятельности руководителей и организаторов работы ТК и ТУ, в выработке практических рекомендаций по совершенствованию технологии и организации работы ТУ, а также оптимизации технологического процесса и процедур принятия решений в задаче управления ТК и ТУ.

Апробация работы. Научные результаты работы докладывались на семинарах кафедры «Информатика» РГУПС, международной конференции «Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические», Ростов-на-Дону, 2004; Четвертой Международной научно-практической конференции «ТелеКомТранс-2006», Сочи, 2006; Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2007», Ростов-на-Дону, 2007; Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-21». Саратов 2008; Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-22». Псков 2009; Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство». Ростов-на-Дону, 2009. Материалы диссертации использовались автором при его участии в выполнении НИР РГУПС и других работах.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационного исследования используются в работе логистической группы на ст. Новороссийск СКЖД; научных разработках Ростовского филиала ОАО «НИИАС»; учебном процессе Ростовского государственного университета путей сообщения.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах, общим объемом 2,7 п.л., из них лично автору принадлежит 2,2 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Основной текст изложен на 156 страницах и содержит 19 таблиц, 50 рисунков, 2 приложения. Библиографический список содержит 154 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, проанализирована степень ее разработанности, сформулированы цели, предмет и задачи исследования, раскрыты положения, выносимые на защиту, научная новизна, теоретическая и практическая ценность предложений и выводов, сформулированных в работе.

В первой главе «Анализ проблем транспортировки грузов по ТК» выявлены роль и место ТК в экономике России. Сформулирован и проанализирован спектр проблем развития ТК и ТУ. В процессе исследования идентифицированы и систематизированы проблемы развития трансъевропейских коридоров (табл. 1) и определены основные направления их совершенствования.

Проанализированы намеченные правительством РФ и транспортной отраслью перспективы развития ТК, включающие совершенствование инфраструктуры, логистики, инвестиционных потоков, технико-технологического обеспечения. Отмечено недостаточное внимание системе управления ТК, а именно: отсутствует концепция развития систем поддержки принятия решений при управлении ТК.

Проведен анализ традиционно используемых для этой цели формальных методов при управлении ТК и ТУ, и показана необходимость усовершенствования процесса их исследования на основе введения доформальных методов когнитивного и морфологического моделирования. Подробно освещена и развита для этой цели модель морфологического анализа:

(1)

где – множество структурных элементов, имеющих определённое содержание, идентифицируемое индексом j, и заданное соответствующим значением ; – множество связей между j-ми элементами i-х блоков k-й проблемной ситуации, отражающей структуру (состав и тесноту связи) морфологического описания комплекса; J – система критериев, подлежащих оптимизации (время выполнения работ, их стоимость, объемы переработки грузов и прочее).

Таблица 1 – Основные проблемы трансъевропейских коридоров1