Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Методология прогнозирования и управления развитием кластера морских портов на основе синергетических законов взаимодействия сложных систем Галин Александр Валентинович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Галин Александр Валентинович. Методология прогнозирования и управления развитием кластера морских портов на основе синергетических законов взаимодействия сложных систем: диссертация ... доктора Технических наук: 05.22.19 / Галин Александр Валентинович;[Место защиты: ФГБОУ ВО Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова], 2017.- 300 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Анализ существующих моделей развития портов 10

1.1 Необходимость создания моделей развития 10

1.2 Статические модели развития портов 14

1.3 Логистические модели развития портов 31

1.4 Сравнительный анализ существующих моделей 37

1.5 Цели и задачи исследования 38

Глава 2 Идентификация ключевых факторов развития морских портов 41

2.1 Системообразующая роль грузопотока 42

2.2 Хинтерленд и форленд как внешняя среда функционирования морских портов 47

2.3 Изменение роли порта с развитием экономического общества 54

2.4 Грузопотоки, флот и порты как факторы эволюции единой транспортной системы доставки грузов 74

Глава 3 Построение немонотонной реактивной модели развития портов 83

3.1 Содержательное описание модели 83

3.2 Определение параметров и построение немонотонной модели 85

3.3 Анализ ограничений, влияющих на развитие порта 94

3.4 Моделирование возникновения специализации как заключительного этапа развития порта 105

Выводы 115

Глава 4 Моделирование развития морских портов с использованием синергетических представлений 116

4.1 Модель развития флота относительно изменения спроса на тоннаж 116

4.2 Модель внутреннего развития кластера двух морских портов 132

4.3 Модель внутреннего развития кластера трех морских портов 146

4.4 Модель внешнего развития кластера морских портов 160

Выводы 168

Глава 5 Моделирование эволюции развития кластера портов как элемента транспортно-логистической системы с использованием синергетических представлений 170

5.1 Аналитические модели схемы рационализации 171

5.2 Модель практической оценки возможной роли порта 181

5.3 Генетический алгоритм оценки привлекательности порта 191

5.4 Кластерный анализ в задаче рационализации хинтерленда 201

Выводы 213

Глава 6 Формирование общей методологии прогнозирования и управления развитием портов на основе синергетических законов развития 214

6.1 Методика изучения морских портов как сложных динамических систем 215

6.2 Методика синергетического прогнозирования развития морских портов 219

6.3 Методика самоидентификация морских портов 226

6.4 Методология составления прогнозирования и принятие планов развития кластера морских портов 239

6.5 Предложения и рекомендации по научной и практической реализации методологии 251

Выводы 258

Заключение 260

Словарь терминов 269

Список литературы 275

Введение к работе

Актуальность темы исследования обусловлена потребностью в кардинальных изменениях в портовом секторе транспортно-логистической системы доставки грузов. С одной стороны, такая потребность вызвана происходящими в мировой экономике процессами, которые заставляют порты конкурировать между собой в глобальном масштабе за привлечение грузопотоков. С другой стороны, беспрецедентный прирост производительности, достигнутый в морских перевозках контейнеризированных грузов за счет увеличения скорости, размеров судов и роста партий перевозимых грузов, требует адекватного повышения производительности погрузочно-разгрузочных работ. Указанные причины ставят порты в положение «слабого звена» цепи товаропродвижения. Для устранения этого требуется инфраструктурное развитие, повышение эффективности портовых операций, снижение стоимости грузообработки и интеграция портовых услуг с другими компонентами глобальной дистрибуционной сети.

В настоящее время порты находятся в поиске новых решений, которые должны помочь им справиться с конкуренцией, ограничением пропускной способности, требованиями логистики и задачами управления цепочками поставок. Результат принятия управленческих решений зависит от корректности постановки целей, которые порту необходимо достигнуть в процессе своего развития, и выбора адекватных путей достижения поставленных целей. В то же время этот поиск носит стихийный характер, поскольку методологическая база для рационализации и обоснования принятия управленчески х решений отсутствует. Развитие портовой инфраструктуры является капиталоемким процессом, что устанавливает высокую цену ошибки в определении направления развития. Порты, построенные без учета тенденций эволюции рынка, рискуют оказаться невостребованными. В отличие от обычной коммерческой недвижимости, портовая инфраструктура имеет практически нулевую ликвидность.

Развитию портов уделено внимание в основных документах, определяющих транспортную политику государства. В частности, в «Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 гг.» указано, что: «… морские порты Российской Федерации имеют стратегическое значение для развития народнохозяйственного комплекса Российской Федерации, обеспечения экспортных потребностей Российской Федерации»*. Удовлетворение данных потребностей возможно в том случае, когда морские порты России будут способны оказывать качественные услуги по перегрузке грузов, предоставляя конкурентоспособную на международном уровне портовую перегрузочную инфраструктуру. Это подтверждает важность определения качественного стратегического планирования развития портовой инфраструктуры, так как жизненный цикл проектов в морских портах охватывает десятилетия, что означает необходимость совершенствования механизмов прогнозирования и управления развитием портов. В документе «Стратегия развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 г.», раз-

* Стратегия развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 года [Электронный ресурс] / офиц. сайт ФГУП Росморпорт. М., 2013, с.8.

работанном в соответствии с приказом Министерства транспорта Российской Федерации от 30 июля 2010 г. № 167, ставятся конкретные задачи по обеспечению эффективного развития портовой инфраструктуры и созданию условий, повышающих конкурентоспособность отечественных морских портов. Выполнение перечисленных задач напрямую зависит от качества прогнозирования и управления развитием портов.

Степень разработанности темы. Вопросы теории и практики развития портов активно исследуются с середины прошлого века, результатом чего явилось создание многочисленных моделей эволюции портов. Проведенный в диссертационном исследовании сравнительный анализ этих моделей показывает, что развитие портов на разных исторических этапах происходило под влиянием различных внешних сил и ограничений. В процессе развития экономической системы общества вообще и портового кластера как составляющей транспортно-логистической системы грузораспределения в частности степень воздействия различных факторов и ограничений постоянно менялась, и в разные периоды времени на разные порты оказывали ключевое воздействие различные силы.

Базис транспортной науки в части развития морских портов и терминалов заложен трудами Д. Берда, Л. Д. Ветренко, С. Наниопоулуса, В. И. Немчикова, В. Россо. Значительный вклад в формирование современного методологического базиса транспорта в целом и развития портов и терминалов на различных этапах экономического развития общества внесли Ф. Г. Аракелов, К. Берсефорд, К. Бичоу, Е. Н. Воевудский, В. Гарднер, А. В. Кириченко, Д. В. Кочнев,

A. Л. Кузнецов, В. А. Логиновский, В. С. Лукинский, О. Б. Маликов, В. Н. Мячин,
Т. Ноттебум, А. Ф. Парфенов, В. А. Погодин, М. Я. Постан, С. Петтит,

B. А. Прокофьев, Ж.П. Родригэ, В. Россо, Б. Слак, А. Л. Степанов, В. И. Сергеев,

Б. П. Усанов, В. А. Фетисов, Ю. Хайяз, В. В. Шутенко, Я. Я. Эглит и другие ученые и специалисты.

Предложенные различными исследователями основные модели в той или иной степени играли свою роль, по мере развития обретая стройность и самоценность теоретических построений. В то же время они становились все менее приспособленными для ответа на требуемые практикой вопросы о стратегическом направлении развития конкретного порта. Многочисленные и объективно востребованные попытки выстроить все допустимые варианты развития (реализованные и потенциально возможные) в предсказуемые пространственно-временные шаблоны оказались несостоятельными. В то же время академическая наука, в частности, представленная школой ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова», последовательно продолжала накапливать научный потенциал, который составил впоследствии методологическую основу диссертационной работы.

В исследовании проведен аннотированный библиографический анализ основных отечественных и зарубежных работ, относящихся к тематике диссертационного исследования. Указаны публикации и авторы, внесшие вклад в становление отечественной школы управления развития портов, а также наиболее заметные результаты, полученные зарубежными учеными. По каждому крупному кластеру задач дан обзор современного состояния научно-методического базиса их

решения. На основании анализа состояния проблемы сформулированы задачи, цели и этапы работы.

Цель и задачи диссертационного исследования. Целью исследования является обеспечение качественно нового уровня стратегического планирования развития кластера морских портов, направленного на соответствие пропускной возможности кластеров портов потребностям транспортно-логистических систем доставки грузов и тем самым способствующее снижению себестоимости перевозки грузов. Сформулированная цель исследования вытекает из выявленного противоречия между необходимостью прогнозирования стратегического развития кластеров морских портов для принятия своевременных управленческих решений в условиях большой вероятности необратимости этих решений и отсутствием научно обоснованной методологии прогнозирования и управления развитием портов. Следствием данного противоречия является интуитивное принятие решений с большой долей вероятности необратимой ошибки.

Для достижения указанной цели необходимо решить научную проблему создания методологии прогнозирования и управления развитием кластера морских портов в условиях существования внутренних и внешних ограничений, принятия необратимых управленческих решений и неопределенности воздействующих факторов со стороны транспор тно-логистической системы доставки грузов, составной частью которой он является.

Научная проблема требует решения следующих частных задач:

классификация и анализ существующих моделей развития портов в современной транспортной науке, определение сил и ограничений, воздействующих на развитие отдельных портов и учтенных в каждой из рассматриваемых моделей;

определение факторов, влияющих на развитие кластеров морских портов как части транспортно-логистической системы доставки грузов;

модельное обоснование использования синергетического подхода в изучении развития сложных систем для стратегического прогнозирования направления развития портов в рамках транспортно-логистической системы;

разработка методологии прогнозирования и управления развитием портов, основанной на синергетических моделях;

анализ результатов диссертационного исследования, установление адекватности и результативности предложенных методов, а также рекомендации по их использованию.

Объектом исследования выступает кластер морских портов, представляющий собой сложную открытую динамическую систему, являющуюся частью транспортно-логистической среды, сформированной на современном этапе развития мирового сообщества.

Предмет исследования составляет стратегическое планирование и управление развитием кластера морских портов, происходящее под воздействием возмущающих и управляющих факторов со стороны современной транспортно-логистической системы, частью которой он является, в условиях необратимости управленческих решений.

Границы исследования соответствуют целостной и взаимозависимой области вопросов прогнозирования развития порта и управления его развитием. Опре-

деление границ связано с выявлением сил и факторов, влияющих на развитие современных портов как части грузораспределительной системы. К таким силам и факторам относятся типы и характеристики существующих и прогнозируемых грузопотоков, развитие и характеристики хинтерлендов и форлендов портов, характеристики существующих и планируемых к эксплуатации морских судов, а также пропускная способность причалов: состав перегрузочного оборудования, используемая технология, нормы грузовых работ по типам обрабатываемых грузов, существующие ограничения к расширению размеров порта.

Научная новизна определяется следующими обстоятельствами:

впервые выявлены методологические границы применения существующих моделей для стратегического прогнозирования развития портов;

впервые разработаны и апробированы имитационные модели, основанные на синергетическом принципе поведения сложных систем, определяющих направление развития порта под воздействием внутренних ограничений, внешних факторов транспортно-логистической системы и необратимости управленческих решений;

сформулированы принципы построения новой методологии прогнозирования и управления развитием портов на основе синергетического принципа поведения сложных систем и сценарно-событийного прогнозирования;

определены точки принятия невозвратных решений при прогнозировании развития портов;

разработаны рекомендации по стратегическому прогнозированию развития портов и принятию решений в области управления развитием портов, обеспечивающих повышение достоверности полученных результатов.

Теоретическая значимость состоит в том, что исследование разрешает существующее противоречие между требованиями к процедуре управления развитием портов и недостаточностью соответствующего научно-методического инструментария, предлагая средства прогнозирования вариантов стратегического развития и методологию принятия решения для принципиальных участников процесса доставки грузов.

Теоретическими результатами исследования являются:

синергетические имитационные математические модели процессов развития морских портов как части единой транспортно-логистической системы доставки грузов, опирающейся на синергетические принципы;

частные методики прогнозирования и оценки возможных вариантов развития кластера морских портов как сложной системы, являющейся, в свою очередь, частью системы грузораспределения на основе использования синергетического принципа поведения сложных систем;

общая методология прогнозирования и управления развитием кластера морских портов на основе сценарно-событийного прогнозирования и синергетическо-го принципа поведения сложных систем, в условиях необратимости принятых управленческих решений.

Практическая значимость работы:

— возможность определения точек принятия невозвратных решений при про
гнозировании развития портов;

выявление критических факторов, влияющих на развитие портов;

рекомендации по стратегическому прогнозированию развития портов и принятию решений в области управления развитием портов, обеспечивающих повышение качества прогнозирования, достоверности полученных результатов.

Методики и положения исследования реализованы в виде программной среды и рекомендаций для лиц, принимающих решение, что позволило внедрить их в практику проектирования развития и модернизации портов как объектов транс-портно-логистической системы грузораспределения. Полученные результаты реализованы в форме экспертной системы поддержки выбора решений для обоснования планов развития портов. Эффективность предложенных решений подтверждают акты внедрения и справки о реализации.

Методы исследования. В диссертации обосновано применение сценарно-событийного метода прогнозирования развития порта в части определения его настоящего состояния, стратегического направления развития и желаемого состояния в будущем.

Объект исследования представляет собой сложную нелинейную динамическую систему, которая под воздействием внешних и внутренних сил при изменении состояния способна изменять свои свойства. В связи с этим в исследовании были применены синергетические принципы и методы изучения поведения сложных систем.

В исследовании применялись также эмпирические методы (сбор данных о факторах и ограничениях, влияющих на развитие портов, создание хронологического ряда существующих моделей портового развития), теоретические методы (формализация результатов, полученных в ходе испытания моделей, выводы) и экспериментально-теоретические методы (аналитическое обобщение эмпирических результатов, анализ существующих моделей развития портов, синтез, современные методы имитационного моделирования).

Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:

модель немонотонного реактивного развития морски х пор тов;

модели развития морских портов с использованием синергетических представлений;

модель эволюции кластера портов как элемента транспортно-логистической системы с использованием синергетических представлений;

методология прогнозирования и управления развитием кластера морских портов на основе синергетических законов взаимодействия сложных систем.

Степень достоверности и апробация результатов

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается:

использованием апробированных математических методов при проведении исследований, которыми обоснованы научные положения, выводы и рекомендации;

последовательной проверкой непротиворечивости результатов каждого следующего этапа развития методологии по отношению ко всем предыдущим;

сходимостью расчетных величин, полученных по предлагаемым методикам, с имеющимися натурными и опубликованными данными;

— практическим использованием результатов в реальных проектах, связанны х с созданием и реализацией программ развития морских портов и терминалов.

Апробация результатов. Основные теоретические и практические положения диссертационного исследования обсуждались и получили одобрение на международных научных форумах и научно-практических конференциях:

  1. XV Международная научно-практическая конференция «Логистика: современные тенденции развития», г. Санкт-Петербург, 7–8 апреля 2016 г.

  2. Международная научно-практическая конференция «Порто-ориентированная логистика – 2016», г. Санкт-Петербург, 4–5 октября 2016 г.

  3. Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы международного и морского права: история, современность и перспективы развития», г. Санкт-Петербург, 16 февраля 2017 г.

  4. XVI Международная научно-практическая конференция «Логистика: Современные тенденции развития», г. Санкт-Петербург, 6–7 апреля 2017 г.

  5. Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы современного государства и права: теория и практика», г. Санкт-Петербург, 28 апреля 2017 г.

  6. Международная научно-практическая конференция «Макаровские чтения-2017», г. Санкт-Петербург, 17 – 19 мая 2017 г.

  7. XXI Международная научная конференция «Технические науки — от теории к практике», г. Санкт-Петербург, 19 июня 2017 г.

  8. XXI Международная научная конференция «Наука в современном мире», г. Киев, 20 июня 2017 г.

Основные результаты исследования отражены в 23 опубликованных научных работах; личный вклад автора составляет 39 п. л., 14 работ входит в список реферируемых изданий ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации по специальности.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что поставленная в начале исследования цель (повышение качества стратегического прогнозирования и управления развитием морских портов, в конечном счете, направленное на эффективную работу морских портов, функционирующих в транспортно-логистической взаимодействующей системе) достигнута.

Структура и объем диссертации. Структура диссертационного исследования включает в себя введение, шесть глав, заключение, словарь терминов, библиографический список (271 источник использованной литературы). Общий объем 300 с., в том числе восемь таблиц, 125 рисунков и схем.

Статические модели развития портов

Модель «Anyport»

Изучение жизненных циклов портов транспортной наукой к концу ХХ века позволило выявить некоторые общие черты и закономерности [196]. Исторически первой была предложена модель, которая описывала развитие портовой инфраструктуры во времени и пространстве. Эта модель была разработана на основе изучения частных законов развития устьевых портов восточного побережья Британии [198].

Изначально указанная модель включала в себя шесть этапов портового развития:

— появление или возникновение порта — первоначальный этап появления порта на территории близкой к центру города в виде небольшой причальной линии, с изначально небольшой глубиной, длина причальной линии удовлетворяла потребности в обработке существовавшего флота;

— расширение причалов — данный этап развития характеризуется достижением портом максимального возможного размера внутри границ городского центра;

— предельная разработка причального фронта — этап развития порта характеризуется исчерпанием возможностей обработки растущего флота на существующих причалах в центре города, развитие технологий перегрузочных процессов и появление новой перегрузочной техники так же требует увеличенных причальных площадей;

— рост причальной линии — этап развития порта характеризуется созданием новых, глубоководных причалов, с увеличенной причальной линией, причалы обеспечены большими производственными площадями для обработки, хранения грузов и для размещения на причалах высокопроизводительной перегрузочной техники, что позволяет принимать и обрабатывать суда больших размеров и в большем количестве, рост причальной линии определил тенденцию постепенного перемещения порта из центра города в сторону моря;

— развитие и модернизация причальной линии — этап развития порта определяет дальнейшее совершенствование и наращивание мощностей погрузоч-но-разгрузочного оборудования необходимого для поддержания скорости обработки судов, грузовместимость и грузоподъемность которых постоянно увеличивается, совместно с ростом их физического размера;

— специализация причалов и районов порта — этап появления специализированных судов и специализированного перегрузочного оборудования для организации погрузо-разгрузочных работ на этих судах, возможно, создание новой конфигурации или перепланировка причальной линии (например, для приема судов типа RO-RO);

На основании предложенной модели автор обосновал два принципа стратегии портового развития:

1. Развитие и расширение порта в географическом пространстве, выраженное в постепенном росте размеров порта и расширении его границ, последовательном физическом перемещении порта от центра города в сторону устья реки и вдоль морского побережья. Данное перемещение обусловлено необходимостью строительства новых глубоководных причалов на свободном пространстве. Перемещение порта сопровождается прекращением грузовых операций на старых площадках в центре города и передачей территории городу.

2. Модернизация и последующая специализация перегрузочного оборудования, связанная с развитием торгового флота: неуклонный рост размеров судов, их грузоподъемности и грузовместимости, рост стоимости эксплуатации судов требовал модернизации погрузочного оборудования для ускорения обработки флота, появление специализированного флота потребовало создание специализированного портово-перегрузочного оборудования и специализированных причалов для его обработки [198].

Автор модели выявил особенность в развитии портов, когда изменение портовой инфраструктуры и замена перегрузочного оборудования происходит посте 16 пенно, т. е. возможно, что отдельные части порта оборудованы разной техникой, и таким образом находятся на разных уровнях своего развития. Морально устаревшее оборудование может использоваться на одной группе причалов одновременно с использованием современного оборудования на другой группе. В частности, в источнике [199] отмечается, что по причине большой стоимости вложений в портовые сооружения, зачастую более дешевым является постепенное понижение использования причала в значимости грузопотока, чем пустить их на лом вообще».

Несмотря на первоначальную результативность, в дальнейшем модель «An-yport» проявила недостаточную универсальность, для устранения которой был предпринят ряд коррекционных попыток [205-208]. В основном эти попытки сводились к введению дополнительных фаз или этапов, таких как: закрытия, расширения, добавления, консолидации, перепрофилирования и пр. Такие нововведения дали возможность описать процесс развития конкретного порта с помощью скорректированной модели, но все это в конечном итоге привело к утрате универсальности модели [252]. Некоторые ученые [189,221,251,253] полагали, что приведенные Бердом этапы развития портов можно объединить в меньшее количество основных фаз развития порта, что сделает модель более общей, а значит и более универсальной. Такими фазами стали: «становление», «расширение» и «специализация» [225,236,248] (рисунок 1.1).

Модель «Anyport» была разработана на примере этапов развития конкретных портов и не предназначена описывать развитие всех портов мира. Автор модели допускал, что модели развития различных портов могут и должны строиться, учитывая те факторы, которые воздействуют на данный порт. Несмотря на название, модель существенно базировалась на двух допущениях - развитии портовой инфраструктуры в соответствии с растущими потребностями растущей и изменяющейся грузовой базы и изменениями морского флота. Модель не учитывала другие важные факторы, например, такие как развитие человеческого общества, изменение взаимоотношений «город – порт», развитие доступности и изменения хинтерленда и форленда портов и т.д.

«Грузоведческая» модель Юнктад

В работе [244] было предложено новое видение вопроса о стратегическом направлении развития портов в виде модели, основанной на грузоведческих аспектах портовых операций. Основная идея, лежащая в основе модели, состояла в том, что грузопоток является основной силой, под действием которой происходят все значимые изменения в порту. Таким образом, рост, развитие и изменение в системе грузопотоков является основной причиной изменения, то есть развития портов (рисунок. 1.2). Согласно предложенной модели существует пять этапов развития порта.

1-й этап — традиционный или конвенциональный порт. Данный этап развития порта, представляет собой совокупность причалов предназначенных для обработки генерального груза, то есть любого тарно-штучного груза, причем упаковка груза в тару или распаковка из нее может производиться как до завозки груза в порт, так и во время погрузки уже в трюме судна (например, навалочные грузы в мешках). Объемы грузов, проходящие через причал, при такой организации грузовых работ, были незначительными, а погрузо-разгрузочные работы занимали довольно продолжительное время, что нивелировалось небольшими размерами грузовых судов (малой грузоподъемностью и грузовместимостью).

2-й этап — выделение навалочных грузов. Рост размеров грузовых партий навалочного груза и развитие новых концепций в судостроении приводит к целесообразности перемещать груз в навалочном виде, используя специализированный флот и специализированное перегрузочное оборудование. Происходит выделение из общего грузопотока отдельного, нового для данного порта вида груза — навалочного груза. Для обработки данного вида груза порт выделяет отдельный причал или группу причалов и оснащает специализированным подъемно-перегрузочным оборудованием для механизированной погрузки навалочного груза. Такие действия приводят к появлению отдельного терминала для обработки навалочных грузов. В то же время, в соответствии с принципами обозначенными Джеймсом Бердом может происходить обновление и модернизация перегрузочного оборудования для перегрузки генеральных грузов, увеличение длины причальной линии и роста глубин у причалов, что является результатом роста грузопотоков и соответственно, ростом размеров судов.

Анализ ограничений, влияющих на развитие порта

Количественная модель, рассмотренная в предыдущем параграфе, функционирует в особенных условиях, которые отличаются отсутствием какого либо внешнего воздействия и внутренних ограничений. На практике, порты постоянно испытывают на себе воздействие различных сил, которые существенно влияют, а в некоторых случаях и прямо управляют направлением развития порта [36,41]. Рассмотрим влияние двух основных сил, воздействию которых подвергается порт, в первую очередь – ограниченность ресурсов и свободного пространства порта для ввода в эксплуатацию новых причалов и наличие флота, по тем или иным условиям, готового выполнять перевозки из этого порта. По сути, это два укрупненных показателя воздействия различных внешних и внутренних сил опосредованно воздействующих на направление развития порта.

Доступный флот — включает группу внешних факторов, опосредовано влияющих на порты это и возможность финансирования строительства флота с определенными характеристиками, размер судов, что формирует судовые партии грузов, частота захода судов порт связанная с различными внешними причинами [166,167]. Все эти факторы влияют на выбор направления и скорость развития порта, своим воздействием изменяя стратегическое направление движения порта.

Возможность создания причалов для обработки грузов – характеризует широкий спектр внутренних факторов и ограничений, влияющие на развитие порта, к ним относятся географические факторы возможности расширения портов, финансово-экономическое положение порта, политические мотивы, решения управляющего персонала [51,52]. Эти факторы так же влияют на выбор направления и скорость развития порта, своим воздействием изменяя, замедляя или наоборот, ускоряя стратегическое направление движения порта.

Таким образом, вводимые ограничения позволяют модели учитывать влияние разнообразных внутренних и внешних ограничений влияющих на направление и скорость развития портов, кроме того учитывающая их взаимное влияние и взаимодействие изменяющее вектор направленности развития порта и скорости движения по нему (рисунок 3.10).

В результате, под воздействием ограничений и развитием грузопотока определяется стратегическое направление развития порта и скорость его развития, в модели это выражается через отбор из общего потока определенных видов груза и в том размере, который может быть перегружен на причалах порта и вывезен доступным. Отвергнутый портом грузопоток будет обрабатываться в соседних портах, где продолжит свое существование и развитие (рисунок 3.11), взаимодействие портов внутри кластера будет рассмотрено в главе 4 настоящего исследования.

Для функционирования модели в новых условиях воздействия ограничений в принципиальную схему работы модели необходимо внести воздействие рассмотренных ограничений и предусмотреть их взаимное влияние и совместное воздействие на направление, и скорость развития порта [62]. Для выполнения ограничения по доступным судам, в модель был добавлен алгоритм проверки соответствия выбранного решения тому доступному флоту, который имеется в наличии, выполняя проверку на соответствие существующего грузопотока конкретного вида груза с объемом, который способен вывезти доступные специализированные суда и принимая, выбрав меньшее значение (рисунок 3.12).

Что бы ввести влияние по возможному количеству причалов в зависимости от вида грузопотока было добавлено в рабочую модель алгоритм тестирования на соответствие полученного результата существующему ограничению и сравнить количество имеющегося груза определенного вида с тем его количеством, которое может быть обработано на доступных специализированных причалах, к рассмотрению принимается меньшее число (рисунок 3.13).

Для осуществления проверки работы модели было проведено два эксперимента воздействия ограничений, ограниченность по флоту и ограниченность по наличию причалов.

Ограниченность доступного флота. На рисунке 3.16 отражен фазовый портрет освоения грузопотоков портом при условии, что доступно ограниченное количество судов каждого типа для вывоза груза из порта. Фазовый портрет освоения грузов портом демонстрирует достаточно быстрое насыщение порта грузом и не способность к дальнейшему приему и обработки грузопотоков, таким образом достигается предел в развитии порта, который может быть при таком ограничении доступного флота. Предел по видам груза наступает достаточно скоро, так как принятое значение пропускной способности, связанное с доступностью судов, в данной конкретной ситуации небольшое и зависит от грузовместимости судна и времени рейса. Вначале достигается предельное значение у генерального груза: небольшое судно и самое длительное время рейса. Последним наступает предел у навалочных и наливных грузов: большие суда и относительно короткое время рейса, зависящее от скорости погрузо-разгрузочных работ.

Основываясь на результатах моделирования ситуации развития порта при введенных ограничениях, ниже представлено развитие порта в дискретном времени. Размер фигур принципиально отражает принятый портом грузопоток (рисунок 3.17)

Ограничение по количеству причалов. При увеличении значения доступных судов всех видов происходит естественный рост пропускной способности порта и причалов до наступления следующего ограничения, которое может быть связана либо с провозной способностью флота, либо с доступным количеством причалов. В рассматриваемом конкретном случае ограничением является количество причалов. Динамика роса грузопотоков в развитии флота приведена на рисунке 3.18.

Моделирование различных ситуаций развития порта при воздействии на него различных факторов и ограничений происходящее с различной силой приводит к изменению направления развития порта и скорости его развития. Разные фактор оказывают разное влияние на направление и темпы развития порта, что говорит о необходимости индивидуального подхода к каждому случаю с точки зрения оценки факторов и силы их воздействия на развитие портов.

Модель практической оценки возможной роли порта

В целях оценки роли и влияния порта на хинтерленд и форленд, предлагается использование следующей аналитической модели.

Пусть стоимость эксплуатации транспортных средств остается линейно зависимой от его грузовместимости в соответствии с формулой (5.1), а стоимость транспортировки грузовой партии на расстояние рассчитывается по формуле (5.2). В данном исследовании, для примера рассматривается множество реально конкурирующих портов Европы, разделенных на побережье хинтерленда и фор-ленда, состав которых приведен в таблице 5.1.

Необходимо отметить, что данные порты выбраны как крупные морские узлы в транспортной сети Европейского региона. Однако, данные порты выбрана в качестве примера. Расчтные возможности предлагаемой модели не ограничиваются только этими портами и фиксированной информацией о них.

На рисунке 5.7 приводится расположение этих портов в соответствии с обозначениями, принятыми в таблице 5.1.

Нумерация портов каждого из побережий пусть соответствует попарным расчетным объемам перевозок. В отличие от постановки задачи предыдущего раздела, эти объемы не равны друг другу.

Прямой вариант доставки между каждой парой портов хинтерленда и фор-ленда характеризуется схемой, показанной на рисунке 5.8.

Доставка по системе «хаб-фидер» для рассматриваемых множеств портов хинтерленда и форленда предполагает различных вариантов выбора центрального порта на одном и другом побережье. Один из вариантов такого выбора иллюстрирует рисунок 5.9.

Наконец, маятниковая организация маршрута морской перевозки предполагает заход магистрального судна в каждый порт побережья хинтерленда и форленда, что может быть осуществлено различными вариантами. Один из возможных вариантов, показан на рисунке 5.10.

Для оценки экономической привлекательности всех вариантов каждой схемы организации маршрутов следует задать матрицу расстояний между всеми портами обоих побережий. Матрица расстояний между портами, обозначенными в таблице 5.1, приведена на рисунке 5.11 [137]. Расстояния взяты в морских милях с округлением к ближайшему целому.

Расчет с помощью формул (5.1) – (5.7) для варианта прямой перевозки между портами показан в таблице 5.2. В таком случае, суммарная стоимость доставки грузов по прямому варианту, рассчитанная с помощью разработанной модели для данного примера, составляет 1 144 633 условных денежных единиц.

Стоимость доставки по схеме «хаб-фидер» должна быть рассчитана для каждого варианта, когда в качестве хаба выбирается один из портов со стороны хинтерленда и один – со стороны форленда. В рассматриваемом случае таких вариантов имеется , что позволяет использовать метод полного перебора.

Расчет, основанный на методе полного перебора складывается из расчета, осуществляемого для региона хинтерленда (приведен на рисунке 5.12, а), и расчета, осуществляемого для региона форленда (приведен на рисунке 5.12, б).

Полученное методом полного перебора наилучшее решение, предполагает использование в качестве хаба побережья хинтерленда порт 1, т.е. Феликстоу, Великобритания, а в качестве хаба побережья форленда порт 6, т.е. Танжер, Марокко. Учитывая географическое положение этих портов, выбор именно этих пунктов в качестве хабов представляется рациональным. Суммарная стоимость перевозки, таким образом, составляет 2 344 220 условных денежных единиц.

Наконец, поиск наилучшего решения с помощью маятниковой схемы перевозок предполагает перебор всех возможных сочетаний маршрутов консолидации груза на побережье хинтерленда и маршрутов распределения груза на побережье форленда. Число этих вариантов для данного примера есть 25 401 600, что исключает возможность использовать схему полного перебора. Расчет стоимости транспортировки для нескольких примеров конфигурации маршрутов приведен на рисунке 5.13. Конфигурация схемы, соответствующая представленной на рисунке 5.10, располагается в первой строке блока на рисунке 5.13. Велика вероятность, что именно этот маятниковый маршрут является наиболее выгодным, однако не исключено, что оптимальная маятниковая схема не вошла в выбранные четыре. Чтобы узнать это точно, необходимо решить задачу на хождения оптимального решения в пространстве поиска, растущем сверхэкспоненциально.

Полученные результаты говорят о том, что с экономической точки зрения прямые маршруты в данном случае оказываются заведомо более привлекательными, несмотря на то, что есть вероятность нахождения абсолютного минимума стоимости доставки маятниковых схем. Решение задачи методом полного перебора невозможно. В следующем разделе приводятся алгоритмы нахождения этого решения, основанные на эволюционном программировании.

Методика самоидентификация морских портов

Для понимания изначального состояния порта, которое является начальной точкой его развития и которое определяет его будущее направления развития, требуется осуществить самоидентификацию порта. Под процессом самоидентификации понимается его достоверное отождествление с одной из фаз или уровней портового развития. Уровень портового развития определяется по совокупности определяющих ключевых факторов, которые в целом отражают картину состояния и развития порта на исследуемый момент времени.

Предполагается, что на начальном этапе идентификации порта требуется провести анализ и оценить существующие грузопотоки по следующим параметрам: вид и объем перегружаемых грузов, применяемые средства укрупнения для перевозки грузов, используемые в порту технологические способы перевалки грузов, типы судов обрабатываемых в порту, их основные характеристики, частота судозаходов. Анализ приведенных показателей раскроет уровень развития порта как грузообрабатывающего центра, достигнутый им на текущий момент. Анализ поможет понять соответствие уровня развития порта существующему грузопотоку и видам специализированных судов [110].

Следующим шагом является оценка существующей роли порта как логистического звена в грузораспределительных цепочках, которые существуют в регионе функционирования порта. Это требует выполнения исследования производимого в хинтерленде и форленде валового продукта, а так же уровня развития смежных видов транпорта как альтернативного способа доставки грузов так и сопряженного с портом. Особое внимание необходимо уделить рассмотрению географической доступности порта Также необходимо проанализировать географическую доступность порта и его взаимоотношению с прилежащими городами для понимания возможности территориального развития порта в первоначальном месте [83].

Самоидентификация порта позволяет не только определить текущую фазу развития порта, что само по себе является достаточно ценным, но так же дает возможность выявить и оценить существующие проблемы, для которых необходимо найти решение при осуществлении процесса развития порта.

Определения цели развития и выявление способа ее достижения требует составления прогноза развития и оценки вероятного уровня воздействия на порт основных характерных факторов со стороны внешней системы [54]. Для кластера портов, такой внешней системой, в соответствии с материалами изложенными в третьей главе настоящего исследования, является транспортно-логистическая система доставки грузов, звеном которой, то есть подсистемой, является кластер морских портов. Часть основных факторов была определена во второй главе исследования, при исследовании основных факторов влияющих на развитие порта. В этой главе, часть ранее упоминавшихся факторов, наряду с другими, ранее не рассматривавшимися будут изучены с точки зрения определения направления стратегического развития кластера морских портов.

Определение уровня грузопотока, проходящего через порт. Как упоминалось во второй главе исследования, грузопоток представляет собой объем груза, который перемещается в течении определенного времени между местами его зарождения и поглощения. Размер грузопотока характеризует транспортно-экономические связи между регионами, странами и является основным фактором, сила и влияние которого, как настоящее, так и будущее должно быть учтено при определении стратегического направления развития портов.

Анализ развития грузопотока тесно связан с изучением тенденций развития производства, торговли и потребления, изменений на рынке транспортно-логистических услуг.

Анализ грузопотока тесно взаимосвязан с анализом товарного, транспортного и информационного потоков, состояния и тенденций развития рынка транспортных услуг. Понимание характеристик грузопотоков требуется для решения важных задач по планированию развития и модернизации транспортной инфраструктуры портов, а также в разрезе транспортного обеспечения доставки груза в порты: выбора вида транспорта и технологии перевозки, определения характеристик транспортных средств и их необходимого количества [109,161].

Основными характеристиками грузопотока являются:

— направление движения грузопотока, определяется его перемещением от пункта зарождения грузопотока до пункта поглощения грузопотока, необходим для определения технологии и технологических карт перегрузки грузов;

— интенсивность грузопотока, определяется объемом количества груза в единицу времени, необходим для определения количества и мощности портовых перегрузочных средств;

— структурный состав грузопотока, необходим для определения необходимых видов перегрузочного оборудования, а так же разработки технологий и технологических карт обработки грузов;

— неравномерность грузопотока, показатель, определяющий максимальную мощность портового оборудования в пики прохождения грузов через порт, понимание неравномерности грузопотока так же является важным для правильного управления товарным запасом, наиболее часто используемым показателем характеризующим неравномерность грузопотока является коэффициент неравно 229 мерности, определяемый как отношением максимального значения к среднему значению за определенный период времени, особенно важным данный показатель является для сезонных грузов, более точный анализ неравномерности грузопотока может сделан на основе статистических распределений;

— сбалансированность или уравновешенность грузопотоков. Данная характеристика грузопотоков характеризует наличие потенциальной загрузки транспортных средств в обратном направлении из рассматриваемого кластера портов, сбалансированность грузопотоков может быть оценена с помощью такого показателя как коэффициент уравновешенности грузопотока, который рассчитывается как отношение объемов грузов, перемещаемых в противоположных на правлениях, идеальный вариант равенства грузопотоков в обеих направлениях встречается крайне редко.

Таким образом, существующий грузопоток, проходящий через порт, определяется исходя из ответов на следующие вопросы:

— какие виды и какое количество товара проходит или будет проходить через порт;

— каким образом товары упакованы и перевозятся или будут упакованы и каким образом будут перевозиться;

— какие типы судов, грузоподъемность, грузовместимость и частота заходов существуют в настоящее время или появятся в результате развития грузопотока.

Любой прогноз будущего грузопотока является приблизительным и неточным, и порты в данном случае представляют собой особенно уязвимые объекты ввиду долгосрочности планирования развития основных производственных средств в масштабе времени и ограниченной возможности влияния на спрос и предложение [156]. Более того, в настоящее время морские перевозки проходят этап развития, характеризующийся стремительными изменениями ситуации, что оказывает критическое влияние на объемы и типы грузопотоков, перегружаемых через порты. В такой ситуации ошибки в прогнозировании становятся практически неизбежными и могут быть очень серьезными.

Необходимо заметить, что результаты переоценки или недооценки грузопотоков не являются равнозначными. К примеру, создание неиспользуемой дополнительной инфраструктуры скорей всего в итоге приведет в большинстве случаев к сравнительно к небольшому повышению ставки за расчетную единицу обрабатываемого груза, с другой стороны, отсутствие или нехватка необходимой инфраструктуры (причалов или техники) наверняка вызовет задержки в обработке судов, которые ведут к значительным дополнительным расходам и штрафам за простой судов. Тем не менее, это не значит, что планирование развития порта необходимо осуществлять со значительным запасом. Тем не менее, это не значит, что принципиально требуется выполнять «планирование с запасом», потому что такой тип планирования ведет к ухудшению финансовых показателей ми увеличению сроков окупаемости вложенных в объект инвестиций [157,158]. Но даже когда все возможные меры для создания корректного прогноза приняты во внимание, тем не менее сохраняются некие неопределенности, которые возможно создадут определенных колебания и отклонения размеров грузопотоков от планируемых, особенно в случае стратегического планирования развития порта вперед на несколько лет.

Степень развития хинтерленда и форленда. В комплексе логистических параметров, в которых работают грузоотправители и порты, хинтерленд порта приобретает повышенное внимание. Интеграция транспортных функций, обеспечиваемых логистикой и переориентация морских транспортных сетей, привела к изменению функциональной роли портов в системе ценообразования перевозок и создала новые системы доставки грузов и новые подходы к развитию порта.