Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ проблемы управления транспортным процессом 11
1.1 Роль планирования транспортного процесса на примере нефтехимического предприятия 11
1.2 Анализ известных исследований в области управления транспортным процессом 15
1.3 Анализ программных решений в области управления транспортным процессом 35
Выводы по первой главе 39
ГЛАВА 2. Разработка подхода к организации поддержки принятия решений при планировании транспортного процесса для перевозки готовой продукции 41
2.1 Подход к организации поддержки принятия решений при планировании транспортного процесса для перевозки готовой продукции 41
2.2 Системные модели планирования транспортного процесса при перевозке готовой продукции 56
2.3 Структура и функциональное назначение СППР 63
Выводы по второй главе 69
ГЛАВА 3. Математическое и информационное обеспечение сппр при планировании транспортного процесса для перевозки готовой продукции 71
3.1 Постановка комплексной задачи планирования транспортного процесса для перевозки готовой продукции 71
3.2 Математическое обеспечение СППР при планировании транспортного процесса 74
3.3 Информационное обеспечение СППР при планировании транспортного процесса 100
Выводы по третей главе 104
Глава 4. Программная реализация подхода к организации планирования транспортного процесса и анализ его эффективности 106
4.1 Программная реализация подхода к организации планирования транспортного процесса для перевозки готовой продукции 106
4.2. Анализ результатов численного эксперимента для задачи маршрутизации транспорта с временными окнами на тестовых примерах с известными наилучшими решениями
4.3 Проверка эффективности решений задачи формирования рациональных маршрутов на сгенерированных примерах 123
4.4. Оценка эффективности предложенного подхода при планировании транспортного процесса для перевозки готовой продукции на нефтехимическом предприятии 127
Выводы по четвертой главе 143
Заключение 144
Список литературы
- Анализ известных исследований в области управления транспортным процессом
- Системные модели планирования транспортного процесса при перевозке готовой продукции
- Математическое обеспечение СППР при планировании транспортного процесса
- Анализ результатов численного эксперимента для задачи маршрутизации транспорта с временными окнами на тестовых примерах с известными наилучшими решениями
Анализ известных исследований в области управления транспортным процессом
Под задачей выбора ТР понимается взаимосвязанный выбор различных способов транспортировки и видов транспорта в процессе доставки ГП клиентам.
На практике предприятия используют следующие способы транспортировки: унимодальная (одновидовая) перевозка, если заданы начальный и конечный пункты транспортировки без промежуточных операций складирования или грузопереработки; смешанная перевозка, если нет возможности доставить груз одним видом транспорта (например, первым видом транспорта груз доставляется в пункт перевалки без хранения или с кратковременным хранением с последующей перегрузкой на другой вид транспорта). комбинированная перевозка, если грузовладелец заключает договора с перевозчиками, каждый перевозчик несёт материальную ответственность за сохранность груза только на соответствующем участке маршрута; интермодальная перевозка, если грузовладелец заключает договор на весь путь следования с одним лицом перевозчиком в независимости от того, сколько видов транспорта будут использоваться, ответственность за груз распределена между всеми перевозчиками; мультимодальная перевозка, если грузовладелец заключает договор на весь путь следования с одним ответственным перевозчиком [4, 9, 10, 36, 37, 58].
Известными критериями оценки способов транспортировки являются [11, 42]: экономические показатели, включающие тарифы и цены на перевозки и другие транспортные услуги, предпочтительная форма оплаты за транспортировку ГП; другие показатели (возможность транспортировки ГП одним видом транспорта; предпочтительная схема взаимодействия участников ТП; форма договора, степень надежности за транспортировку ГП, обеспечение безопасности груза). Таблица 1.1 - Сравнительная характеристика способов транспортировки
Характеристика Унимодальная перевозка Смешанная перевозка Комбинированнаяперевозка Интермодальная перевозка My льтимо даль -ная перевозка Количествовидов транспорта один два несколько несколько несколько Единый оператор перевозки да нет да да да Оплата перевозки по конкретному тарифу по нескольким отдельным тарифам по нескольким отдельным тарифам единая ставка фрахта единая ставка фрахта
Схема взаимодействия участников ТП последовательная последовательная последовательная последовательно - центральная схема последовательно- центральнаясхема Количество договоров один несколько несколько единый договор единый договор Ответственность за груз высокая низкая низкая высокая высокая Количество перевозчиков перевозчик два перевозчика несколько перевозчиков несколько перевозчиков единый оператор перевозки Сравнительный анализ способов транспортировки (таблица 1.1) не дает четкой картины, какой из способов является рациональным для доставки ГП.
Основой выбора вида транспорта, подходящего для конкретной ГП, служит информация о характерных особенностях различных видов транспорта (автомобильного, железнодорожного, морского, внутреннего водного, воздушного и трубопроводного). Для транспортировки ГП предприятия используются два вида транспорта - железнодорожный и автомобильный. Преимуществами железнодорожного транспорта являются высокая провозная и пропускная способность; отсутствие зависимости от климатических условий, времени года и суток; высокая регулярность перевозок; высокая скорость доставки грузов на расстояние выше 1500 км, недостатками - ограниченное число перевозчиков (естественная монополия); большие капитальные вложения в производственно- техническую базу; высокая материалоемкость и энергоемкость перевозок; недоступность в конечных точках продаж, недостаточно высокая сохранность груза соответственно. В то время как, для автомобильного транспорта преимуществами являются высокая доступность; возможность доставки груза «от двери к двери»; высокая маневренность, гибкость, динамичность; высокая скорость доставки; возможность использовать различные маршруты и схемы доставки; возможность отправки груза маленькими партиями; широкие возможности выбора наиболее подходящего перевозчика, а недостатками - низкая эффективность; зависимость от погодных и дорожных условий; высокая себестоимость перевозок на большие расстояния; невозможность длительного ожидания разгрузки; возможность хищения груза и угона автотранспорта [19].
Для определения вида транспорта в [58] выделяют шесть главных факторов, влияющих на принятие решения при планировании ТП: время доставки; стоимость перевозки; надежность соблюдения графика доставки груза; частота отправлений; способность перевозить разные грузы; способность доставить груз в любую точку.
Эффективность принимаемого решения обеспечивается учетом всех факторов, связанных с транспортировкой различными способами транспортировки и видами транспорта. В настоящее время не существует единой методики для взаимосвязанного выбора вида транспортировки и вида транспорта для транспортировки нефтехимической ГП. Каждая из рассмотренных задач относится к классу многокритериальных задач принятия решений, поэтому для решения могут быть использованы прямые методы, методы компенсации, методы порогов несравнимости, аксиоматические методы [43].
Учитывая специфику деятельности нефтехимического предприятия в работе было принято решение выбрать для оценки способа транспортировки следующие критерии: количество видов транспорта, единый оператор перевозки, оплата перевозки, схема взаимодействия участников ТП, количество договоров, ответственность за груз, количество ответственных лиц, а для оценки выбора вида транспорта из двух возможных (железнодорожного и автомобильного): время доставки; стоимость перевозки; надежность соблюдения графика доставки груза; частота отправлений; способность доставить груз в любую точку, а также время оформления заявки на транспортировку. В качестве метода решения предлагается использовать метод иерархии Саати.
Системные модели планирования транспортного процесса при перевозке готовой продукции
В работе предлагается разработать подсистему транспортной логистики, в которой должны быть приняты управленческие решения по поводу планирования и организации транспортного процесса при перевозке нефтехимической ГП.
Для создания подсистемы управления необходимо выявить процесс или объект управления, основные элементы управления, причинно-следственные связи между элементами системы, механизмы воздействия на процесс с целью достижения желаемых результатов. Для определения и структурирования причинно-следственных связей между процессом и влияющими на него факторами в работе применяется «диаграмма Исикавы» [55]. Конечными аспектами для достижения эффективного транспортного процесса являются: - выявление всевозможных факторов, влияющих на ТП; - визуализация причинно-следственных связей; - распределение приоритетов для анализа и решения поставленной задачи на основе определения относительной значимости факторов, и их ранжирование; - повышения показателей эффективности транспортного процесса.
Для задачи эффективного транспортного процесса была разработана классическая диаграмма Исикавы (рис.2.3) ,в которой в качестве факторов, влияющих на обеспечение ТП были выделены следующие: man (влияние человеческого фактора), machine (влияние оборудования), method (влияние методов работы), materials (влияние материалов), management (влияние управления), environment (влияние окружающей среды). Человеческий фактор оказывает влияние на профессиональную подготовку персонала (обеспечение эффективного подбора кадров, постоянные возможности обучения и др.), техническую дисциплину персонала (выполнение внутренних нормативных постановлений и др.), политику ответственности за выполняемые функции, систему мотивации персонала (повышение микроклимата в коллективе, предоставление больших возможностей и др.); оборудование - состояние парка технологического оборудования (обеспеченности и изношенности парка ТС, проверка отказов технических средств и др.), уровень автоматизации предприятия на всех этапах производственной деятельности (производственный, транспортный процесс и др.); материалы - достаточный уровень основного капитала (например, наличие достаточного количества складов для хранения ГП и др.), достаточный уровень ТМР (наличие сырья для производства ГП, обеспечение необходимого количества ГП для доставки клиентам и др.); методы работы - технологический процесс производства, политика использования оборудования и производственных площадей, политика долгосрочного и оперативного планирования деятельности предприятия; окружающая среда - законодательная база, влияющая на деятельность предприятия, экономическая ситуация затрагивающая направления деятельности предприятия; управление -законодательная база (ГОСТы, приказы, постановления, законы), внутренние нормативные документы предприятия, политика планирования, анализа и контроля деятельности предприятия, политика управления персоналом, использования автоматизированных методов выработки управленческих решений.
Для большего понимания причин, влияющих на достижение эффективного уровня ТП была разработана процессная диаграмма Исикавы (рис. 2.4), которая позволила выделить влияющие процессы: эффективное планирование ТП, эффективное осуществление ТП, эффективный контроль и анализ ТП.
Под эффективным планированием ТП понимается эффективный подход к планированию. На эффективное планирование влияют внешние факторы (ситуация на дорогах, требования клиентов, диапазон выбора логистических перевозчиков и др.), законодательная база (ГОСТы, законы, постановления), внутренние нормативные документы (документы регламентирующие транспортный процесс ГП на предприятии, технологические требования), внутренняя политика предприятия (требования к времени обслуживания, к безопасности доставки ГП), средства планирования (трудовые ресурсы, материальные ресурсы и др.).
На осуществление ТП влияют внешние факторы, средства выполнения (материальные ресурсы, трудовые ресурсы), законодательная база, внутренние нормативные документы; на контроль и анализ ТП - средства анализа (например, разработанная методика сравнения плановых и фактических показателей, логисты и др.) и средства контроля (например, разработанная методика корректирующих мер в соответствии изменениями при осуществлении ТП, трудовые ресурсы (логисты), материальные ресурсы и др.), законодательная база, внутренние нормативные документы.
В связи с тем, что планирование является первоначальным шагом в управлении ТП, была разработана диаграмма Исикавы выявления способов достижения эффективного планирования ТП (рис. 2.5), которая позволила определить три составляющие эффективного планирования ТП: рациональный транспортный режим, маршрутный план, рациональный логистический перевозчик. Для выбора рационального ТР необходимо выбрать вид транспорта и способ транспортировки, при этом учитывать степень консолидации предприятия; для выбора рационального ЛП предлагается рассмотреть проблему выбора ЛП учитывая характеристики ЛП, требования клиентов и предприятия, а также степень консолидации; для составления маршрутного плана нужно получить информацию о сформированном парке ТС, о плане загрузки ТС, которые могут быть использованы для транспортировки ГП и маршрутную карту. Сформированная маршрутная карта должна содержать информацию о последовательности и расписании посещения клиентов в маршрутах, соотнесение клиентов к ТС, водителей к ТС, ТС к депо, стоимостные и натуральные показатели, при этом необходимо учитывать законодательную базу, внутренние нормативные документы, материальные ресурсы, трудовые ресурсы, условия и ограничения, предъявляемые предприятием и клиентами. Вопросы формирования парка ТС, разработки плана загрузки ТС, степень консолидации предприятия предлагается рассматривать на оперативном уровне планирования (краткосрочное планирование).
Математическое обеспечение СППР при планировании транспортного процесса
В данном разделе были формализованы задачи планирования транспортного процесса при перевозках реагентов.
Предложенная в работе модифицированная модель формирования оптимальных маршрутов была получена во время прохождения стажировки по программе академической мобильности Erasmus Mundus в Рурском университете г. Бохума под руководством профессора Brigitte Werners. В отличие от известной математической модели MDHVRPTW [93] в предлагаемой модифицируемой модели учитываются дополнительные ограничения, такие как, приемлемые затраты на маршруты по платным дорогам, удовлетворительное качество дорог, приемлемый риск ДТП на дорогах и возможный ущерб от ДТП на маршрутах, дорожная ситуация.
Для решения задачи планирования ТП для перевозки ГП разработан метод Transportation_plan, представленный на рисунке 3.1.
Для получения сформированного решения в задаче планирования ТП необходимо решить три подзадачи, применяя следующие алгоритмы: Ch transport, ОРТ Route, Chcarrier.
Алгоритм Ch transport используется для подзадачи Выбора ТР, а именно выбор способа транспортировки и вида транспорта в системе планирования ТП при перевозках реагентов.
Входными данными для алгоритма Ch transport являются iVs = {N1I__INS] способы транспортировки; V/ = {V , ...,Vfi} - значения показателей для сравнения способа транспортировки, где s = 1,...,5, / = 1,..,F; Nt = {Nt NT] -виды транспорта; V\ = {V ,..., V T] - значения показателей для сравнения видов транспорта, где t = 1,..., Г, / = 1,.., L.
Выходными данными является вид ТР, удовлетворяющий требуемым критериям: количество видов транспорта; единый оператор перевозки; оплата перевозки; схема взаимодействия участников ТП; количество договоров; ответственность за груз (обеспечение безопасности груза); количество ответственных лиц; время доставки; стоимость перевозки; надежность соблюдения графика доставки груза; частота отправлений; способность доставить груз в любую точку; возможность выбора логистического партнера; время оформления заявки на транспортировку.
Алгоритм ОРТ Route используется для подзадачи формирования рациональных маршрутов, который базируется на процедурах локального поиска с чередующимися окрестностями [31];
Входные данные: интерактивная карта автомобильных дорог (http://maps.yandex.ru); БД: внутренние данные (списочный парк ТС V = {1,.., к] с различной грузоподъемностью Qv = {Q1,..., Q/JB каждом депо; матрица фиксируемой стоимости использования ТС cfv; набор (пунктов) клиентов Е = [е±,...,eNcust] (спрос на ГП /клиента qib предпочтительное время обслуживания [at, bt], сервисное время обслуживания клиентов sf); информация о депо D = \dlt ...,dN rod\ (вместимость депо Rd, предпочтительное время возвращения в депо maxTVv, время отправления Т ТС v из депо); допустимый уровень риска ДТП на маршрутах Rmax возможный уровень качества дорог Wij («возможный класс дорог на участках маршрута»); допустимая оплата за платные дороги на маршруте Сртах; штрафная стоимость при нарушении времени обслуживания клиентов pt; штрафная стоимость pv для нарушения возвращения времени в депо); cdlst- стоимость пройденной единицы расстояния для любого TCv; стоимость cj пройденной единицы времени для ТС v; внешние данные (координаты клиентов на карте; координаты депо на карте; матрица расстояний между пунктами; время в пути между пунктами t -; матрица платы на участках дорог cpij, матрица типов дорог на участках wtj, матрица КА ДТП на участках дорог pij, ущерб dv от ДТП на участках дорог). Загрузка входных данных, необходимых для решения подзадач планирования транспортного процесса
Общая схема планирования транспортного процесса перевозки ГП Выходными данными является набор rcost = [r±t гь ...,г7] рациональных маршрутов транспортировки готовой продукции автомобильным транспортом Метод Chcarrier используется для подзадачи Выбора ЛП, который базируется на методе замещений и предпочтений Кини - Райфа [30,43]. Входные данные:Р - количество перевозчиков; К — количество критериев оценки перевозчиков; Zp - значения по каждому критерию к для каждого ЛП р, где к = 1,...,К,р = 1,...,Р. Выходные данные: ЛП, удовлетворяющий требуемым критериям.
В основу метода выбора транспортного режима (Ch transport) положен метод Саати (рис. 3.2). Метод обеспечивает выбор способа транспортировки и вида транспорта. При этом выбор должен удовлетворять критерию наилучшей интегральной оценки.
Для оценки однородности суждений эксперта необходимо использовать отклонение величины максимального собственного значения Хтах от порядка матрицы п.
Однородность суждений оценивается индексом однородности ИО [ или отношением однородности ОО [57,43]: ИО = (Аллах — п)/(п — 1),00 = ИО/М(ИО), где М(ИО) - среднее значение (математическое ожидание) индекса однородности случайным образом составленной матрицы парных сравнений, которое основано на экспериментальных данных.
В качестве допустимого значения используется значение ОО не более 0,1. Если для матрицы парных сравнений отношение однородности ОО больше 0,1, то это свидетельствует о существенном нарушении логичности суждений эксперта. Поэтому эксперту предлагается пересмотреть данные, использованные для построения матрицы. Оценка однородности производится для всех матриц парных сравнений [57,43].
Шаг 4. Расчет интегральных оценок для альтернатив.
Интегральная оценка альтернативы определяется как взвешенная сумма оценочных значений подцелей второго уровня, которые в свою очередь вычисляются как взвешенные суммы значений критериев. После получения рейтинга ТР, ЛПР определяет наилучшую альтернативу.
При оценивание ТР несколькими экспертами необходимо проверить согласованность мнений экспертов, для этого в работе предлагается использовать коэффициент конкордации. Значение коэффициента находится в диапазоне от 0 до 1. Если значение коэффициента близко к нулю, считается, что мнения экспертов не согласованны, если близко к 1, то оценки экспертов полностью согласованны.
Для формирования рациональных маршрутов используется метод ОРТ Route. Основная идея данного метода заключается в следующем: вначале в процессе кластеризации все клиенты с учетом дистанции между депо и клиентами относятся к определенному кластеру; в каждом кластере с использованием процедур локального поиска с чередующимися окрестностями находится набор рациональных маршрутов, учитывающий вышеописанные условия и ограничения (глава 3, раздел 3.1); последним этапом методики является нахождение показателей (расход бензина, пробег ТС) для найденных маршрутов (рисунок 3.4).
Анализ результатов численного эксперимента для задачи маршрутизации транспорта с временными окнами на тестовых примерах с известными наилучшими решениями
В качестве подцелей выделяются: выбор способа транспортировки и выбор вида транспорта. Критериями выбора способа транспортировки являются: количество видов транспорта (Vs1) , количество операторов перевозки (Vs2); оплата перевозки (Vs3); схема взаимодействия участников ТП (Vs4); количество договоров (Vs5); ответственность за груз (Vs6); количество ответственных лиц (Vs7). Критериями выбора вида транспорта являются: время оформления заявки на транспортировку (V1) , время доставки (V2); частота отправлений (V3); способность доставить груз в любую точку (V4); надежность соблюдения графика доставки груза (Vf); стоимость перевозки (Vt ) , возможность выбора логистического перевозчика (V7).
После того, как была сформирована иерархия выбора транспортного режима перейдем к следующему шагу, а именно, экспертному оцениванию альтернатив, критериев и подцелей, а также получение весовых коэффициентов. Шаг 2. Получение оценок альтернатив (ТР), весовых коэффициентов критериев и подцелей для всех уровней иерархии
Уним од альныйспособтранспортировки -автомобильный видтранспорта Унимодальныйспособтранспортировки -ж д вид транспорта Смешанныйспособтранспортировки(ав том обильный вид транспортами) Ком биниров энныйспособтранспортировки -(автомобильный видтранспорта- ж;д)
Количество ЕНДОЕ транспорта один один два несколько Единый оператор перевозки + + Оплата перевозки по конкретному тарифу по конкретному тарифу по несколькимотдельнымтарифам по нескольким отдельным тарифам Схема взаимодействия участников ТП последовательная последовательная последовательная последовательная Количество договоров один один несколько несколько Ответственность за груз высокая высокая низкая низкая Ответственное лицо перевозчик перевозчик два перевозчика несколько перевозчиков Время оформления заявки на транспортировку регулируется предприятием зависит от.логистических партнеров зависит от.логистических партнеров зависит отлогистических партнеров
Нормированное значение полученных оценок альтернатив по критерию - Количество видов транспорта После аналогичного оценивания подцелей экспертом, полученные значения нормируются. Таким образом, получены нормированные оценки альтернатив по каждому критерию, критериев и подцелей. Следующими шагами являются проверка однородности суждений. Шаг 3. Оценка однородности суждений эксперта.
Для данной задачи отношение однородности для всех матриц парных сравнений не превышает допустимого значения 0, 1, что свидетельствует о логичности суждений эксперта. Далее необходимо рассчитать интегральные оценки альтернатив и выделить наилучшую. Шаг 4. Расчет интегральных оценок для альтернатив.
Интегральные оценки рассчитываются по методике, описанной в разделе 3.2 главы 3. Интегральная оценка альтернативы определяется как взвешенная сумма значений подцелей второго уровня (рис. 4.24), которые в свою очередь вычисляются как взвешенные суммы значений критериев третьего уровня (рис. 4.25).
Обобщенные интегральные оценки альтернатив Наилучшей альтернативой в полученном рейтинге выбора транспортного режима является унимодальный способ транспортировки и автомобильный вид транспорта. Таким образом, рекомендуется использовать унимодальный способ транспортировки и доставлять готовую продукцию клиентам автомобильным видом транспорта.
Найти оптимальный маршрут транспортировки ГП Так как на предыдущем этапе был выбран автомобильный вид транспорта, предприятию необходимо оптимизировать доставку готовой продукции. Для этого будем использовать программную реализацию "Система поддержки принятия решений при управлении транспортировкой готовой продукции предприятия".
Для получения информации о расстоянии и времени в пути с учетом пробок и без учета пробок между клиентами, депо и клиентами используются Яндекс. Карты. Риск на дорогах и стоимость использования платных дорог рассчитываются по формулам, описанным в разделе 3.3. главы 3. Для решения данной задачи сначала рассмотрим Процедуру Кластеризации. В результате чего получено три кластера, которые состоят из следующих множеств клиентов:
В случае если при выборе транспортного режима (1 этап) было бы рекомендовано использовать одну из следующих альтернатив: унимодальный способ транспортировки и ж/д вид транспорта; смешанный способ транспортировки и (автомобильный вид транспорта и ж/д); комбинированный способ транспортировки и (автомобильный вид транспорта и ж/д); интермодальный способ транспортировки и (автомобильный вид транспорта и ж/д); мультимодальный способ транспортировки и (автомобильный вид транспорта и ж/д), то для выбора наилучшего логистического перевозчика предлагается использовать метод замещений и предпочтений Кини - Райфа (глава 2, пункт 2.3). На рисунке 3.13 (глава 3, раздел 3.4) представлен фрагмент решения задачи выбора логистического перевозчика. Результатом оценивания двадцати ЛП с различными показателями по выбранным критериям был выбран перевозчик № 20, согласно итоговому ранжированию.