автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Моделирование детерминированно-стохастических процессов грузоперевозок с целью оптимизации структуры автомобильного парка предприятий

/у

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ Тверской государственный технический университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ даЕРМИНИРОВАННО-СТОХАСТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГРУЗОПЕРЕВОЗОК С ЦЕЛЬЮ ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ПАРКА ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.13.16 - Применение вычислительной

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного

транспорта

Д и ссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

РЕКОШЕВ В.С.

техники, математического моделирования и математи ческих методов в научных исследованиях (в отрасли технических наук)

Научный руководитель -доктор технических наук,

профессор КШОШИН Ю.Ф.

Тверь, 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.......................4

¡.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.....10

1.1. Существующие методы определения структуры автомобильного парка ...... ........ 10

1.2. Существующие методы оценки неравномерности перевозочных процессов .......... ... 17

1.3. Основные направления исследования ....... 20

2. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕВОЗОК

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ГРУЗОВ.............24

2.1. Исследование неравномерности с использованием гармонического анализа .............31

2.2. Статистический анализ остаточных рядов после ввделекия детерминированных составляющих процессов...................38

3. ПОСТРОЕНИЕ СТОХАСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ

ПЕРЕВОЗОК СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ГРУЗОВ........60

3.1. Основные положения выбранного метода идентификации, подгонки и проверки моделей временных рядов...................60

3.2. Построение стохастических моделей процессов грузоперевозок ................. 63

3.3. Моделирование средненедельных объемов грузоперевозок. Структура алгоритма, моделирующего процесс грузоперевозок ..... ........ 81

4. ОПТИШЗАЦЙЯ СТРУКТУРЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ПАРКА

ПРЕДПРИЯТИЙ ....................87

4.1. Определение экономик©-математической модели и основные шложения метода решения целевой функции.....................90

4.2. Оптимизация структуры автомобильного парка транспортных подразделений хозяйств ....... 97

4.3. Оптимизация структуры автомобильного парка автотранспортных предприятий ......... 115

4.4. Оптимизация структуры автомобильного парка автотранспортных предприятий Вышневолоцкого, Кимрского, Андреапольского и Западнодвинс-

кого районов Тверской области.........123

4.5. Исследования влияния неравномерности перевозок на структуру автомобильного парка предприятия с использованием имитационного моделирования ................ 135

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................... 143

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................. 146

ПРИЛОЖЕНИЯ..................... 160

ВВЕДЕНИЕ

Автомобильный транспорт является основным видом транспорта, осуществляющим производственно-технологические связи при выполнении внутри- и межотраслевых производственных процессов и оказывает непосредственное влияние на ход этих процессов.

Автомобильный транспорт влияет не только на ускорение производственного цикла, но и на себестоимость продукции и производительность труда в любой отрасли материального производства.

Повышение эффективности и качества работы автомобильного транспорта требует широкого использования достижений научно-технического прогресса, внедрения передовых и изыскания новых, более прогрессивных форм и методов планирования, организации транспортного процесса, систем управления перевозками.

Основным резервом повышения эффективности развития и функционирования автомобильного транспорта на современном этапе является совершенствование методов планирования и систем управления на базе экономико-математических методов и электронно-вычислительных машин.

Одним из основных направлений повышения эффективности и качества работы автомобильного транспорта является совершенствование структуры автопарка предприятий, что создает объективные предпосылки для реализации мероприятий по улучшению организации и технологии перевозок, внедрению новой техники и прогрессивных технологий.

Вопросы совершенствования структуры парка, определение оптимального его состава и численности являются самостоятельной и в то же время достаточно сложной проблемой. Это вызвано целым рядом объективных факторов, к числу которых можно отнести многооб-

разие требований обслуживаемой клиентуры, неравномерность перевозок различных видов грузов в течение года, партионноеть отправок, конкретность условий перевозок и т.д.

В настоящее время имеются довольно многочисленные разработки по оптимизации структуры автомобильного парка на разных уровнях управления (регион, отрасль, предприятие). Однако научные проблемы, связанные с обоснованием структуры автопарка, остались и значительно усложнились в связи с коренными изменениями в экономике страны.

Наряду с множеством факторов, влияющих на структуру автопарка, особое место занимает неравномерность перевозок во времени, которая повышает потребность в технических средствах, ухудшает показатели его работы, что, в свою очередь, влияет на уровень транспортных издержек и себестоимость сельскохозяйственной и промышленной продукции.

В настоящее время предприятия стремятся избавиться от излишних транспортных средств, установить рациональный состав собственного автопарка, при этом учитывая возможность привлечения по мере необходимости требуемого подвижного состава со стороны (чего не наблюдалось в предыдущие годы).

Основной причиной, порождающей неравномерность перевозок, является наличие неравномерности производства и потребления, которая связана с технологическими, климатическими и другими подобного рода факторами.

Особенно остро данный вопрос стоит в таких отраслях как сельское хозяйство и добывающая промышленность.

Значение автомобильного парка в обслуживании сельскохозяйственного производства определяется удельным весом затрат на его эксплуатацию, количеством наименований и видов перевозимых гру-

зов, объемом перевозок и грузооборотом. В общей сумме затрат на механизацию сельскохозяйственного производства затраты на транспортные и погрузочно-разгрузочные работы составляют 40-60% /22, 116/. Номенклатура сельскохозяйственных грузов составляет около 170 наименований и из них около 50 - продукция земледелия и животноводства.

Основная задача транспортных подразделений сельскохозяйственных предприятий (хозяйств) - выполнение транспортных операций технологических процессов в растениеводстве, животноводстве, подсобных отраслях сельскохозяйственного производства и других внутрихозяйственных перевозок. Кроме того, автомобильный транспорт хозяйств осуществляет, наряду с транспортом предприятий перерабатывающих отраслей и автотранспортом общего пользования, внехозяйственные перевозки.

Характерной особенностью сельскохозяйственных перевозок является отчетливо выраженная сезонность, обуславливающая неравномерность загрузки подвижного состава в течение года. Кроме ряда объективных причин возникновения неравномерности, к которым, в первую очередь, необходимо отнести сезонность сельскохозяйственного производства, присутствуют причины, имеющие случайный характер. К этой группе причин относятся погодные и дорожные условия, неравномерность материально-технического снабжения и реализации сельскохозяйственной продукции, повторность перевозок и т.д.

Таким образом, процесс перевозок сельскохозяйственных грузов является нестационарным по величине и во времени. Колебания интенсивности перевозок во времени включают в себя детерминированные и случайные составляющие.

Для анализа влияния неравномерности перевозок на работу и развитие транспорта, а также для формирования ряда возникающих

при этом задач, неравномерность классифицируют по продолжительности периода на часовую, суточную, месячную, квартальную и сезонную.

В настоящее время нет единой методики по учету неравномерности перевозок грузов автомобильным транспортом.

В связи с этим, целью данной работы является разработка методики моделирования объемов грузоперевозок и оптимизации структуры автомобильного парка предприятий в условиях нестационарности транспортно-технологического процесса.

При написании диссертации использовались материалы (бухгалтерская отчетность, технологические карты, оперативная отчетность и др.) 190 сельскохозяйственных предприятий 36 районов Тверской области, областного комитета государственной статистики, районных управлений сельского хозяйства и предприятий перерабатывающих отраслей.

Основными методами исследования в работе явились: -методы статистического анализа данных для выявления характеристик процессов перевозки сельскохозяйственных грузов;

- теория случайных процессов и методы их моделирования при формализации процессов грузоперевозок;

- экономико-математическое моделирование и программирование при решении задачи оптимизации;

- имитационное моделирование сложных систем при установлении закономерностей влияния неравномерности перевозок на структуру автомобильного парка.

Обработка статистических материалов, выявление закономерностей процессов перевозок сельскохозяйственных грузов, имитационные эксперименты проведены на ЭВМ, функционирующих в системах DOS и Wmdow,s . Программы для ЭВМ разработаны на языках Фэртран и

Турбо-Паскаль.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературных источников и приложений.

В первом разделе проводится анализ работ по обоснованию структуры автомобильного парка сельскохозяйственных предприятий, изучению неравномерности перевозок и ее влияния на работу транспорта. На основе достигнутых в этих исследованиях результатов сформулирована цель исследования и определены задачи диссертационной работы.

Во втором разделе проводится статистический анализ с целью выбора формы представления процесса перевозок сельскохозяйственных грузов.

В третьем разделе разрабатываются математические модели процессов грузоперевозок и планирования средненедельных объемов перевозок сельскохозяйственных грузов.

В четвертом разделе устанавливается экономико-математическая модель, разрабатываются алгоритмы и программы оптимизации структуры автомобильного парка сельскохозяйственных предприятий. На основе имитационных экспериментов на ЭВМ проведены исследования влияния неравномерности перевозок на структуру автомобильного парка сельскохозяйственных предприятий.

Научная новизна работы состоит в

- разработке математических моделей планирования объемов пе-

ревозок сельскохозяйственных грузов с учетом неравномерности по периодам года;

- установлении критерия оптимизации структуры автомобильного парка, учитывающего условия эксплуатации подвижного состава при перевозке сельскохозяйственных грузов, включая нестационарность транспортно-технологических процессов;

- разработке экономико-математической модели, позволяющей при оптимизации структуры автопарка хозяйств учитывать неравномерность перевозок и необходимость привлечения автотранспортных средств других предприятий;

- разработке алгоритмов и комплекса программ моделирования нестационарных процессов перевозок сельскохозяйственных грузов и оптимизации структуры автомобильного парка предприятий.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Существующие методы определения структуры автомобильного парка

В современных условиях, характеризующихся коренными изменениями в экономическом механизме хозяйствования, важнейшей задачей в развитии и реконструкции системы транспортного обслуживания сельскохозяйственных предприятий является обоснование рациональной структуры парка подвижного состава.

Существует несколько методов определения экономической эффективности применения транспортных средств и на их основе установления оптимальной структуры транспортного парка.

Вопросы планирования работы и оптимизации структуры автомобильного парка в сельском хозяйстве разрабатывали Н.А.Боровик /6/, Ю.В.Бутузов /9/, В.А.Гоберман /22,23/, В.А.Зязев /28,29/, Н.А.Коптева /51/, В.М.Котелянец /54/, Н.Н.Курбанов /5б/,Ю.М.Ма-рунченко /64/, В.Я.Молоков /71/, И.П.Ребрин /89/, С.Д.Сметнев /106/, В.Г.Хабибулин /114/, В.А.Эм /130/ и др.

При выборе транспортных средств наиболее распространенным методом является сопоставление критериев эффективности (себестоимость перевозок, приведенные затраты). Расчет этих показателей и обоснование структуры автопарка производится по каддому виду перевозок. Этот метод широко используется в транспортных подразделениях промышленности, строительства и сельском хозяйстве. Однако, как отмечено в работе /9/, при определении оптимальной структуры транспортного парка в сельскохозяйственном предприятии, эти методы в предложенных вариантах не приемлемы.

Как отмечается в целом ряде работ /9,23,29,40,51,52,56,64,70, 78,102,114,130/ перевозки грузов в сельском хозяйстве в значи-

тельной степени отличаются от перевозок в промышленности и в первую очередь это различие объясняется резкими колебаниями объемов и номенклатуры перевозимых'грузов для сельскохозяйственных предприятий в течение года. Таким образом, для выполнения грузоперевозок, предприятиям требуется в отдельные периоды года различный по количественному и марочному составу парк автомобилей, что обуславливает неравномерность их загрузки.

"В условиях неоднородности и неравномерности перевозок определение структуры парка, исходя из области эффективного применения того или иного транспортного средства на том или ином виде перевозок не представляется возможным, так как в различные периоды года необходимо будет иметь различную структуру подвижного состава. Между тем в сельскохозяйственном предприятии должна быть стабильная по марочному составу структура транспортных средств" /9/.

В работе Ю.М.Марунченко /64/ отмечается, что ИС одной стороны, если расчет вести, исходя из потребности сельского хозяйства в перевозках по пиковому периоду (как это предлагает В.Й.Котеля-нец), то в остальные восемь месяцев не исключается возможность простоя транспортных средств. С другой стороны, потребность, определяемая по среднегодовым объемам перевозок требует дополнительного привлечения на уборку урожая большого количества автотранспорта из промышленности". Далее автором предлагается два варианта расчета: на основе среднемесячной "пиковой потребности в перевозках (т.е. 15% годовых перевозок)" или на основе потребности в "непиковый период (т.е. 5-6% годового грузооборота)".Однако такой расчет - не выход из положения, тем более, что необходимо еще и определить пиковый период как для внутрихозяйственных, так и внехозяйетвенных перевозок различных видов грузов.

Данная работа представляет интерес в отношении определения объемов грузоперевозок и грузооборота, необходимых для выполнения оптимальной структуры автомобильного парка.

В настоящее время существует целый ряд работ по оптимизации транспортного парка в сельском хозяйстве с применением методов линейного и нелинейного программирования с использованием ЭВМ /51,52,69,89/.

Все существующие экономико-математические модели отличаются друг от друга в основном критериями оптимальности, методами решения.

В работе И.П.Ребрина /89/ в качестве модели оптимизации транспортного парка предложена экономико-математическая модель, основанная на градиентном методе выпуклого программирования. Автором совершенно правильно отмечается, что для определения количественного и качественного состава транспортного парка, который бы наилучшим образом соответствовал условиям эксплуатации, необходимо правильное перспективное планирование объемов и сроков перевозок различных грузов, дорожных условий максимально приб-* лижаясь к фактическим условиям производственной деятельности обслуживаемых предприятий. Однако, в предложенной методике расчета оптимального парка транспортных средств определение объемов перевозок по периодам года имеет целый ряд недостатков. Очень трудоемким процессом является определение сроков перевозок, т.к. здесь для каждого конкретного случая приходится пользоваться технологическими картами и путевыми листами, тогда как объемы грузоперевозок в работе определяются по установленным математическим моделям. Если сроки перевозок сельскохозяйственной продукции можно установить достаточно точно по перспективным технологическим картам возделывания культур, то установление сроков

перевозки прочих грузов представляет значительные трудности. К тому же существует неравномерность и внутри установленных сроков перевозок, которая также должна учитываться при определении необходимого количества транспортных средств.

Значительный интерес представляют работы Ю.В.Кутузова и В.А. Гобермана /9,23/. Так, в работе /9/ установление потребности в подвижном составе осуществляется следующим образом: устанавливаются х�