Споживання ресурсів в процесі транспортної роботи

Тема 4. Споживання ресурсів в процесі транспортної роботи.

Основні питання лекції:

1. Методологічні аспекти побудови моделей витрат ресурсів при експлуатації міського електротранспорту

2. Перетворення попиту на транспортні послуги до транспортної роботи та споживання ресурсів.

Основний зміст лекції:

1. Методологічні аспекти побудови моделей витрат ресурсів при експлуатації міського електротранспорту

Експлуатація міського електричного транспорту є процесом перетворення попиту на транспортні послуги до пасажирських перевезень і може розглядатися як функціонування технологічної системи та як системи споживання ресурсів на транспортну роботу. Цьому процесу відповідає функціонування трьох підсистем: управління експлуатацією, комерційної та технічної експлуатації з їх визначеними задачами. Відповідно до цих задач розглядаються методи моделювання процесів ресурсовикористання, розробки системної моделі функціонування, моделей процесів і даних на міському електротранспорті, реалізація яких повинна забезпечити необхідний рівень ресурсозбереження у реальному середовищі функціонування [127]. Задачі моделювання вирішуються на трьох рівнях відповідно до ієрархічної структури, яку представлено на рис. 2.1.

Обсяги споживання ресурсів визначаються на першому рівні при організації процесу пасажирських перевезень, де, в залежності від попиту на транспортні послуги за часом та в просторі, формується розклад руху. Тому можна вважати, що розклад руху є основним документом, який дає можливість не тільки встановити певний обсяг відповідних ресурсів для пасажирських перевезень, а і визначити обсяги їх фактичного споживання по виконаній транспортній роботі.

Рис. 2.1. Ієрархічна структура задачі з моделювання ресурсовокористання

при експлуатації міського електротранспорту

Безпосереднє споживання усіх видів ресурсів відбувається на другому рівні в процесі перевезень пасажирів, що включає переміщення пасажирів, збір виручки, технічне обслуговування та ремонт технічних засобів. На цьому рівні формуються моделі ресурсозабезпечення та стратегія ресурсозаощаджуючої експлуатації.

На третьому рівні (див. рис. 2.1) формується структура ресурсів, вирішуються питання матеріально – технічного, енергетичного, кадрового, інформаційного та фінансового забезпечення експлуатації міського електротранспорту. Наведена ієрархічна структура задачі моделювання ресурсовикористання дає можливість також визначити принципи моніторингу ресурсоспоживання.

Розглянемо експлуатацію міського електричного транспорту як процес перетворення попиту на транспортні послуги до пасажирських перевезень.

З точки зору теорії систем міський електричний транспорт в тій його частині, що стосується його функціонування, можна розглядати як сукупність пунктів, де відбувається обмін пасажирів.

Таким чином, процес експлуатації відбувається на подвійній мережі, тобто на мережі із зв’язками, де рух відбувається в різні сторони. Пересування рухомих одиниць по елементах мережі – зв’язкам з довжинами L_j між суміжними пунктами (зупинками) при русі туди і назад відбувається за час t_j, тобто з середньоходовою швидкістю , а по кількох суміжних перегонах (ділянках) – з, так званою, швидкістю сполучення

(2.1)

де V_cn.L – швидкість сполучення, L_M - протяжність маршруту, L_j - протяжність перегону (відстань між зупинками), - час стоянки на зупинках, t_j - час проїзду між зупинками, j – номер перегону

Кількість пасажирів, що прибувають ззовні на зупинки залежить від попиту на транспортні послуги і постійно змінюється як протягом доби, так і днів тижня, місяця, року. Відповідно до потреби в послугах, що є функцією часу, підприємства МЕТ повинні забезпечити на маршрутах потрібну кількість рухомого складу з заданою кількістю пасажироміст.

Моделювання процесу перетворення попиту до транспортної роботи і витрат ресурсів представлено в п. 2.

Якщо розглянути рух по відтинках транспортної мережі безвідносно до інтенсивності надходжень пасажирів на зупинки, тобто вважати рух реалізацією заздалегідь сформованого плану подачі певних кількостей одиниць та їх відправлення до депо, виникає можливість представлення міського електротранспорту на іншому рівні – як технологічну систему, що повинна забезпечити проходження рухомих одиниць по відтинках транспортної мережі по заданих графіках при дії збурень. Збурення можуть бути викликані затримками одиниць на зупинках, або ззовні, під час руху – світлофори, пішоходи, інші учасники дорожнього руху, тощо. Критерієм ефективності цієї системи як технологічної є мінімум відхилень фактичних інтервалів руху по відтинках транспортної мережі рухомих одиниць, що належать до k = 1, 2, ..., маршрутів, від планових

(2.2)

Якщо ж розглядати роботу технологічної системи електротранспорту у межах припустимих відхилень, тобто за умови дотримання критерію стійкості, процес експлуатації міського електротранспорту може бути представлений системою перетворення ресурсів на транспортну роботу. Зокрема, на рух витрачається певна кількість електроенергії, тобто при наявності на мережі n рухомих одиниць, кожний з яких споживає питому (на одиницю часу) потужність Р_е, загальне споживання енергії виглядає як

. (2.3)

Аналогічним чином може бути представлено споживання матеріалів, запчастин, використання робочої сили тощо.

Очевидно, що критерієм досконалості такого представлення системи є досягнення мінімуму витрат τ-го виду при максимізації обсягу пасажирських перевезень: ;

Як зазначалося вище, експлуатація міського електротранспорту може бути представлена наступною сукупністю: як процес перетворення попиту на транспортні послуги до пасажирських перевезень, як технологічна система та як система споживання ресурсів на транспортну роботу, тому її стан S(t) в цілому можна відобразити вкладеними один в одне відповідними просторами D₁ < D₂ < D₃. Графічно це показано на рис. 2.2.

Q Δt n

Рис. 2.2. Графічне представлення стану експлуатації

Спільною основою для всіх представлень є відображення транспортної мережі – табличне, графічне, аналітичне, і т. п. З усіх можливих відображень найбільш ефективним слід визнати графічне з можливістю корекції та анімації. Таким чином, при будь якому представленні експлуатації міського електротранспорту графічне відображення транспортної мережі є основною, на яку можна накладати:

• пасажиропотоки по відтинках та на маршрутах;

• швидкості сполучення по відтинках та на маршрутах;

• кількості перевезених пасажирів за певний час по відтинках та на маршрутах;

• питомі (на одиницю довжини) витрати різних видів (матеріалів, людино-годин, втрат ресурсу, електроенергії) по годинах доби або інтегральні;

• струмозавантаження ділянок і відповідних джерел живлення.

Наявність графічного відображення дозволяє наглядно представляти результати вирішення задач експлуатації і в першу чергу - диспетчерських.

Як було зазначено вище, розв’язання задач проблеми ресурсозбереження при експлуатації міського електротранспорту полягає у виконанні попередньо визначених проектів. В процесі реалізації проектів, внаслідок відхилень перебігу виконаних дій від запланованих на всіх етапах, постає проблема прийняття оптимальних рішень. Математично це означає визначення множини припустимих рішень S^Р з усіх можливих рішень S^Р_j, які задовольняють накладеним обмеженням Р^w,а також обмеженням на витрату ресурсів Â та тривалість реалізації рішення, з наступним упорядкуванням отриманої множини відповідно до сформульованої стратегії управління:

(2.4)

де S^P_{опт .}Í S^P – підмножина оптимальних рішень, що входить до множини припустимих рішень; індекс “обм.” означає наявність відповідного обмеження.

Слід зауважити, що пошук оптимального рішення можливий тільки при виконання таких вимог:

• множина припустимих рішень є не порожньою, а множина невстановлених ситуацій – навпаки, порожньою;

• при появі невстановленої ситуації пошук оптимального рішення забороняється.

В управлінні проектами більшість задач підтримки прийняття рішень, на що вже наголошувалося, необхідно розв’язувати за умов багатокритеріальності, неповноти (відсутності) кількісної інформації тощо.

Основним джерелом інформації є люди (суб’єкти прийняття рішень, експерти, консалтингові установи). Як правило, їм зручніше подавати необхідну інформацію в неформалізованому вигляді на вербальному рівні.

В спеціальній літературі [128, 129, 130 - 138] зазначається, зокрема, що при прийнятті рішень, які пов’язані з ризиком доцільно використовувати ряд класів математичних методів та моделей: стохастичне програмування, теорію ігор, теорію нечітких (розпливчастих) множин тощо.

Для прийняття рішень з ресурсозбереження на МЕТ розглянемо ряд основних методів.

При невизначеності цілей рекомендується використовувати [129]:

1) лінійну згортку, 2) контрольні показники, 3) метрики в просторі цільових функцій, 4) компроміси Парето, 5) множини Парето.

Класичні критерії (принципи) прийняття управлінських рішень за умов ризику та / або невизначеності: максимінний критерій (критерій Вальда, песимістичний), максимаксний („оптимістичний критерій”), критерій Гурвіца (критерій песимізму - оптимізму), критерій Лапласа, критерій Байєса – Лапласа, критерій Ходжена – Лемана.

Для вирішення питань ресурсозбереження на МЕТ доцільно використовувати розпливчастий метод аналізу ієрархій (РМАІ) [128]. Він є теоретичним розширенням та узагальненням запропонованого Т.Л.Сааті методу АНР (Analytie Hierarchy Process) [135], який часто називають методом аналізу ієрархій (МАІ), що враховує вербальний характер інформації та широкі можливості щодо застосування понятійного й математичного апарату теорії розпливчастих множин.

2. Розробка математичної моделі перетворення попиту на транспортні послуги у транспортну роботу та витрати ресурсів

З точки зору технології, як належно організованої послідовності процесів, просторові та часові функції формування попиту на пасажирські перевезення, що визначаються містобудівними, економічними та соціальними показниками міста, є незалежними від транспортних підприємств і визначають кількісні та якісні показники транспортної роботи рухомого складу [60, 61, 70, 85, 168 - 170].

У загальному вигляді експлуатація міського електротранспорту, може бути представлена моделлю:

_(3.1)

де К_Я - сножина показників якості рухомих одиниць; W_Р - множина показників опору рухові вздовж траси; S_Т - множина причин змін режимів вздовж траси; Q_Е - множина показників перевізного процесу вздовж траси (середні дальності поїздок, швидкості сполучення); E_Е - множина показників економічних обмежень (готовність парку, час на перерви, втрати від відмов тощо); U_ТЕ, P_ТЕ – підмножини структури та параметрів тягового електроприводу; U_ПС, P_ПС – підмножини структури та показників планування кузову і пасажирського салону.

Перетворення попиту на транспортні послуги до транспортної роботи та витрат ресурсів і отримання доходів можна представити схемою, яку показано на рис. 3.1 з перерахованими нижче складовими процесу перетворення попиту на транспортні послуги до витрат ресурсів.

Рис. 3.1. Схема перетворення попиту на транспортні послуги

до транспортної роботи та витрат ресурсів і отримання доходів

Інакше кажучи, експлуатація вважається досконалою, якщо перевезення здійснюється рухомими одиницями, що за своїми планувальними характеристиками забезпечують високу комфортність поїздок, а за структурою та показниками тягового приводу - найменшу енерговитратність, траси руху та їх облаштування забезпечують найвищу швидкість сполучення і не викликають зайвих витрат енергії тощо.

C кладові процесу моделювання перетворенні попиту на транспортні послуги до витрат ресурсів описуються наступним чином:

- К₁ – коєфіцієнт рівня організації подачі рухомих одиниць N;

J – обсяг транспортної роботи;

- К₂ –коефіцієнт використання місткості;

П – кількість перевезених пасажирів;

- К₃ = L_C – середня довжина поїздки;

Д – доходи від перевезень пасажирів;

- К₄ –коефіцієнт зв’язку між організацією

подачі одиниць та часом їх роботи;

- К₅ – питома механічна робота;

А – обсяг механічної роботи;

- η – ккд електромеханічного перетворення енергії;

Q_е – витрати електричної енергії;

- К₆ – коефіцієнт впливу умов експлуатації на темп деградації технічних засобів;

Р- закономірність зменшення ресурсу;

- К₇ – коефіцієнт зв’язку між темпом

зменшення ресурсу та вибуттям по несправності.

Однак сформулювати критерій досконалості експлуатації на підставі лише оптимального задоволення вимог споживачів можливо лише при нехтуванні ресурсними обмеженнями, чого насправді не буває.

Тому необхідно сформулювати інший підхід щодо досконалості експлуатації, виходячи з мінімуму спожитих на здійснення заданого обсягу пасажирських перевезень ресурсів при максимумі отриманих доходів.

Набір показників, що визначав би цей підхід, природно розділяється на три групи показників: 1) що визначають енергетичну досконалість рухомих одиниць, 2) показники організації експлуатації, якими можна оцінити відповідність транспортної роботи попитові на транспортні послуги, та 3) показники технологічних процесів, що визначають обсяги експлуатаційних витрат.

У такій постановці задача має коректні розв’язання як по окремих складових, так і по всьому процесу експлуатації – на сьогодні виконано багато досліджень з оптимізації показників конструкції технічних засобів, розробки прийомів оптимальної організації експлуатації, створення оптимальних систем технічної експлуатації. Але як у цих дослідженнях, так і в практиці планування діяльності підприємств міського електротранспорту завжди виходять, навіть без спеціальних нагадувань, з принципу усталеності балансу взаємодій складових, що розглядаються. Інакше кажучи, досі не враховувалися ситуації, коли видатки на експлуатацію, навіть оптимізовані, не перекриваються відповідними надходженнями, коли втрата технічного ресурсу основних фондів не може бути компенсована амортизаційними відрахуваннями тощо. Тому розглянута модель перетворення попиту на транспортні послуги до транспортної роботи та витрат ресурсів не є всеохоплюючою і таким чином є складовою частиною більш загальної моделі.

ЛЕКЦІЯ 5.