Практико-ориентированные кейсы. Учебное пособие

транспортом. Для внедрения таких технологий не требуется кардинально менять конструкцию автомобиля. Инженеры сосредоточены на «умной начинке» управления автомобилем и проблемой взаимодействия беспилотника с другими участниками дорожного движения. До широкого применения перевозки людей автомобилями или автобусами без водителя пока далеко, т.к. необходимо обеспечить серьезную безопасность. А вот грузоперевозки вполне реально перевести на беспилотные машины. Сейчас, в определенных ограниченных локациях, это уже делается. Например, проводятся испытания на закрытых территориях крупных складских моллов.

Если встроить беспилотный грузовик в поток движения городского транспорта на определенном отрезке пути от склада до строительной площадки, можно заметно уменьшить сроки и стоимость строительства. И созданием беспилотных небольших грузовиков уже занимаются разработчики. На данном этапе внедрения этих решений необходимы оригинальные и недорогие приемы встраивания беспилотных участников движения в городскую инфраструктуру.

Справочные материалы:

Компании BMW, Honda, Volkswagen, Tesla и GM разрабатывают беспилотные автомобили совместно с Mobileye – эта версия автопилота использует мобильный интернет и сенсоры, которые уже установлены на многих автомобилях. Mobileye разрабатывает системы безопасности для предотвращения столкновений. В то время как с легковыми автомобилями работают множество автопроизводителей, грузовыми машинами занимаются единицы.

Вопросы и задания к кейсу

1.Проанализировать существующие технологии автопилота для беспилотного транспорта и опыт по выстраиванию инфраструктуры под такой вид транспорта.

2.Разработать инфраструктуру для внедрения беспилотного грузового автомобильного транспорта в городскую среду.

При работе с кейсом необходимо учитывать следующие требования: 1) автомобиль для малотоннажных грузов – автомобили типа

«ГАЗЕЛЬ»;

41

2)изменения инфраструктуры не носят глобальный характер и не требуют чрезмерно больших финансовых вложений;

3)автомобилю требуется заправка и соответствующая инфраструктура для этого;

4)изучите опыт уже существующих технологий автопилота для беспилотного транспорта, а также опыт по созданию инфраструктуры под такой вид транспорта;

5)уточните изменения, которые необходимо внести в дороги для свободного движения по ним беспилотного грузового транспорта (разметка, светофоры, пешеходные переходы, изменения правил дорожного движения и т.д.);

6)укажите, какими должны быть парковки для беспилотного грузового транспорта и где они должны находиться;

7)проанализируйте, с какими проблемами может столкнуться компания при использовании беспилотного грузового транспорта в условиях сложных климатических условий России.

Кейс «Решение проблемы автоматизированной диспетчеризации (беспилотного) общественного транспорта»

Кейс разработан по материалам [31].

В условиях большого города с загруженными дорогами наземный общественный транспорт в том виде, в котором он сейчас существует, не в состоянии обеспечить равномерность движения: автобусы сбиваются в группы, из-за чего пассажиры сначала очень долго ждут, а потом происходит скопление пустых автобусов. Это приводит к тому, что люди теряют доверие к наземному транспорту и не полагаются на него при планировании своих маршрутов, предпочитая другие виды транспорта, в т.ч. автомобиль, тем самым осложняя дорожную ситуацию и понижая доходы компании-перевозчика.

Проблема актуальна и поныне, и имеет аналог в зарубежной литературе как «flexible dynamic scheduling» («гибкое динамическое планирование»).

42

К разработке предлагается кейс, посвященный оптимизации движения общественного транспорта в условиях загруженных дорог и высокого спроса (пассажиропотока).

Задача состоит в проработке инфраструктурных требований к системе общественного транспорта и разработке алгоритма для управления автобусами, для улучшения ситуации на маршруте и уменьшения интервала между прибытиями автобусов на остановках.

Рассматриваемые параметры: емкость автобуса, стартовые пассажироемкости на остановках; максимальное и среднее время ожидания между автобусами для остановки / среднесписочное для отдельного пассажира в очереди; количество остановок; тип маршрута; количество маршрутов; количество автобусов; скоростной режим (средний, для фиксированных отрезков между светофорами / остановками) и количество пробок (внешний параметр); текущее / среднее количество людей в очереди на каждой остановке; равномерность движения / распределения автобусов на маршруте. Важно: не рассматривается такой параметр как «время ожидания при пересадке».

Вопросы и задания к кейсу

1.Рассмотреть требования к системе и предложить минимальную архитектуру для реализации гибкого планирования расписания и диспетчеризации наземного общественного транспорта.

2.Рассмотреть предложенную статистику по режиму работы автобусов и разработать рабочие гипотезы, предложить параметры оптимизации.

3.Ступенчато разработать, реализовать с помощью программ-

ных средств (Mathcad / RStudio, Python, VisualStudio2017 / PTV Visum / MATSim /прочее), исследовать модель движения наземного общественного транспорта, оптимизировать по предложенному параметру (максимальное и среднее время ожидания фиксированы):

3.1.линейную (не учитываются заторы, пассажирская загрузка, время простоя автобусов, время ожидания пассажиров) с терминальными и промежуточными точками (1...N);

43

3.2.линейную (с учетом различной скорости на нескольких отрезках);

3.3.линейную (с учетом различной скорости движения на отрезках, внутренних ограничений по емкости и скоростям, с несколькими сонаправленными маршрутами);

3.4.кольцевой односторонний маршрут без терминальных точек, неограниченная емкость;

3.5.кольцевой маршрут без терминальных точек, ограниченные емкости;

3.6.кольцевой маршрут без терминальных точек, ограниченные емкости, емкость остановки (при превышении на протяжении максимального времени ожидания – усиление пробок);

3.7.кольцевой маршрут без терминальных точек, ограниченные емкости, емкость остановки (при превышении на протяжении максимального времени ожидания – усиление пробок), нелинейная скорость;

3.8.кольцевой маршрут без терминальных точек, ограниченные емкости, емкость остановки (при превышении на протяжении максимального времени ожидания – усиление пробок), нелинейная скорость, несколько маршрутов.

4.С учетом статистики выявить сезонность и сделать предсказание пробок для конкретного маршрута для рабочей недели разных периодов, предложить оптимальные скорости для пп. 3.3.

5.Проанализировать адекватность и применимость вышеуказанных моделей, сопоставить со статистическими количествами автобусов на данном маршруте.

При работе с кейсом необходимо учитывать следующие ограничения:

1) снижение максимального интервала между соседними автобусами на одном маршруте не должно превышать 10-15 минут;

2) сохранение средней скорости движения на маршруте не должно быть ниже 12-16 км/ч.

44

Кейс «Проектирование принципиального проекта маршрута и места расположения транспортного хаба будущего»

Кейс разработан по материалам [25].

В2016 году на Восточном экономическом форуме был анонсирован проект создания сверхскоростной транспортной магистрали Владивосток – Хуньчунь на технологии Hyperloop с магнитной левитацией. На высокозагруженных магистралях перевозка грузов с помощью технологии Hyperloop способна составить конкуренцию авиаперевозке и существенным образом ускорить доставку грузов с высокой добавленной стоимостью из Китая в Европу.

Изменение скоростей перевозки грузов потребует изменения технологии переработки грузов и устройств транспортных хабов, на которых будет осуществляться стыковка скоростных средств транспорта с традиционными.

Ключевой задачей при организации скоростной перевозки грузов является разработка концепции транспортных хабов будущего и определение их местоположения.

Вкачестве задания предлагается разработка проекта транспортного маршрута по технологии Hyperloop, а также места расположения транспортных хабов будущего. Трехмерная модель хаба должна быть расположена на реальной карте с обоснованием выбора данного конкретного места (обеспечение максимального пассажиропотока, подходящий рельеф и т.д.).

При решении кейса необходимо учитывать следующие факторы:

−обеспечение максимально возможной скорости прямой передачи контейнеров с одного вида транспорта на другой;

−интермодальные перевозки;

−удобство транспортных операций для пассажиров.

Вопросы и задания к кейсу

1. Представить описание принципиальной конструкции с элементами технологии обработки грузовых и пассажирских потоков, выбором и обоснованием местоположения транспортного хаба.

45

2.Разработать интерактивную реальную карту местности с предпочтительным расположением трассы и трехмерной модели хаба.

При работе с кейсом необходимо учитывать следующие ограничения:

1.Транспортный хаб и технология работы должны соответствовать требованиям безопасности и быть реализуемыми.

2.При проектировании транспортного хаба в части грузовых перевозок желательно предусмотреть: использование «безлюдных» технологий; применение автоматизированных и роботизированных элементов инфраструктуры для обработки грузов; применение средств обеспечения сохранности груза и мониторинга его местонахождения.

3.В части пассажирских перевозок желательно предусмотреть: средства навигации и позиционирования пассажиров на территории хаба; средства обеспечения безопасности и автоматизированного контроля пассажиров и работы технических средств; дополнительные услуги, предлагаемые пассажиру в части развлечений, питания, покупок, получения информации и т.п.; средства обеспечения интермодальной поездки (идентификация по сквозному билету, синхронизация расписаний различных видов транспорта, роботизированные багажные тележки, резервирование мест в зонах отдыха и ожидания и т.п.).

4.При выборе места строительства транспортного хаба желательно оценить: обеспеченность трудовыми ресурсами в период эксплуатации, исходя из плотности населения; плотность существующих грузо- и пассажиропотоков; удаленность от населенных пунктов, существующую инфраструктуру и необходимость ее развития; необходимость сноса существующих строений; экологическую нагрузку на территорию, а также климатические особенности.

Кейс «Конструируем электромобиль»

Кейс разработан по материалам [26].

В современном мире автомобиль прочно занял свое место в жизни человека, являясь одним из самых важных помощников. Человек

46

постоянно модернизирует транспортные средства, продумывает все детали для комфортной и безопасной эксплуатации. Автомобильный транспорт, как один из видов наземного транспорта, получил наибольшее распространение и занимает ведущее положение в перевозках пассажиров, грузов и товаров на различные расстояния.

В наши дни, все чаще мы задумываемся о необходимости изменения подхода к питанию современных транспортных средств. Альтернативные виды энергии, такие как электричество, расширяют свое влияние на рынке, предлагая новые возможности: повышенная экологичность, улучшенная интеграция с электронными системами, беспилотными технологиями и решениями завтрашнего дня. Однако, переход на использование новых элементов питания осложняется несовершенством текущих технологических решений и необходимостью адаптации окружающей инфраструктуры под них. Поиск способов преодоления данных препятствий с каждым днем становится все актуальнее.

К решению предлагается кейс, результатом решения которого станет презентация концепции проекта современного электромобиля, включающая маркетинговое обоснование и наиболее важные аспекты технического оснащения конечного продукта.

Вопросы и задания к кейсу

1.Студентам необходимо знать краткую историю автомобильного транспорта, отводя особое внимание электромобилям прошлого, настоящего и будущего, а также подробнее знакомиться с их архитектурой.

2.В процессе знакомства с особенностями сборки, студенты проводят анализ лучших динамических характеристик модели, с использованием различных настроек.

3.Студентам необходимо разработать концепцию собственного транспортного средства на электрической тяге, имеющего перспективы развития и конкурентные преимущества на современном, динамично развивающемся автомобильном рынке России.

4.Предложенная разработка должна иметь маркетинговое обоснование, а также содержать описание технического оснащения буду-

47

щего продукта. Технические и маркетинговые решения, должны быть подкреплены соответствующими исследованиями и/или статистическими данными.

5. При разработке концепции транспортного средства, команда не может ориентироваться на решения, применение которых, на данный момент, невозможно по техническим или экономическим причинам.

Кейс «Поиск оптимальной системы электропитания машины»

Кейс разработан по материалам [27].

Автомобильный транспорт, использующий в своей работе углеводородное топливо – бензин, дизельное или газомоторное топливо является – в настоящее время одним из основных и зачастую определяющим источником загрязнения воздуха и изменения микроклимата в городе, выбрасывая в атмосферу как парниковые газы (большие объемы CO2) и водяной пар, повышающий влажность городского микроклимата, так и опасные загрязняющие вещества – оксиды азота и продукты неполного сгорания топлива. Кроме того, автомобили с двигателями внутреннего сгорания являются мощными источниками теплового загрязнения городской среды. Энергетическая эффективность традиционных двигателей внутреннего сгорания остается чрезвычайно невысокой. Намного более существенным фактором несовершенства автомобилей на основе ископаемого топлива является то, что в их двигателях ценное химическое сырье превращается в бесполезный для промышленности углекислый газ и выбросы, тогда как нефть, газ и продукты их переработки представляют собой чрезвычайно ценное и практически универсальное сырье для производства огромного множества ценных промышленных продуктов – конструктивных и функциональных материалов практически для всех сфер жизни.

В последнее время чрезвычайно активно развиваются инженернотехнические решения, направленные на создание автомобиля, источником энергии в котором является не углеводородное топливо, а ка- кой-то вариант вторичного энергоносителя, и который приводится в

48

движение не двигателем внутреннего сгорания, а более эффективными устройствами. Тем не менее, до сих пор нерешенным остается вопрос о том, какое из предлагаемых принципиальных решений более эффективное с точки зрения использования энергии, какое из них экономически более эффективное, и какое будет по-настоящему привлекательным для потребителей на рынке. Эти три фактора могут не совпадать друг с другом, что также подогревает спор между разработчиками и сторонниками разных версий альтернативного топлива – источника энергии автомобилей. Мы предлагаем вам разобраться в этом вопросе и самостоятельно определить в нем свою позицию.

К работе предлагается кейс, который состоит в осуществлении обоснованного выбора наиболее эффективного варианта энергетической и двигательной установки автомобиля. В рамках кейса студентам предлагается сравнить между собой следующие варианты:

−машина с энергоустановкой, работающей на солнечной энергии;

−машина с энергоустановкой, работающей на основе электролиза воды;

−машина с энергоустановкой, содержащей суперконденсатор;

−машина с энергоустановкой, работающей на солевом топливном элементе;

−машина с энергоустановкой, содержащей топливный элемент, работающий на водороде.

Вопросы и задания к кейсу

1.Студентам необходимо самостоятельно разработать способ осуществления обоснованного выбора одного из этих вариантов энергетической установки автомобиля и самим задать критерии этого выбора.

2.В рамках кейса студенту необходимо осуществить сравнение

иобоснованный выбор варианта энергетической установки автомобиля и предложить конструкцию автомобиля, использующего выбранную вами энергетическую установку.

49

3.Разработать конструкцию автомобиля, использующего в качестве топлива не продукты переработки ископаемых углеводородов, и

вкачестве двигателя не двигатель внутреннего сгорания.

4.Конструкцию автомобиля представить в виде иллюстративного материала (презентации) и должна содержать следующие сведения: общую информацию о конструкции автомобиля; выбор источника энергии («топливная система») автомобиля; описание двигателя автомобиля – выбор принципа и устройство; энергетический баланс автомобиля и оценку энергетической эффективности; альтернативные варианты технических решений конструкции автомобиля (альтернативные варианты источников энергии и двигателей); модель сравнительной оценки данной конструкции автомобиля с альтернативными вариантами; результаты сравнительной оценки данной конструкции автомобиля с альтернативными вариантами.

При работе с кейсом необходимо учитывать следующее: в рамках сравнения альтернативных вариантов источников энергии и двигателей автомобиля не должны использоваться субъективные и экспертные критерии, экспертное мнение, не обоснованное результатами моделирования, расчетами или экспериментами, а также параметры и критерии, выполнение которых не может быть рассчитано или измерено.

Кейс «Тернистый путь fleet management в России»

Кейс разработан по материалам [30, 37].

Автотранспортная отрасль России признается одной из самых консервативных среди подотраслей транспорта. Отечественные легковые и грузовые автомобили безнадежно отстают от мировых брендов. Собственники АТП игнорируют российские транспортные средства, голосуя рублем за продукцию европейских и американских концернов. И даже личный пример В.В. Путина, проехавшего по Дальнему Востоку на отечественном легковом автомобиле, не убедил население пересесть на наши машины. Однако если организовать автотранспортный бизнес, то приобретение современной техники является только одной из составляющих достижения экономической эф-

50