Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Применение логистико-математических моделей в лесной отрасли. Монография
.pdf
С целью обоснования описания транспортно-технологического
процесса посредством модели и обоснования применения именно математического моделирования рассмотрим существующие виды моделирования систем и процессов. Из всех форм, которые может принимать модель, наиболее полезная и употребительная, с точки зрения
целесообразности применения в лесотранспорте, – математическая
модель, где посредством систем уравнений и неравенств, выражены
основные черты реальных систем или явлений.
С целью обоснования применения при моделировании лесотранспортного процесса именно математической модели, рассмотрим
существующую классификацию видов моделирования. В научной
литературе моделирование систем принято делить на материальное
и идеальное моделирование.
В свою очередь материальное моделирование принято делить
на натурное и физическое, а идеальное моделирование на наглядное,
символьное и математическое моделирование, и далее у каждого
из видов моделирования существуют свои подгруппы.
Натурным называется моделирование на реальном объекте
с последующей обработкой результатов эксперимента посредством
применения теории подобия. Для натурного моделирования характерен эксперимент, протекающий с использованием различных средств
автоматизации, обработки информации, с возможностью вмешательства в него человека.
Отличие такого эксперимента от реальной ситуации заключается в том, что в нем, для определения границ устойчивости процесса,
могут создаваться различные критические ситуации.
При применении натурного моделирования можно говорить
о производственном эксперименте, так как реализуется данный вид
моделирования не только при помощи специально организованного
испытания, но и посредством обобщения опыта, накопленного в ходе
производственного процесса.
Материальное моделирование характеризуется исследованием
характеристик на реальном объекте (либо его части). Этот вид моделирования является наиболее адекватным, однако его возможности
ограничены особенностями реальных объектов [56].
Для физического моделирования характерно проведение исследования на специальных установках, сохраняющих природу явлений
и физическое подобие. Физическое моделирование может протекать
в реальном и нереальном масштабе и времени, в зависимости оттого,
что имеет наибольший интерес, либо рассматривается без их учета.
41
Идеальное моделирование принято применять для описания
процессов существующих вне условий, возможных для их физического создания, либо практически не реализуемых в заданном временном
интервале (например, процессы макро- и микромира). Идеальное
моделирование реализуется в виде наглядного, символического.
Для наглядного моделирования характерно создание моделей
на базе представления человека о реальных объектах.
При символическом моделировании, используют искусственный
процесс создания логического объекта, который замещает реальный
и выражает основные свойства его отношений с помощью определенной системы знаков или символов.
Под математическим моделированием понимается процесс
установления соответствия данному реальному объекту некоторого
математического объекта, называемого математической моделью,
и исследование этой модели, позволяющее получать характеристики
рассматриваемого реального объекта.
Математическое моделирование можно разделить на аналитическое, имитационное и комбинированное.
Для аналитического моделирования характерно описание процессов некоторыми функциональными соотношениями (алгебраическими, дифференциальными, интегральными и т. д.) [57].
При имитационном моделировании алгоритм воспроизводит реализующий процесс системы во времени. Основным преимуществом
имитационного моделирования, в сравнении с аналитическим, является возможность исследованию больших, сложных систем, имитационное моделирование сегодня наиболее реальный и эффективный метод.
Комбинирование или аналитико-имитационное моделирование
при анализе и синтезе позволяет объединить достоинства аналитического и имитационного моделирования.
При построении комбинированных моделей проводится декомпозиция процесса функционирования объекта на составляющие подпроцессы, и, для тех из них, где это возможно, используются аналитические модели, а для остальных подпроцессов строятся имитационные модели.
В отношении организации транспортно-технологического процесса математическое моделирование имеет в качестве преимуществ
возможность мгновенно отвечать на вопросы, на которые в реальности
потребовался бы достаточно длительный промежуток времени [56].
При моделировании транспортно-технологического процесса
надо выполнить три основных условия: отделить основные свойства
42
транспортно-технологического процесса от второстепенных, учесть
эти главные свойства и пренебречь второстепенными (рис. 1.6).
Реальный
процесс
Постановка
задачи
Математическая
модель
Прогноз
Проверка
адекватности
непротиворечивости
Проверка
Рис. 1.6. Обобщенная схема математического моделирования
К модели транспортно-технологического процесса лесозаготовительного предприятия предъявляются такие требования как: требование адекватности, непротиворечивости, универсальности, экономичности. В адекватной модели свойства объекта выражены с приемлемой точностью.
В непротиворечивой модели нет зависимостей, противоречащих
друг другу. Универсальность модели характеризуется возможностью
описания задач целого класса.
Экономичность модели можно охарактеризовать затратами машиновремени и памяти. Очевидно, что все описанные требования противоречивы, поэтому при удовлетворении всем указанным требованиям имеет место компромисс, на который вынужден идти разработчик.
Системам, подобно транспортно-технологическому процессу,
имеющим сложную структуру со многими элементами присущ сложный принцип функционирования и характерные особенности эксплуатации. Данные системы – системы развивающиеся, в процессе
жизни они постоянно изменяются, меняются и условия их работы и
выполняемые задачи [58].
К построению математической модели транспортно-технологического процесса необходимо относиться как к искусству: нужно
уметь строить достаточно простую модель, которая при этом могла
бы все же приводить к конструктивным выводам об исследуемой системе. Модель транспортно-технологического процесса должна отвечать таким требованиям как:
43
− модель должна отражать основные свойства исследуемого
объекта с точки зрения интересующего параметра или их группы.
− модель должна быть достаточно проста, а результаты должны
быть легко интерпретируемы.
− модель должна быть адаптирована под имеющиеся исходные
данные.
− модель должна быть легко модифицируемой под появлением
новых данных и сведений.
− модель должна быть составлена так, что бы обеспечить расче-
ты имеющимися средствами.
Учитывая вышеизложенное, можно утверждать, что моделирование транспортно-технологического процесса возможно лишь
с применением системного подхода.
1.7.2. Системный подход к транспортно-технологическому
процессу доставки лесного сырья
В связи со сложностью транспортно-технологического процесса,
практически невозможно сразу получить о нем представление графически или математически, поэтому при его описании используют термин система, с помощью которого характеризуют данный процесс как
нечто единое целое и сложное.
Иначе транспортно-технологический процесс необходимо понимать как «совокупность элементов», которые определенным образом находятся в отношениях и связях между собой, и образуют некоторое целостное единство [58].
Элементом системы считают материальный объект, обладающий важными свойствами, внутреннее строение которого абсолютно
«неважно».
Элемент принадлежит совокупности элементов М Э {М} посредством связей – свойством обмена веществами, энергией, информацией.
Воздействие выступает частью связи, ее единичным актом. Так,
при взаимодействии М1 элемента на М2 элемент – х12 и элемента М2
на М1 элемент – х21; связи этих двух элементов приведены на рис. 1.7.
Связь элементов имеет собственные характеристики, такие как
направление, вид, характер. Иначе можно сказать, что связи могут
быть направленные и ненаправленные, сильные и слабые, связи подчинения и порождения (по характеру).
44
Также связи принято делить на равноправные и управления,
а по месту приложения на внутренние и внешние, по направленности
внутри процесса на прямые и обратные.
х12
М1
х21
Рис. 1.7. Связь двух элементов
М2
Система как совокупность элементов обладает двумя основными признаками: связями для соединения любых двух элементов и
функций – свойством, отличным от свойств отдельных элементов.
Первый признак называется связностью, а второй признак –
функцией системы. Применяя кортежное (последовательное в виде
перечисления) определение системы, можно записать:
S = {{M}, {x}, F} (1.9)
где S – система; {M} – совокупность элементов в ней; {x} – совокуп-
ность связей; F – функция (новое свойство) системы.
Понимая транспортно-технологический процесс лесозаготовительного предприятия как систему – под ее элементами необходимо
понимать пункты заготовки древесины, погрузки, разгрузки, складирования, переработки, транспортные средства, средства погрузки и
разгрузки, прочее оборудование. Все элементы транспортно-технологического процесса предприятия находятся в отношениях и взаимодействии друг с другом и вместе образуют единую систему, работающую на решение общей задачи – получение от работы всей цепи
максимальной экономической выгоды. Связи характеризуются одновременно несколькими признаками. То есть транспортно-технологический процесс лесозаготовительного предприятия считается системой, и обладает всеми ее характеристиками. Этот процесс представляет собой систему сложного класса, в которой происходит взаимодействие человека и его деятельности с работой механизмов и машин. Математически данная запись выглядит как:
S = {{MT}, {MЧ}, {M/}, {x}, F}, (1.10)
где {MT} – механизмы и технические средства; {MЧ} – решения
и другие действия человека; {M/} – остальные элементы в системе.
45
В совокупности {x} в этом случае могут быть выделены связи
между человеком и техникой {x
хч
}.
Транспортно-технологический процесс лесозаготовительного
предприятия как систему можно подразделять и рассматривать
как поэлементно, так и разделением на более крупные составляющие,
называемые подсистемами. Подсистема подразумевает выделение относительно независимой части системы, обладающей свойствами
системы и другими, собственными отличительными свойствами [57].
Строение системы, ее взаимосвязи, расположение ее составных
частей и элементов, устройство, отображено в структуре системы.
Деление системы может проходить как с материальной позиции,
так и с вещественной и др. Структура может быть представлена
в матричной форме, в форме теоретико-множественного описания,
с помощью языка топологии, алгебры и других средств моделирования систем.
В зависимости от связей между элементами различают следующие виды структур: последовательные, параллельные, с обратной связью, сетевые, иерархические. При структуре с обратной связью результат функционирования элемента влияет и на его воздействия. Обратной связи присущи функции регулирования в системе, без обратной связи системы встречаются крайне редко.
На лесозаготовительном предприятии транспортно-технологический процесс представляет собой сложную человеко-машинную
систему, которой присуща сетевая структура, структурированную
в пространстве и времени.
В организации лесозаготовительного предприятия присутствует
иерархическая структура, то есть наличие подчиненности одних элементов перед другими, такая структура осуществляет декомпозицию
системы в пространстве [59].
Функционирование транспортно-технологического процесса лесного предприятия определяется понятиями: цель, среда, состояние,
поведение, процесс, равновесие, устойчивость, развитие.
Применение понятия цели и связанных с ним понятий целенаправленности, целесообразности, целеустремленности сдерживается
трудностью их однозначного толкования в конкретных условиях.
Целью системы лесозаготовительного предприятия является
обеспечение бесперебойной работы во всех подсистемах по критерию
минимума затрат (максимума прибыли), с учетом многообразия сопутствующих факторов (наличие нескольких видов транспортных
46
средств, многопродуктивность перевозок, наличие терминалов, сезонность перевозок и др.) [57].
Под состоянием системы принято понимать мгновенную фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют
либо через входные действия (входную информацию) и выходные
результаты (выходную информацию), либо через макропараметры,
макросвойства системы (например, давление, производительность
и др.). Система изменяется во времени при изменении ее параметров,
мощности заготовок, загруженностью транспортной сети, потребности в продукции у потребителей.
Любая система существует в собственной внутренней среде,
а также в совокупности элементов природы, которые существуют вне
среды и оказывают влияние на систему или сами находятся под ее
влиянием.
Чтобы выделить систему из среды необходимо участие наблюдателя, отделяющего элементы системы от всех остальных, в соответствии с задачами исследования. В зависимости от уровня, на котором
находится наблюдатель, объект исследования может выделяться
по-разному, и могут иметь место различные взаимодействия этого
объекта с внешней средой. В этой связи, актуальным видится вопрос
об определении границ системы. Так, границы системы будут различны при рассмотрении процесса организации лесотранспорта внутри
лесозаготовительного предприятия и при рассмотрении его же с учетом поставок конечным потребителям [54].
Процессом называют – состояние системы, при котором упорядоченно или непрерывно изменяется некоторый параметр, который
определяет свойства системы, например температура, давление,
погрузка, разгрузка, транспортировка и т. д. Динамикой называют
процесс ее изменения во времени.
Для транспортно-технологического процесса характерным параметром является время. Если в процессе течения времени система
обретает новые свойства, то говорят о развитии системы. Если в процессе жизни система переходит из одного состояния в другое, говорят
о поведении системы, как о постоянно изменяющемся ее состоянии –
погрузка, разгрузка, транспорт и т. д. [55].
На современном этапе развития рыночной экономики, необходима разработка новых подходов к организации перевозок лесного
сырья, с целью повышение эффективности транспортно-технологического процесса.
В этой связи особенно актуальным направлением являются
задачи транспортной логистики.
47
Предметом транспортной логистики является комплекс задач
планирования и управления, связанных с перемещением грузов
транспортом, а именно:
− обеспечение технической и технологической сопряженности
участников транспортного процесса, согласование их экономических
интересов;
− обеспечение технологического единства транспортно-складс-
кого хозяйства;
− совместное планирование производственного, транспортного
и складского процессов;
− выбор вида транспортного средства (ТС);
− выбор типа ТС;
− определение рациональных маршрутов;
− выбор перевозчика и экспедитора.
Для решения поставленных задач в транспортной логистике
используются следующие методы и модели:
− модели выбора перевозчика;
− маршрутизация перевозок;
− модель «точно в срок»;
− экономико-математическая модель макрологистической сис-
темы;
− модели «производство – транспорт – потребление» и др. [59].
Необходимо отметить, что при планировании перевозок грузов
на автомобильном транспорте в процессе развития теории логистики
традиционные задачи по раздельной оптимизации величин поставок и
схем маршрутов, размещения и размера складов уступают место поиску оптимального решения в целом по всему процессу движения материального потока в сфере обращения и производства по критерию
минимума суммарных затрат на транспортировку, снабжение и сбыт.
Так Э. О Салминен [48] отмечает, что до настоящего времени
гораздо большее внимание уделялось отдельным функциям – размещению, выбору транспорта, запасам, производству, маркетингу, маршрутизации транспортного средства, чем попыткам объединить
эти модели и проанализировать компромиссы.
Создание подобной модели позволит точно определить объем
перевозок грузов, будет способствовать своевременному и бесперебойному выполнению поставок продукции потребителям и эффективному взаимодействию снабженческо-сбытовых и автотранспортных предприятий.
При подобном моделировании необходимо помнить, что переход от рынка продавца к рынку, где покупатель диктует свои условия
48
на перевозку, привело к тому, что фактор времени, наряду с ценой и
=
качеством услуги определяет успех функционирования предприятия.
Поэтому важнейшими задачами является планирование и организация
перевозок в соответствии с логистическими принципами «точно во
время» (just in time) и «от двери до двери» (from door to door).
Принцип «точно во время» был сформулирован на основе учета
фактора времени в работе предприятий, и затрагивает упорядочение
движения материальных потоков, минимизацию производственных
запасов и объемов незавершенного производства.
В настоящее время существует два подхода, касающихся применения принципа «точно во время» в логистике. Первый, предложенный
в работах Миротина Л. Б. и др., основывается на том, что внедрение
принципа «точно во время» позволяет устранить запасы материалов,
делая бесполезными также складские запасы и склады [41]. При этом
время заказа и время доставки требуемого груза определяется исходя
из запасов, находящихся на складах у потребителя и поставщика. Запас
товара у поставщика не должен превышать максимального значения,
а у потребителя заказ не должен опускаться ниже минимального значения. Сопоставление функций срочности доставки поставщика и потребителя дает возможность найти приемлемый интервал доставки [29].
Второй подход основывается на том, что для правильного планирования перевозок необходимо оценить гарантированное время
доставки. Предложенная Э. О. Салминеном [48] методика построения
оперативного плана доставки грузов автомобильным транспортом
от поставщика до потребителя оперирует нормативными интервалами
доставки, поэтому, учитывая случайный характер всех составляющих
перевозочного процесса, имеет ограниченную сферу применения.
Э. О. Салминен [48] отмечает, что функционирование транспортной системы носит вероятностный характер. Таким образом, для организации перевозочного процесса в соответствии с принципом «точно во
время» требуется оценить допустимое время доставки груза получателю.
Из теории массового обслуживания, известно, что при определенных статистических характеристиках входящего потока и времени
обслуживания можно оценить средние значения длины очереди и
времени ожидания. Допустимое время доставки груза получателю определяется по формуле
ТТ,u
дт т
(1.11)
+
где u – допустимое отклонение времени доставки от его планового
значения
Т
.
т
49
Повышение договорного времени можно объяснить тем, что
на направлении движения материального потока образуются барьеры,
которыми обусловлены дополнительные потери скорости доставки
грузов. Такие барьеры возникают при случайном характере перевозочного процесса в результате создания очередей у обслуживающих
материальный поток транспортных подсистем.
Таким образом, предлагается оценивать только время простоя
в пунктах погрузки или разгрузки, однако, случайными являются время движения на маршруте, а также непосредственно время погрузки
(разгрузки), которое у Смехова А. А. [24] предполагается технологически установленным. В работе Лукинского B. C. [30; 36] предлагается
оценить затраты времени на движение и преодоление всех препятствий
на маршруте транспортного средства, возникающих по объективным и
субъективным причинам. Одним из способов решения этой задачи является вероятностное моделирование времени движения автомобиля
на маршруте с имитацией случайных задержек в местах плановых и
неплановых остановок. Перевозочный процесс разбивается на участки.
Количество этих составляющих зависит от вида перевозок и маршрута
движения. В работах [37; 39; 50] рассмотрена методика моделирования
перевозочного процесса на примере внутренней перевозки грузов на
маятниковом маршруте, когда движение автомобиля происходит между двумя пунктами. Логистический подход к моделированию времени
на выполнение транспортных услуг требует увязки работы автомобильного транспорта с режимом работы поставщиков и потребителей
грузов. Поэтому моделировать внутреннюю перевозку грузов особенно
на короткие расстояния необходимо за рабочее время суток. И речь,
в данном случае, должна идти о выполнении договорных обязательств
автомобильного транспорта перед клиентурой «точно во время».
Таким образом, в рыночной экономике при планировании перевозок
затрагиваются интересы нескольких субъектов. Это приводит к возникновению ситуации, при которой объектом перевозчика остается
маршрут и подвижной состав, работающий на этом маршруте, однако
окончательные параметры процесса доставки груза определяются клиентами. Поэтому, актуальной проблемой является формирование комплексной динамической модели оперативного планирования перевозочного процесса основанного на логистическом подходе, учитывающем как многообразие вариантов взаимодействия поставщик – перевозчик – получатель или более сложных схем организации перевозок
с учетом логистических посредников, так и требования выдвинутые
клиентами на время доставки и партию груза.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]