Прокудін Георгій Семенович. Моделі та методи оптимізації вантажних перевезень в транспортних системах

brief description

Прокудін Георгій Семенович. Моделі та методи оптимізації вантажних перевезень в транспортних системах : Дис... д-ра наук: 05.22.01 2009

Прокудін Г.С.Моделі та методи оптимізації вантажних перевезень в транспортних системах Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.01 транспортні системи. Національний транспортний університет Міністерства освіти і науки України, Київ, 2009.
Дисертація присвячена розробці теоретичних основ і практичних методів оптимального планування і маршрутизації вантажних перевезень у транспортних системах, які враховують обмеження на пропускні здатності їх транспортних вузлів і комунікацій, незбалансованість обсягів вантажів, що перевозяться, взаємодію в різних комбінаціях усіх видів транспорту при здійсненні сумісних перевезень вантажу, розмірність розв'язуваних транспортних завдань і ряд інших.
Актуальність теми дисертаційної роботи полягає у тому, що в ній міститься комплекс науково-практичних досліджень, які дозволяють вирішити проблему оптимального управління вантажними перевезеннями в транспортних системах шляхом використання нових матрично-мережевої моделі і методів здійснення оптимальних перевезень вантажів у транспортних системах з урахуванням їх пропускних можливостей.
Основні наукові і практичні результати дисертації впроваджені в учбовий процес ряду провідних вищих навчальних закладів Міністерства освіти і науки України.
Представлена в дисертаційній роботі матрично-мережева модель по управлінню вантажними перевезеннями в транспортній системі України з відповідною інструментальною базою даних про характеристики її транспортних вузлів і комунікацій, реалізована у вигляді відповідного програмного забезпечення й пройшла апробацію і впровадження на окремих транспортних підприємствах Міністерства транспорту та зв'язку України.

Дисертація присвячена вирішенню важливої наукової проблеми розробки теоретичних основ та практичних методів оптимальної маршрутизації вантажних перевезень у ТСУ на прикладі організації комплексних перевезень вантажів на автомобільному, залізничному, водному та авіаційному видах транспорту.
У ринкових умовах господарювання практично всі підприємства потребують професійного підходу до управління перевізними процесами в організаційному розвитку для забезпечення конкурентоздатності із зарубіжними підприємствами та організаціями. Тому наведені в дисертації дослідження, особливо після входження України до світової організації торгівлі, набувають особливої актуальності.

У результаті проведених з єдиних системних позицій досліджень встановлено, що у важливій проблемі національної економіки щодо управління вантажними перевезеннями в ТС відсутні відповідні моделі і методи оптимізації перевезень вантажів для ТМ різної структури і розмірності, які враховують обмеження на пропускні здатності її транспортних вузлів і комунікацій, на незбалансованість обсягів перевезень, на взаємодію різних видів транспорту при здійсненні комплексних перевезень неоднорідних вантажів.
Здійснений, з урахуванням світового досвіду, аналіз існуючих наукових підходів та діючих моделей і методів по управлінню перевезеннями вантажів у ТС виявив недоліки, які істотно обмежують, а іноді й не вирішують окремі практичні задачі, пов'язані з транспортуванням вантажів і полягають у наступному:

обмеженість по розмірності класу розв'язуваних задач;
більшість методів (алгоритмів) розв'язання не піддаються чіткій формалізації;
рішення задач можливе лише із заздалегідь заданою матрицею транспортних кореспонденцій;
відсутність у методах урахування існуючих обмежень на пропускні здатності транспортних вузлів і комунікацій, на незбалансованість по обсягах перевезень і застосування взаємодії різних видів транспорту при організації транспортування вантажів.

Запропонований новий підхід до вирішення проблеми управління вантажними перевезеннями в ТС, який передбачає використання МММ представлення і оптимізації вантажних перевезень у ТМ. МММ за рахунок широкого застосування методів і алгоритмів обчислювальної математики, сучасних інформаційних технологій дозволяє усунути більшість недоліків в існуючих наукових підходах та діючих моделях і методах по управлінню перевезеннями вантажів в ТС.
Обгрунтовано науково-методичні основи оптимальної маршрутизації вантажних перевезень у ТС, які припускають виконання послідовності наступних етапів:

зведення всіх окремих ділянок ТМ до єдиної матриці транспортних кореспонденцій;
визначення на цій матриці найкоротших відстаней між усіма постачальниками і споживачами вантажів, що перевозяться;
розрахунок оптимального плану перевезень вантажів з урахуванням реальних умов і пропускних спроможностей аналізованої ТМ;
доведення до учасників перевізного процесу оптимального плану перевезень вантажів і відповідні маршрути транспортування вантажів.

Вперше побудована модель процесу перевезень вантажів на ТМ, яка враховує наявність пропускних здатностей транспортних вузлів і комунікацій ТС, а також перевезення декількох вантажів. Здійснення перевезень неоднорідних вантажів у ТС повністю враховує всі обмеження і різні умови, які виникають у процесі оптимізації перевезень декількох вантажів на ТМ.
Отримані в результаті досліджень нові методи:

метод мінімального вузла постачання-споживання вантажу побудови опорного плану транспортних перевезень;
метод усунення виродження опорних планів транспортних перевезень, названий методом перестановок і оснований на використанні сучасних засобів обчислювальної техніки й інформаційних технологій;
методи графів і матричний для пошуку найкоротших відстаней на ТМ, які є основою перетворення мережевих моделей представлення перевезень у ТС в матричні моделі;
методи найменших елементів і потенціалів, які застосовуються при розв'язанні мережевих ТЗ з обмеженнями на пропускні здатності транспортних комунікацій.
метод розв'язання ТЗ про призначення, названий комбінаторним методом. На його основі представлений новий підхід до розв'язання нестандартних ТЗ про призначення, названих у такий спосіб по-перше, у випадку неспівпадання кількості виділенихТзкількості запланованих планом перевезень ТР, і по-друге, у випадку заборони виконання окремимиТзокремих ТР;
методика по використанню методу потенціалів при плануванні перевезень за критерієм часу;
спосіб зведення ТЗ до виду загальної задачі лінійного програмування.

Розроблені автоматизована система аналізу митної термінальної мережі масового обслуговування та система моделювання міжнародних вантажних автомобільних перевезень на митному терміналі, які передбачають адекватне реагування на виникаючі в процесі функціонування митного терміналу ситуацій та забезпечення оптимального процесу обслуговування вимог. Ці системи були впроваджені на державному підприємстві Служба міжнародних автомобільних перевезень”, що забезпечило мінімальні витрати часу на обслуговування транспортних засобів та збільшило пропускну здатність системи. Це дозволило скоротити час обслуговування на митному терміналіТздо 14%.
Розроблена модель знаходження оптимальної кількості НРП та їх переформування при роботі АС, а також визначені основні принципи побудови імітаційних моделей у ТС на прикладі навантажувально-розвантажувального комплексу АС.
Спроектована БД усіх видів транспорту перетворюється у відповідні матриці транспортних кореспонденцій. Матричне представлення перевізного процесу, у свою чергу, дозволяє описати його у вигляді відповідної математичної моделі і застосувати при її аналізі й обробці методи і засоби сучасних інформаційних технологій. Запропонований на основі цієї моделі ПІК знаходження оптимальних планів перевезень вантажів на ТСУ дозволяє з усіх існуючих варіантів перевезення вантажів вибрати найбільш дешеві за двома режимами оптимізації перевезення вантажів або за критерієм вартості, або за критерієм часу з урахуванням усіх існуючих обмежень на пропускні здатності транспортних вузлів і комунікацій ТСУ та взаємодії різних видів транспорту.
Достовірність теоретичних результатів дисертаційного дослідження підтверджена їх ефективним застосуванням на окремих підприємствах Міністерства транспорту та зв'язку України. Теоретичні та методичні результати роботи також були використані при підготовці навчально-методичних розробок.