МІНІСТЕРСТВО ТРАНСПОРТУ ТА ЗВ’ЯЗКУ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ І ТЕХНОЛОГІЙ

ТРАНСПОРТУ

Габа Василь Васильович

УДК 656.22.001.26

ОПТИМІЗАЦІЯ ПАРАМЕТРІВ ЗАЛІЗНИЧНОЇ ТРАНСПОРТНОЇ СИСТЕМИ З МЕТОЮ ПРИСКОРЕННЯ ДОСТАВКИ ВАНТАЖІВ

05.22.01 - Транспортні системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському університеті економіки і технологій

транспорту Міністерства транспорту та зв’язку України, м. Київ

Науковий керівник: | доктор технічних наук,

Мироненко Віктор Кімович, Державний науково-дослідний центр залізничного транспорту України

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Нагорний Євген Васильович, Харківський національний автомобільно-дорожний університет, Міністерство освіти і науки України, кафедра „Транспортні технології”, завідувач кафедри

кандидат технічних наук, доцент

Запара Віктор Мефодійович, Українська державна академія залізничного транспорту, Міністерство транспорту та зв’язку України, кафедра „Управління вантажною та комерційною роботою”, доцент

Провідна установа: | Східноукраїнський національний університет ім.В.Даля, Навчально-науковий інститут транспортних технологій, Міністерство освіти і науки України,

м. Луганськ

Захист дисертації відбудеться 18 листопада 2005 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.820.01 при Київському університеті економіки і технологій транспорту за адресою: 03049, м. Київ-49, вул. Лукашевича, 19.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Київського університету економіки і технологій транспорту (03049, м. Київ-49, вул. Лукашевича, 19).

Автореферат розіслано 6 жовтня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук М.І. Карпов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Термін доставки вантажів - один з найважливіших показників якості транспортного обслуговування в залізничній транспортній системі (ЗТС). Швидкість доставки вантажів безпосередньо впливає на такі показники та параметри ЗТС як потреба в робочому парку вагонів і експлуатаційному парку локомотивів, попит на перевезення вантажів залізничним транспортом, собівартість та фінансовий результат перевезень. Прискорення доставки вантажів (від нинішньої швидкості приблизно 170 км на добу або 5-7 км/год. – як у пішохода) потрібно досягати найбільш ресурсозберігаючими шляхами, використовуючи перш за все внутрішні організаційно-технологічні ресурси самої ЗТС.

У зв’язку з цим виникає необхідність пошуку згаданих шляхів прискорення доставки вантажів.Для цього необхідно, по-перше, за допомогою системного підходу виділити ті ключові елементи ЗТС, в яких існують найбільші проблеми з забезпеченням необхідних термінів доставки, а по-друге - оптимізувати, на основі апробованих наукових методів, ті параметри ЗТС, які найбільше впливають на терміни доставки.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові результати роботи одержані в процесі виконання науково-дослідних тем “Визначення оптимальної кількості та розміщення сортувальних станцій на мережі залізниць України з метою прискорення доставки вантажів і зменшення собівартості перевезень”, “Створення системи комбінованих перевезень та модернізація вантажного парку вагонів”, № держреєстрації 0101V000560, “Здійснити заходи щодо організації інтермодальних (комбінованих) перевезень, обґрунтування маршрутів, розміщення і потужності транспортно-складських комплексів і терміналів обслуговування контейнерних і контрейлерних перевезень”, № держреєстрації RK90100V006747, “Оптимізація розподілу сортувальної роботи і вагонопотоків на мережі залізниць України” (договір № 427/02-1056.02-ЦТех, 2002 р.) та “Обґрунтування і впровадження технологій прискореної доставки вантажів залізничним і комбінованим транспортом” (договір 440/2-1065.02.03-ЦТех, 2002-2003 рр.) за планами науково-дослідних робіт Київського університету економіки і технологій транспорту та Державного підприємства “Державний науково-дослідний центр залізничного транспорту України” на виконання “Програми створення і функціонування національної мережі міжнародних транспортних коридорів України”.

Мета і задачі дослідження.

Мета дисертаційної роботи - удосконалення організації процесів і технології перевезень в залізничній транспортній системі (ЗТС) з метою прискорення доставки вантажів на основі системного підходу до вибору найважливіших параметрів ЗТС та створення економіко-математичних моделей для їх оптимізації.

Для досягнення мети в роботі поставлені та вирішені такі основні задачі:

- визначення поняття ЗТС, достатнього рівня декомпозиції цієї системи та її параметрів, істотних для цілей дослідження;

- визначення взаємозв’язків і взаємного впливу кількісних та якісних параметрів (показників) функціонування ЗТС;

- аналіз динаміки визначених показників функціонування ЗТС;

- побудова економіко-математичних моделей для оптимізації визначених процесів і параметрів ЗТС, істотних для прискорення доставки вантажів;

- опрацювання конкретних технологій прискореної доставки вантажів.

Об’єкт дослідження – залізнична транспортна система (ЗТС) в частині, що стосується прискорення доставки вантажів.

Предмет дослідження – визначені параметри ЗТС, що відображають стан системи в цілому та окремих її елементів, функціонування яких є істотним для прискорення доставки вантажів.

Методи дослідження – системний аналіз, кореляційний аналіз, методи математичної статистики і теорії ймовірностей, методи оптимізації параметрів математичних моделей.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що вперше:

- обґрунтовано стратегію та тактику переведення сортувальних станцій і систем на денний режим роботи;

- застосовано методику техніко-економічного обґрунтування оптимальної норми состава (маси) вантажних поїздів залежно від умов організації їх руху;

- запропоновано методику технолого-економічного обґрунтування оптимального співвідношення маси та швидкості вантажних поїздів;

- створено методику прогнозу терміну доставки вантажів на конкретному маршруті.

Практичне значення отриманих результатів. Створено методику прогнозування термінів доставки вантажів на основі оптимізації параметрів ЗТС, що є найбільш вагомими для досягнення поставленої мети. Результати науково-дослідних робіт, виконаних за договорами з Укрзалізницею, використовуються Замовником в практичній діяльності.

Особистий внесок здобувача. За матеріалами дисертації опубліковано 5 статей, 2 з них – одноосібно [1, 5]. У праці [2] автором здійснено техніко-економічні розрахунки по конкретних маршрутах обертання поїздів-експресів. У праці [3] запропоновано математичну модель для прогнозування попиту на перевезення нічних поїздів-експресів. У праці [4] автором сформульовано цільову функцію сумарних витрат при русі поїзда і адаптовано до поставленої задачі методику тягових розрахунків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були представлені: на Міжнародній науковій конференції „Проблеми економіки транспорту” у квітні 2003 р. в Дніпропетровську, на І Науково-практичній конференції „Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем: техніка, технологія, економіка і управління” у грудні 2003 р. в Києві, на Міжнародній конференції „Перспективні системи керування на залізничному, промисловому і міському транспорті” у вересні 2003 р. в м. Алушті, на ІІ-й Науково-практичній конференції „Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем: техніка, технологія, економіка і управління” у грудні 2004 р. в Києві, а також на ХІІ Miжнародній конференції „Dostosowanie Polskiego transportu do Unii Europejskiej” в Гданьському університеті, Польща, в травні 2003 р.

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано п’ять друкованих праць, всі у фахових виданнях.

Структура та об’єм дисертації. Дисертація включає вступ, чотири розділи, висновки, список використаних джерел, додатки А та Б.

Дисертаційна робота викладена на 144 сторінках. Основний текст займає 126 сторінок, ілюструється 16 рисунками, містить 28 таблиць та 2 додатки на 5 сторінках, з них документи, що підтверджують впровадження (додаток Б) – на 3 сторінках. Список використаних джерел містить 127 найменувань і займає 13 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладено актуальність обраної теми, критично проаналізовано стан справ з визначеного предмету дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, сформульовано мету та задачі досліджень, наведено основні наукові результати, показано практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі сформульовано поняття ЗТС (залізничної транспортної системи) як складної соціально-економічної цілеспрямованої людино-машинної системи, визначено її глобальну мету та обґрунтовано вибір саме тих параметрів ЗТС, які у подальшому є предметом оптимізації (простої вагонів на технічних станціях, час знаходження вагонів у русі, режим роботи сортувальних станцій та їх систем, норми составу поїздів, співвідношення їх маси та швидкості та ін.).

В напрямку прискорення доставки вантажів працювали відомі науковці і фахівці залізничного транспорту доктори наук Смєхов А. О., Галабурда В.Г., Тертеров М.М., Грунтов П.С., Негрей В.Я., Нагорний Є.В., Самсонкін В.М., Кудрявцев В.О., Сотников В.О., Котенко А.М., Бутько Т.В., Арсьонов В.І, Мироненко В.К. та ін., кандидати наук Кривоший Б.О., Яновський П.О., Левицький І.Ю., Запара В.М., Топчієв М.П. та ін. Розглядаючи проблему прискорення доставки вантажів в системі (ЗТС), слід і самі дослідження систематизувати. Систематизація наведена на рис. 1. В ній на чільне місце поставлена глобальна мета – прискорення доставки вантажів в ЗТС, яке забезпечується певною системою заходів і відповідних їм досліджень.

Другий розділ присвячено дослідженням системи організації сортувальної роботи та переробки вагонопотоків на мережі залізниць. В цій системі основними елементами є сортувальні станції, основними кількісними показниками їх роботи є транзитні вагонопотоки з переробкою і без переробки, а основними якісними показниками - простої на сортувальних станціях транзитних вагонів.

Була висунута гіпотеза про залежність між кількісними та якісними показниками роботи сортувальних станцій. Таку залежність можна було б використовувати для формування відповідної математичної моделі прогнозу простоїв вагонів на попутних станціях залежно від перероблюваного ними вагонопотоку та оптимізації термінів доставки вантажів. З метою виявлення таких залежностей використано звітні дані про переробку вагонів та їх простої на 36 сортувальних станціях мережі залізниць України. Аналіз показав, що про парну кореляцію між простоями транзитного вагона з переробкою і потужністю транзитного вагонопотоку з переробкою можна говорити лише з застереженнями. Можна припустити, що така залежність може бути багатофакторною, причому не всі фактори можуть мати кількісний вимір. Наприклад, у якості фактору може виступати технологія, у т.ч. режим роботи сортувальної станції чи системи сортувальної станції, режим тягового обслуговування перевезень вантажів, у т.ч. норми составу та середні швидкості руху поїздів, а також організація їх руху. Основні якісні показники використання вагонів на сортувальних станціях - простої транзитних вагонів з переробкою та без переробки дуже відрізняються для станцій залежно від перероблюваного транзитного вагонопотоку, колійного розвитку та інших чинників. В дослідженні була поставлена задача знайти залежність простоїв від згаданих вище факторів. Гістограма розподілу величин простоїв транзитних вагонів наведена на рис. 2. Ці величини підлягають логарифмічно нормальному закону розподілу із щільністю розподілу

, (1)

де - значення випадкової величини простою;

- математичне очікування випадкової величини ;

- середньоквадратичне відхилення випадкової величини від її

математичного очікування .

Рис. 2. Гістограма розподілу сортувальних станцій за простоєм транзитного вагона з переробкою

Виконані у другому розділі дослідження дозволили виділити ті параметри ЗТС, оптимізація яких дає найбільший ефект у прискоренні доставки вантажів.

Третій розділ присвячений розробці достатньо простих, готових до інженерного застосування методик оптимізації параметрів системи організації сортувальної роботи і вагонопотоків на залізничному транспорті.

Відомо, що переробка вагонів сортувальними станціями залізниць України порівняно з 1991 роком зменшилась у середньому у 2,5-3 рази. За той же час простої транзитного вагона з переробкою зросли з 8,5 – 11,2 год. до 14,5-29год. Переробні спроможності сортувальних станцій використовуються у середньому на 40%. Очевидно, що робота сортувальних станцій потребує реорганізації. В умовах України процес скорочення кількості сортувальних станцій повинен проводитись поміркованими темпами, оскільки він тягне за собою серйозні соціальні наслідки. Запропоновано інший шлях реорганізації роботи сортувальних станцій як основної ланки системи доставки вантажів, який полягає в тому, щоб здійснювати переробку вагонів і формування поїздів на станціях у денну зміну, а відправлення і просування поїздів – переважно у нічну зміну. Це забезпечить:

· скорочення простоїв транзитних вагонів з переробкою під накопиченням за рахунок згущеного підведення поїздів з ранку і на початку денної зміни;

· прискорення доставки вантажів і суттєве зменшення штрафів за прострочення доставки;

· скорочення потрібного робочого парку вагонів;

· економію трудових ресурсів і фонду заробітної плати персоналу сортувальних гірок, економію витрат на спецодяг цих працівників, економію витрат на освітлення парків станцій у темну пору доби;

· економію витрат на тягу поїздів за рахунок нижчого зонного тарифу на електроенергію у нічний час.

При цьому технологія роботи з транзитними поїздами і вагонами без переробки не змінюється. Період згущеного відправлення (прибуття) поїздів

доцільно передбачити з 2101до 0759 (11 годин = tзг), коли тарифи на електроенергію для тяги поїздів найнижчі.

Кількість поїздів, яка може бути згущено прийнята (відправлена) у період з заокругленням до меншого цілого визначається як

, (2)

де - період згущеного прибуття (відправлення), год.;

- інтервал згущеного прибуття (відправлення), год.;

- коефіцієнт (ймовірність) наявності вільних колій у парку прибуття (відправлення);

- кількість колій прибуття (відправлення) в системі.

Дослідження показали, що з 36 проаналізованих сортувальних станцій 19-21 станцію можна розглядати як такі, що підлягають переведенню на денний режим роботи сортувальних систем. На цих станціях (Стрий, Хриплін Львівської залізниці, Фастів Південно-Західної та ін.) переробляється 40% вагонопотоків мережі.

Решта вагонопотоків мережі переробляється на 14-16 потужних сортувальних станціях, режим роботи яких зберігається цілодобовим.

З урахуванням залежності України від зовнішніх поставок енергоносіїв слід переглянути підходи до розробки графіків руху поїздів з урахуванням енергозбереження. Енергозберігаючі графіки руху поїздів повинні забезпечувати:

· максимально згущене відправлення сформованих поїздів з сортувальних станцій у період з 2101, коли зонні тарифи на електроенергію найнижчі;

· максимально згущене прибуття поїздів на сортувальні станції в розформування у період до 800 з тих же міркувань що й відправлення.

Недотримання цих вимог приводить до зростання витрат на електроенергію для тяги поїздів у середньому до 68%.

Економія витрат на електроенергію для тяги поїздів визначається як:

, (3)

де - розрахункова різниця середньодобового тарифу на електроенергію та середнього зонного тарифу в період згущеного відправлення (прибуття) поїздів (з 2101до 800), грн./кВт·год.;

- питомі витрати електроенергії на тягу поїздів у вантажному русі, кВт·год/10000 ткм брутто;

- відповідно статичне навантаження і маса тари вагона, т;

- маса брутто локомотива, т;

- середня кількість вагонів у составі;

-середньодобовий транзит вагонів з переробкою на станціях, що переводяться на денний режим роботи;

- середня відстань перевезень вантажів, км;

- середньодобовий пробіг локомотива, км;

- коефіцієнт порожнього пробігу вагона (по відношенню до навантаженого);

- коефіцієнт допоміжного пробігу локомотивів;

- частка вантажообігу, що обслуговується електричною тягою.

Оскільки значення відстаней перевезень вантажів значно відрізняються за видами сполучень, а середньодобовий пробіг – по залізницях, виконано варіантні розрахунки, наведені у табл. 1.

У разі, якщо вдасться забезпечити відправлення усіх сформованих поїздів з 2101, а прибуття поїздів в переробку на сортувальні станції до 800, річна економія витрат зросте ще на 13%. Ці вимоги слід враховувати при розробці графіків руху поїздів.

Таблиця 1

Річна економія витрат на електроенергію для тяги поїздів

за рахунок переведення частини сортувальних станцій

і систем на денний режим роботи, грн.

Середньодобовий пробіг локомотива, , км | Середня відстань перевезення вантажу, , км

100 | 400 | 700 | 420

400 | 103995 | 415979 | 727963 | у середньому

500 | 83196 | 332783 | 582371

600 | 69330 | 277319 | 485309

у середньому | 382887

Для визначення величини прискорення доставки вантажів, економії робочого парку вагонів завдяки меншому часу знаходження транзитних вагонів з переробкою при режимі згущеного підводу (відправлення) поїздів і денної роботи сортувальних комплексів застосуємо наступні моделі (рис. 3).

Кількість вагонів в составі поїздів, що прибувають і відправляються () неоднозначно впливає на величину простою вагона з переробкою (простій під накопиченням зростає прямо пропорційно, простої під розформуванням - формуванням - зменшуються обернено пропорційно ). Так само неоднозначно на величину простоїв впливає й потужність вагонопотоку . Тобто маємо справу з типовою оптимізаційною задачею, причому оптимізація повинна здійснюватися як за технологічним критерієм (цільова функція – мінімум часу знаходження транзитного вагона з переробкою на станції:, ), так і за економічним критерієм – мінімум сумарних витрат, пов’язаних з простоями транзитного вагонопотоку на станції та з маневровою роботою при розформуванні – формуванні поїздів ().Задача вирішується відомими математичними методами. Після підстановки середніх для мережі залізниць значень матимемо для односистемних (S=1) і для двосистемних станцій (S=2):

; .

Формалізація задачі за технологічним критерієм має вигляд, що приводить до рівняння, за яким визначається величина оптимального составу поїзда залежно від , , та інших чинників:

(4)

Значення величин, що входять до формули (4) наведені на моделях рис.3.

При таких значеннях матимемо найменшу тривалість знаходження вагонів на станціях, визначену після підстановки з формули (4) та перетворень:

(5)

При тих же вихідних даних, що у попередньому розрахунку та год. одержимо:

Одержані результати достатньо близькі до реальних звітних значень простоїв.

За економічним критерієм (мінімум сумарних витрат) оптимізаційна задача формулюється наступним чином:

· витрати по вагоно-годинах простою транзитних вагонів з переробкою:

, (6)

де - собівартість вагоно – годин простою, грн.;

· витрати по локомотиво - годинах маневрової роботи на станціях переробки:

, (7)

де - кількість маневрових локомотивів, що працюють у сортувальних системах;

- собівартість локомотиво – години маневрової роботи, грн.

З умов (8)

матимемо після перетворень вираз для визначення оптимального з економіко – технологічної точки зору составу поїзда (для даної станції):

(9)

Розрахунки при таких же середніх вихідних даних, за умови що (по одному локомотиву в системі), дають такі результати:

m + m + m + m + m + m + m + m =

000 800 2000 2400

m – середня кількість вагонів у поїзді

а) Звичайний режим

Час знаходження вагона на станції: | Інтенсивність потоку:

Реальний час накопичення:

- середньодобовий вагонопотік з переробкою на даній станції;

- кількість призначень ПФП

- час технічного огляду після прибуття і перед відправленням;

- час розформування і формування составу;. - гірковий цикл (год. на состав)

m + m + m +… … m + m =

000 800 2100 2400

б) Режим згущеного підводу

у період і денної роботи

у період |

Інтенсивність потоку:

“Латентний”(прихований) час накопичення:

Рис. 3. Моделі для оцінки показників режимів роботи

сортувальних станцій

Організація та нормативи роботи сортувальних станцій (зокрема, встановлена норма составу поїздів, , період їх згущеного підведення – відправлення ) мають вплив на роботу прилеглих дільниць, напрямків – і навпаки. Тому слід визначити, як впливають згадані нормативи на потребу в експлуатаційному парку локомотивів і відповідні витрати.

Разом із витратами, що визначені вище, слід врахувати й витрати, пов’язані з експлуатацією потрібного парку поїзних локомотивів:

, (10)

де - довжина тягового плеча, км;

- собівартість локомотиво-години, грн.;

- собівартість локомотиво-км пробігу, грн.;

- середньодобовий пробіг поїзних локомотивів в усіх видах робіт.

Врахувавши цю статтю витрат, одержимо вираз для визначення оптимального составу поїзда з урахуванням взаємодії станцій з дільницями:

(11)

Остаточне визначення оптимального состава вантажних поїздів (крім маршрутів) здійснюється з цільової функції

(12)

яка означає, що питомі сумарні витрати, пов’язані з доставкою вантажів у розрахунку на один вагон робочого парку (), що включають витрати по вагоно-годинах робочого парку (), по локомотиво-годинах і локомотиво-кілометрах пробігу експлуатаційного парку () та витрати, пов’язані з виплатою штрафів за прострочення доставки вантажів (), повинні бути мінімальними. Значення, при якому сумарні витрати будуть мінімальними, – це й є оптимальний склад (состав) поїзда .

Після підстановок і перетворень матимемо:

. (13)

Звідки одержимо значення оптимального составу поїзда:

(14)

До формули (14) в якості перевізної плати можна підставляти

(15)

де - ставка тарифу за початково-кінцеву операцію, грн./ваг.;

- ставка тарифу за операцію перевезення, грн./ваг.-км.

При обґрунтованому у розділі 3 денному режимі роботи сортувальних систем і згущеному підведенні поїздів переважно у нічний час середній простій транзитного вагона з переробкою на сортувальній станції визначається за запропонованою моделлю, яка враховує такі чинники як m – состав поїзда, вагонів; КПР - кількість призначень плану формування поїздів сортувальної станції; tЗГ - тривалість періоду згущеного підведення поїздів, год. (якщо станція не переводиться на денний режим роботи, tЗГ =24 год.);

UП - середньодобовий транзитний вагонопотік станції з переробкою, вагон/доб.; S - кількість сортувальних систем на станції; tПР - тривалість регламентованих перерв в роботі сортувальних систем, год. (якщо сортувальна система переводиться на денний режим роботи, то tПР включає в себе tЗГ ); - коефіцієнт завантаження основних пристроїв сортувальних систем; tТО – тривалість технічних оглядів состав після прибуття і перед відправленням, год. та ін. Зазначена модель забезпечує достатню точність прогнозування термінів доставки вантажів на конкретних маршрутах перевезень.

В умовах коливання попиту на перевезення актуальною є задача оптимізації чисельності парку транспортних засобів. Якісне задовільнення попиту на перевезення вантажів в умовах його коливання потребує наявності певного резерву парку транспортних засобів (вагонів, локомотивів та ін.). В той же час додатковий парк – це додаткові непродуктивні експлуатаційні витрати в періоди зменшення попиту на перевезення. Тому при оптимізації чисельності парку необхідно знайти баланс між цими небажаними витратами в періоди падіння попиту і неодержаними доходами перевезень в періоди, коли створюється дефіцит рухомого складу при зростанні попиту.

Для формалізації та розв’язання задачі введемо величини:

- „розрахунковий” попит на перевезення, виходячи з якого визначається потреба у робочому парку транспортних засобів, одиниць на добу;

- максимально можливий попит на перевезення, одиниць на добу;

- диференціальна функція розподілу щільності ймовірності випадкової величини попиту .

Функцію розподілу визначимо за моделлю, зображеною на рис. 4. Модель ґрунтується на тому, що запас парку потрібний тоді, коли більш ймовірними є величини попиту більші середньої (). Однак надмірний запас (надлишок) парку приводить до додаткових експлуатаційних витрат. Ці витрати можна визначити як

(16)

де - підвищений попит , на який розраховується парк транспортних засобів;

- „ціна” доби надлишку одиниці парку.

Після інтегрування одержимо:

. (17)

Дефіцит парку також має наслідки „втрати” – неодержані доходи від перевезень:

(18)

де - „ціна” доби дефіциту одиниці парку.

З практичної точки зору очевидно, що ні одних (), ні інших () витрат одночасно уникнути неможливо. Однак необхідно мінімізувати їх у сумі, тобто знайти цільову функцію + Метод знаходження цього мінімуму шляхом диференціювання відомий – розв’язання рівняння відносно аргументу :

(19)

за умов та Розв’язання рівняння (19) дає значення величини попиту на перевезення , на яку слід розраховувати оптимальну чисельність парку транспортних засобів.

Для цілей аналізу одержану формулу перетворимо і покладемо у ній=1. Тоді матимемо: (20)

Результати розрахунків за формулою (20) показують що, з економічної точки зору, в умовах коливання попиту на перевезення слід утримувати робочий парк транспортних засобів на 25% менший порівняно з розрахованим за традиційним методом. Пояснюється це тим, що „ціна” доби надлишку одиниці парку значно менша ”ціни” доби її дефіциту .

Четвертий розділ присвячений обґрунтуванням конкретних технологій прискореної доставки вантажів. З цією метою опрацьовано і передано Укрзалізниці відповідну методику техніко-економічного обґрунтування оптимальної норми складу (маси) вантажних поїздів (крім маршрутів).

Запропоновано також методику технолого-економічного обґрунтування оптимального співвідношення маси та швидкості поїздів, що також є актуальним в сенсі прискорення доставки вантажів. Дослідженнями встановлено, що з економічної точки зору оптимальною середньою швидкістю поїзда (при електровозній тязі) V0 при кількості вагонів в його составі m повинна бути:

1,00

0,50

0,25

| 0 1 2

= 2

Рис. 4. Модель попиту на перевезення

(21)

де (проміжна розрахункова величина), (22)

- собівартість локомотиво-години, грн.;

- собівартість вагоно-години, грн.;

- ціна 1 кВт – год. електроенергії на тягу поїздів, грн.;

m – кількість вагонів у составі;

- маса брутто локомотива, т;

- маса брутто вагона, т;

- коефіцієнт корисної дії електровоза.

Одним з важливих принципів транспортної логістики є доставка вантажів „точно в строк”. Виконання терміну доставки має бути гарантованим, а час приймання вантажу до перевезення і час його видачі повинні бути зручними для вантажовласників. У зв’язку з цим виконано обгрунтування організації руху прискорених поїздів (переважно „нічних експресів”) для доставки вантажів з гарантованим терміном від приймання до видачі - 12, 18, 24 та 36 год. Наприклад, „12-годинний” поїзд забезпечує таку технологію транспортно – експедиційного обслуговування: якщо вантажовідправник пред’явить вантаж на будь-якій вантажній станції залізничного вузла до 1900, то вантажоодержувач, прибувши на будь-яку станцію призначення в кінцевому вузлі маршруту вже о 700 зможе цей вантаж одержати.

Паралельно з впровадженням системи нічних вантажних експресів слід продовжувати роботу по переведенню можливої кількості пасажирських поїздів в категорію денних експресів.

Техніко-економічне обґрунтування перевезень вантажів з пасажирськими поїздами, також виконане в четвертому розділі, враховує наступні обставини. Якщо багажні вагони не використовуються, залізниці несуть витрати лише по їх охороні R0. Якщо вагони використовуються для перевезення вантажобагажу з пасажирськими поїздами, то виникають нові додаткові статті витрат, пов’язані з такими операціями: екіпірування вагонів перед рейсом – R1; пробіг вагонів – R2; заробітна плата провідників – R3; маневрова робота з причеплення-відчеплення багажних вагонів – R4; додаткові стоянки пасажирських поїздів на станціях причеплення-відчеплення вагонів – R5; завантаження-розвантаження багажних вагонів (якщо воно виконується силами залізниць) – R6; завезення вантажів на станції завантаження багажних вагонів і вивезення вантажів із станцій вивантаження ( якщо такі послуги надаються залізницями) – R7.

В дохідній частині при перевезеннях вантажів пасажирськими поїздами матимемо (договірний) тариф за перевезення – D, а також (можливу) економію на штрафах за прострочення доставки вантажів S. Таким чином, умовою перевезень вантажів пасажирськими поїздами є:

D + S + R0 – R1 – R 2 – R3 – R4 – R5 - R6 - R7 > 0 (23)

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішене важливе науково-практичне завдання оптимізації визначених параметрів залізничної транспортної системи, що впливають на швидкість доставки вантажів. При цьому отримані такі результати:

1. Обгрунтовано як ефективний захід прискорення доставки вантажів впровадження поїздів зменшеного до 34-47 вагонів состава, оптимізованого за критерієм мінімуму сумарних витрат, пов’язаних з роботою локомотивів і локомотивних бригад, з вагоно – годинами робочого парку вагонів і з штрафами за прострочення доставки.

2. Розроблено методику техніко-економічного обґрунтування оптимального співвідношення маси та швидкості вантажних поїздів, що в комплексі з попереднім результатом також забезпечує прискорення доставки.

3. Встановлені аналітичні залежності для прогнозування та оптимізації термінів доставки вантажів, що враховують технологічні особливості конкретних станцій і маршрутів перевезень.

4. Обгрунтовано доцільність впровадження перевезень вантажів поїздами – нічними експресами, що обертаються за твердим розкладом, розроблено економіко – математичну модель для розрахунку параметрів і вибору таких маршрутів.

5. Розроблено комплекс базових математичних моделей технологій прискореної доставки вантажів, які можуть бути основою для створення відповідних програмно-апаратних засобів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Габа В.В. Оптимізація норм составу вантажних поїздів з урахуванням потужності вагонопотоків // Збірник наукових праць Київського університету економіки і технологій транспорту. Сер. „Транспортні системи і технології”. – К., 2003. – Вип. 4. – С. 111-117.

2. Мироненко В.К., Тітов М.Ф., Габа В.В. Концепція впровадження вантажних поїздів – нічних експресів // Залізничний транспорт України. – 2003. - № 3. – С. 16-18.

3. Габа В.В., Мироненко В.К. Оптимізація чисельності парку транспортних засобів в умовах коливання попиту на перевезення // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – 2003. - № 3. – С. 29-31

4. Мироненко В.К., Тітов М.Ф., Габа В.В. Оптимізація параметрів транспортного обслуговування на електрифікованих дільницях // Залізничний транспорт України. – 2004. - № 6. – С. 39-41.

5. Габа В.В. Інтенсифікація переробки вагонів та використання засобів на сортувальних станціях шляхом провадження денного режиму їх роботи // Збірник наукових праць Київського університету економіки і технологій транспорту. Сер. „Транспортні системи і технології”. – К., 2004. – Вип. 4. – С. 96-101.

АНОТАЦІЇ

Габа В.В. Оптимізація параметрів залізничної транспортної системи з метою прискорення доставки вантажів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.01 –Транспортні системи. – Київський університет економіки і технологій транспорту. Київ, 2005.

Дисертація присвячена питанням удосконалення процесів доставки вантажів в залізничній транспортній системі (ЗТС) шляхом виявлення та оптимізації тих її параметрів, які найбільш суттєво впливають на терміни доставки. Обгрунтований вибір тих параметрів, які найбільш істотно впливають на терміни доставки вантажів – це норма составу поїзду, режим роботи сортувальних систем і станцій, співвідношення маси і швидкості вантажних поїздів.

У роботі проаналізовано стан справ з виконанням термінів доставки вантажів на залізничному транспорті України, внаслідок чого встановлено, що тільки 25% вагонних відправок вантажів доставляються в строк, тоді як 55% - з перевищенням терміну доставки. Фактична середня швидкість доставки вантажів складає 180 км/доб., тоді як нормативна для вагонних відправок – 200 км/доб., ніж і пояснюються систематичні порушення доставки вантажів. Встановлено ті елементи ЗТС, в яких відбуваються найбільші затримки в просуванні вагонопотоків, зроблено огляд досліджень з проблеми прискорення доставки вантажів.

Розроблені та апробовані математичні моделі для оптимізації таких параметрів ЗТС, як норма состава вантажних поїздів, що впливає на час їх накопичення на сортувальних станціях, режим роботи цих станцій та критерії їх переведення на денний режим роботи, співвідношення маси та швидкості вантажних поїздів, а також запропоновано математичну модель для прогнозування терміну доставки вантажів в залежності від технологічних параметрів конкретних напрямків перевезень.

Ключові слова: залізничний транспорт, транспортна система, параметри системи, оптимізація, прискорення доставки.

Габа В.В. Оптимизация параметров железнодорожной транспортной системы с целью ускорения доставки грузов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.01 – Транспортные системы. – Киевский университет экономики и технологий транспорта. Киев, 2005.

Диссертация посвящена вопросам совершенствования процессов доставки грузов в железнодорожной транспортной системе (ЖТС) путём выявления и оптимизации тех её параметров, которые наиболее существенно влияют на сроки доставки. Обоснован выбор тех параметров, которые наиболее существенно влияют на сроки доставки грузов – это норма состава поезда, режим работы сортировочных систем и станций, соотношение массы и скорости грузовых поездов.

В работе проанализировано положение дел с выполнением сроков доставки грузов на железнодорожном транспорте Украины, в результате чего установлено, что только 25% вагонных отправок грузов доставляются в срок, тогда как 55% - с превышением срока доставки. Фактическая средняя скорость доставки грузов составляет 180 км/сут., в то время как нормативная для вагонных отправок – 200 км/сут., чем и объясняются систематические нарушения доставки грузов. Установлены те элементы ЖТС, в которых происходят наибольшие задержки в продвижении вагонопотоков – это сортировочные станции, где вагоны попадают в переработку, сделан обзор исследований по проблеме ускорения доставки грузов, который подтвердил правильность выбора оптимизируемых параметров.

Разработаны и апробированы математические модели для оптимизации таких параметров ЖТС, как норма состава грузовых поездов, влияющая на время их накопления на сортировочных станциях, режим работы этих станций и критерии их перевода на дневной режим работы, соотношения массы и скорости грузовых поездов, а также предложена математическая модель для прогнозирования срока доставки грузов в зависимости от технологических параметров конкретных направлений перевозок..

Ключевые слова: железнодорожный транспорт, транспортная система, параметры системы, оптимизация, ускорение доставки.

Gaba V.V. Optimization of railway transport system parameters aimed at acceleration of cargo delivery.

The dissertation is on competition of a scientific degree of Cand. Of Tech. Sci. in a speciality 05.22.01 – Transport systems. The Kyiv University of Transport Economy & Technologies. Kyiv, 2005.

The dissertation is devoted to perfection of cargo delivery processes in railway transport system (RTS) by means of optimization of some TRS parameters having serious impact on cargo delivery duration. Among many parameters that influence cargo delivery terms the most significant are chosen, that is the train lenghth, time schedule of railway marshalling yards and system operation as well as train weight/speed ratio.

The work contains analysis of cargo delivery terms and evaluations of TRS elements responsible for delivery delays. As a result it was found that only 25% of cargo sendings are delivered in time, while for 55% of them delivery time exceed the normative terms. Actual average cargo delivery speed is 180 km per day, while the normative speed for wagon loads is 200 km per day, and that is why the normative delivery terms are exceeded systematically.

Adequate mathematic models have been developed to optimize such parameters as train weights, marshalling yards operation regimes, criteria formulated for turning a marshalling yard to day-time operation to save costs and accelerate cargo delivery.

Key words: railway transport, transport system, system parameters, optimization, delivery acceleration.

Підписано до друку 21 вересня 2005 р. Формат 60х90/1б

Папір – офсетний. Спосіб друку – ризографія. Ум.-друк. арк. 1,0. Обл. вид. арк. 0,9.

Замовлення № 224-05. Наклад 100 прим. _____________________________________________________________________________

Надруковано у Видавництві КУЕТТ.

Свідоцтво про реєстрацію № 141 від 30.10.2001 р.

03049, м. Київ-49, вул. Лукашевича, 19.