Главная | Обратная связь

Оптимизационные логистические решения управления транспортировкой в цепях поставок. Методы и модели оптимальной маршрутизации

Эффективное управление транспортировкой возможно, если выработаны управленческие решения.

Под управленческим решением понимается некое предписание к действию, а под принятием решения – выбор наилучшего (в некотором смысле) из возможных альтернатив.

Поскольку управление на транспорте, как и в других отраслях народного хозяйства, распространяется на функционирующий персонал, транспортную технику и технологию, постольку все управленческие решения прямо или косвенно связаны с выбором путей и способов улучшения организации транспортного производства, повышения эффективности использования производственного и служебного персонала, технических средств транспорта, совершенствования технологических процессов.

Вместе с ростом объема перевозок и материально-технической базы увеличивается сложность управления огромным транспортным хозяйством. Эффективное использование каждого вида транспорта и транспортной системы в целом все в большей мере определяется единством ритма и слаженностью работы грузовых станций, железных дорог, морских и речных портов, промышленного и городского транспорта. Это предъявляет новые требования к оптимизации управленческих решений на всех видах транспорта и на всех уровнях транспортной системы: при планировании и распределении перевозок в масштабах транспортной отрасли, комплексной эксплуатации транспорта на крупных полигонах и направлениях сети, проектировании и развитии пунктов стыкования разных видов транспорта в транспортных узлах.

Планирование перевозочной деятельности заключается в определении оптимальных маршрутов движения транспортных средств, позволяющих выполнить договорные обязательства с наименьшими затратами.

Маршрут движения - путь следования подвижного состава при выполнении перевозок.

Наиболее применяемой в настоящее время является классификация, при которой выделяются маятниковые и кольцевые маршруты.

Маятниковый маршрут - это маршрут, при котором путь следования автомобиля между двумя грузовыми пунктами неоднократно повторяется. Они бывают:

с обратным холостым пробегом (р < 0,5);

с обратным не полностью груженым пробегом (0,5 < Р < 1,0);

с обратным груженым пробегом (Р = 1,0),

где Р - коэффициент использования пробега автомобиля на маршруте, определяется как отношение груженого пробега к общей протяженности маршрута.

Кольцевой маршрут - это маршрут следования автомобиля по замкнутому контуру, соединяющему несколько отправителей и/или получателей. Разновидностью кольцевых маршрутов являются развозочные, сборные и сборно-развозочные маршруты, организуемые в тех случаях, когда масса груза, получаемая (отправляемая) корреспондирующими пунктами, меньше грузоподъемности подвижного состава. При движении по развозочным (сборным) маршрутам производится постепенная выгрузка (погрузка) груза, а на сборно-развозочном маршруте происходит одновременная погрузка и выгрузка грузов.

 

4.2.1 Общий алгоритм планирования грузовых автомобильных перевозок

В период централизованного регулирования экономикой планирование перевозок между производителями и потребителями продукции успешно осуществлялось в рамках задач: транспортной и маршрутизации.

В этот период основной идеей транспортной задачи было рациональное с точки зрения затрат на перевозку закрепление потребителей за поставщиками. Применялась она для планирования перевозок массовых грузов: удобрения и проведение уборочных работ в сельском хозяйстве; продукции машиностроения; строительных грузов и т. п.

Целью маршрутизации перевозок была минимизация общего пробега автомобиля в течении смены посредством, во-первых, "увязки" ездок при планировании перевозок массовых грузов; во-вторых, организация движения при развозочных, сборных или развозочно-сборных маршрутах. Задача "увязки" ездок возникала в случае, когда автомобиль в течение смены должен перевезти груз от одного или нескольких отправителей нескольким получателям по маятниковым маршрутам. При развозке продуктов (товаров) со склада в магазины, сборе тары и т. д. решалась задача коммивояжера (второй тип задач маршрутизации).

На сегодняшний день в структуре грузооборота 80% составляют мелкопартионные грузы, перевозимые или по маятниковым, или по развозочным (сборным, сборно-развозочным) маршрутам. При такой схеме организации перевозок не отпадает необходимость решения транспортной задачи. Об этом свидетельствует и данные проведенного опроса среди автотранспортных предприятий северо-западного региона России (РФ), основной целью которого было выяснить схему работы автомобиля на маршруте. Результаты опроса приведены в таблице 17.

Таблица 17

Результаты опроса.

Схема работы автомобиля на маршруте	Количество рейсов, %
Одно место погрузки, одно место разгрузки	31,0
Одно место погрузки, несколько мест разгрузки	43,5
Несколько мест погрузки, одно место разгрузки	8,5
Несколько мест погрузки и разгрузки	17,0

 

Таким образом, 52% предприятий осуществляют перевозку по кольцевым развозочным или сборным маршрутам и 31% - по маятниковым маршрутам. Только 17% респондентов отметили сложную схему организации движения "несколько мест погрузки и разгрузки", 80% из которых занимаются междугородними перевозками, и указанная схема работы с клиентами возникает из-за стремления увеличить степень использования автомобиля по грузоподъемности (грузовместимости).

Дальнейшие исследования и опросы перевозчиков показали: в настоящее время классическая транспортная задача решается для крупных фирм, имеющих сеть складов или филиалов, а так же для средних и мелких предприятий, для уменьшения транспортных затрат при массовой перевозке сырья или готовой продукции. Решение задачи маршрутизации по-прежнему особенно актуально при внутригородских перевозках.

Для решения поставленных задач в транспортной логистике используются следующие методы и модели:

1. модели выбора перевозчика;

2. маршрутизация перевозок (транспортная задача, задача коммивояжера и др.);

3. модель "точно – во – время";

4. экономико-математическая модель макрологистической системы (производственно-транспортная задача);

5. модели "производство – транспорт – потребление" и др.

При решении задач по оперативному планированию грузовых автомобильных перевозок основными экономико-математическими моделями являются модели транспортной задачи и задач маршрутизации. Развитие систем доставки грузов показывает, что дальнейшая интенсификация процесса перевозки возможна только за счет внедрения принципа фиксированного времени доставки грузов потребителям, то есть применения логистического принципа "точно – во – время".

С точки зрения организации перевозочного процесса возможны три основные схемы, с которыми сталкиваются автотранспортные предприятия (табл. 18).

Первая схема организации перевозок, наиболее простая с точки зрения планирования, "один – к – одному" не требует от автотранспортного предприятия решения ни транспортной задачи, ни задачи маршрутизации.

Планирование деятельности автотранспортного предприятия в случае организации перевозки по схеме 2 ("один – ко – многим") требует решения задачи маршрутизации, которая включает в себя решение:

- задачи "увязки" ездок, если между грузоотправителями и грузополучателями перевозка осуществляется только по маятниковым маршрутам;

- задачи коммивояжера, если между грузоотправителями и грузополучателями перевозка осуществляется только по развозочным (сборным или сборно-развозочным) маршрутам;

- двух вышеперечисленных типов задач, если при организации перевозочного процесса используются как маятниковые, так и развозочные (сборные или сборно-развозочные) маршруты.

 

Таблица 18

Схемы организации перевозочного процесса

Условное название схемы	Схема перевозочного процесса
1. Один – к – одному
2. Один – ко – многим
3. Многие – ко - многим

 

При организации движения по схеме "многие – ко – многим" требуется на первом этапе решить транспортную задачу, затем задачу маршрутизации (второй этап).

Учитывая возможные варианты схемы организации движения автомобиля на маршруте и временные ограничения, накладываемые на перевозку, планирование на автотранспортном предприятии можно представить в виде алгоритма (рис.8).

Рассмотрим более подробно блоки разработанного алгоритма. В первом блоке формируется база данных, включающая сведения о количестве транспортных средств, их типе и грузоподъемности; количестве грузоотправителей и грузополучателей; ограничениях, накладываемых грузоотправителем и грузополучателем на партию груза, которая может быть отправлена и получена соответствующим субъектом; временных ограничениях по доставке грузов в пункты назначения и их вывозу из пунктов отправления; затратах на перемещение единицы груза от каждого отправителя каждому получателю и другие. На основе полученной информации определяется схема организации перевозок (второй блок). Анализ клиентурных заявок позволяет сгруппировать их по схемам согласно таблице 18.

В третьем блоке, вначале, проверяется условие: используется ли при перевозке груза схема "многие – ко – многим". Если условие выполняется, то решается транспортная задача.

Экономико-математическая модель транспортной задачи для целевой функции в виде транспортной работы представлена формулами (2) – (6):

, (2) (2)

, (3) (3)

, (4) (4)

, (5) (5)

, (6) (6)

где i – количество поставщиков;

j – количество потребителей;

a_i – ограничения по предложению;

b_j – ограничения по спросу;

c_ij – кратчайшее расстояние между i –ой и j-ой точками;

x_ij – объем грузов, перевозимых между i-й и j-й точками.

Критерием оптимальности в транспортной задаче в общем виде могут выступать минимум транспортной работы в тонно-километрах, затраты времени или стоимость перевозки.

Для решения транспортной задачи разработаны специальные методы, позволяющие из множества возможных решений найти оптимальное. Одним из таких методов является распределительный метод, который имеет несколько разновидностей, отличающихся в основном способом выявления оптимального решения. Наиболее известны три разновидности: метод Хичкова; метод Креко; моди­фицированный распределительный метод, или метод потенциалов. Первоначальное допустимое решение может быть полу­чено несколькими способами. Наиболее простым является способ северо-западного угла.

Для получения приближенного к оп­тимальному первоначально допустимого плана перевозок чаще всего предлагается использовать методы наименьшего элемента в матрице; двойного предпочтения; аппроксимации Фогеля.

Для решения транспортной задачи и определения кратчайших расстояний в настоящее время широко используются встроенные возможности Microsoft Excel.

 

 

Рис. 8. Общий алгоритм планирования грузовых автомобильных перевозок

На последнем этапе третьего блока определяется, по каким маршрутам – маятниковому или развозочному (сборному или сборно-развозочному) – будет перевозиться груз от каждого отправителя к получателям, закрепленными за ним после решения транспортной задачи.

В четвертом блоке проверяется условие: используется ли при перевозке груза схема "один – к–одному". Если условие не выполняется, то перевозка между грузоотправителями и грузополучателями осуществляется по схеме 2 ("один – ко – многим"), при которой требуется решать задачи маршрутизации.

Математическая постановка задачи маршрутизации зависит от типа маршрута, по которому планируется осуществлять перевозку груза, - по маятниковым или развозочному (сборному, сборно-раз­возочному). В первом случае решается задача «увязки» ездок, а во втором – «задача коммивояжера». Дополнительной исходной информа­цией для рассматриваемых задач является матрица кратчайших расстояний между потребителями, поставщиками и автотранспортным предприятием, которая строится в четвертом блоке предложенного алгоритма. Первоначальный набор пунктов в маршруты производится исходя из совместимости грузов - для маятниковых маршрутов, исходя из грузоподъемности транспортного средства – для развозочных (сборных или сборно-развозочных) маршрутов.

Маршрутизация перевозок на автомобильном транспорте позволяет реализовать логистический принцип «от двери до двери».

Существует множество математических методов, позволяющих найти как точное, так и приближенное решение поставленной задачи. Среди методов, дающих точное решение, наибольшее распространение получил метод «ветвей и границ», среди приближенных - метод Кларка-Райта, ускоренный метод «ветвей и границ».

Однако расчет с использованием точных методов решения задач оперативного планирования и моделирования − довольно трудоемкая и занимающая большое количество времени операция. При этом необходимо отметить, что не всегда есть возможность использовать ЭВМ для решения поставленных задач. Поэтому предлагается проводить вычисления с использованием точных расчетных ме­тодов только при жестких ограничениях на время выполнения договорных обязательств, выдвигаемых потребителями автотранспортной услуги. В противном же случае достаточно будет оценить с предельной долей вероятности наиболее оптимальный маршрут и время доставки груза, т. е. использовать ускоренный алгоритм планирования перевозочной деятельности.

В алгоритме планирования перевозочной деятельности использованы следующие методы:

1. Для определения кратчайших расстояний между пунктами маршрута при внутригородских перевозках - математическая фор­мула определения длины отрезка. Для международной и междуго­родней перевозки - таблица кратчайших расстояний.

, (7)

где x_i (y_i), x_j (y_j) - координаты i-го и j-го пунктов транспортной се­ти в декартовой системе координат соответственно.

Формула эффективно применяется для определения расстоя­ний между пунктами в условиях густо разветвленной транспортной сети, т. е. в крупных городах и экономически развитых районах, в этом случае погрешность в расчетах будет минимальной.

1. Для решения транспортной задачи - метод аппроксимации Фогеля, при котором полученное первоначальное распределение, особенно при небольшом количестве пунктов, является оптималь­ным или достаточно близким к нему.

Метод Фогеля заключается в следующем:

1. исходная матрица дополняется столбцом и строкой. Затем в каждой строке и каждом столбце матрицы находятся два наимень­ших элемента, и определяется абсолютная разность между ними, которая заносится соответственно разности по строке в столбец разностей, разности по столбцам - в строку разностей. Если две клетки в одной и той же строке или столбце имеют одинаковые значения, то разность для этой строки или столбца принимается равной нулю;

2. выбирается наибольшая величина разности независимо от того, стоит ли она в столбце или строке разностей. В клетку с ми­нимальным элементом в данной строке или столбце заносится мак­симально возможная загрузка с учетом соотношения ресурсов по­ставщика и спроса потребителя. Если окажется, что спрос потреби­теля полностью удовлетворен или ресурс поставщика полностью исчерпан, то данная строка или столбец матрицы из дальнейшего рассмотрения исключаются;

3. после заполнения клетки матрицы разности пересчитываются, и операция повторяется вновь до тех пор, пока не будет со­ставлена допустимая программа распределения.

- Для составления маршрутов - метод воображаемого луча (метод Свира), когда луч, исходящий из точки, обозначающей грузоотправителя, постепенно вращаясь по (или против) часов стрелки, «стирает» с карты изображения грузополучателей, фиксируя сектор, обслуживаемый одним кольцевым маршрутом.

- Для решения задачи коммивояжера применяется ускоренный метод «ветвей и границ», при котором решение ведется только по одной «ветке», без проверки других на оптимальность.

Решение задачи коммивояжера, т. е. определение оптимального порядка объезда пунктов развозочного маршрута, производится методом «ветвей и границ».