Принципиальная схема организации перевозки груза

Всякий грузопоток характеризует четырехиндексное число - пункт отправления, пункт назначения, класс груза, отрезок времени (временной интервал) на перевозку.

В свою очередь, перевозка грузов связана: со схемой (картограммой) грузопотока; со скоростью движения подвижного соста­ва; с емкостью (грузоподъемностью) подвижного состава: (чем больше грузоподъемность единицы подвижного состава, тем меньше себестои­мость транспортирования, но зато больше себестоимость простоев. Для любого сочетания грузопотоков существует оптимальная грузоподъем­ность единицы подвижного состава).

На рис. 6.1 приведена принципиальная схема организации перевозки груза.

В данной принципиальной схеме можно выделить два контура. Первый - количество груза, доставленного грузополучателю, должно соответствовать грузопотоку перевозочного комплекса. Разница между входом и выходом ΔW=W_Q – W(t) подается по цепи обратной связи на грузообразующий пункт и через оператора О, изменяет плановую вели­чину провозной возможности перевозочного комплекса. Оператор 0₁ осуществляет соответствие между грузопотоком и провозной возможно­стью перевозочного комплекса.

где: σ - среднее квадратическое отклонение провозной возможности перевозочного комплекса, т;

δ_Г - стоимость одной тонны груза, руб./т;

Р - тарифная плата за перевозку, руб./т.

Планируемая величина его провозной возможности W'_k в свою оче­редь преобразуется в действительную провозную возможность W_к, с по­мощью оператора 0₂.

Второй контур представляет собой изменения в объеме перево­зок, связанные со спросом получателя на данную продукцию (груз).

Свои потребности он подает в виде заказов по другой цепи связи на грузообразующий пункт и на перевозочный комплекс. Изменение по­требности получателя в данном грузе влияет на действительную провоз­ную возможность, что отражается, прежде всего, на выходе системы. Это действие выполняется оператором 0₃.

Независимыми переменными будут являться производительность грузообразующего пункта и потребность получателя, которые могут при­нимать произвольные значения. Обратная связь от выхода к входу не может существенно влиять ни на одну из этих величин, однако может оказывать значительное влияние на грузопоток перевозочного комплекса. Изменение грузопотока оказывает влияние на величину плановой про­возной возможности, а спрос грузополучателя - на использование реаль­ной провозной возможности перевозочного комплекса. Несоответствие между грузопотоком перевозочного комплекса и спросом грузополуча­теля передается на вход перевозочной системы и приводит к дополни­тельному увеличению колебания грузопотока. Таким образом, действия оператора О₃ связаны с организацией и управлением перевозочным про­цессом.

Определение соответствия между плановой и фактической провозными возможностями перевозочного комплекса

Для объективной оценки и сравнения производительности подвижно­го состава автотранспорта, работающего в различных эксплуатационных условиях, необходимо ввести понятие «потенциальная провоз­ная возможность». Под ним понимается производительность пе­ревозочного комплекса при рациональных технико-эксплуатационных показателях, несоблюдение которых приводит к снижению провозной возможности перевозочного комплекса. Реализация потенциальных про­возных возможностей зависит от дорожных, климатических условий, технического состояния подвижного состава, мощности автотранспорт­ного предприятия и других факторов, которые зависят (внутренние усло­вия) и не зависят (внешние условия) от деятельности коллектива пред­приятия.

Реальная провозная возможность перевозочного комплекса для конкретных условий организации перевозок может быть установлена с помощью корректирующего коэффициента:

где: W_к^’ - потенциальная (планируемая величина) провозная возможность перевозочного комплекса, т;

К_а - коэффициент, учитывающий внешние и внутренние условия организации перевозок.

В свою очередь, значение коэффициента, учитывающего внешние и внутренние условия организации перевозок, зависит от возраста подвиж­ного состава, мощности автотранспортного предприятия, квалификации водителей, организации работы и интенсивности отказов подвижного со­става.

Влияние старения подвижного состава на его провозную возмож­ность. Известно, что с увеличением возраста автомобиля увеличиваются затраты на его содержание, текущий ремонт и уменьшается его произво­дительность. В табл. 6.1 приведены данные о распределении среднегодо­вых пробегов различных моделей автомобилей автотранспортных пред­приятий. При этом связь между среднемесячным пробегом L и «возрас­том» автомобиля t может быть выражена уравнением

где: а₀, а_1t, а_гt² - коэффициенты;

t - порядковый год эксплуатации автомобиля.

Таблица 6.1

Данные о распределении среднегодовых пробегов автомобилей

Значения коэффициентов а₀, а_1t, а_гt² зависят от типа автомобиля, ус­ловий эксплуатации и в общем виде могут быть определены из системы уравнений

Таким образом, если принять пробег автомобиля, а следовательно и его производительность (с достаточной точностью можно сказать, что для конкретных условий работы провозная возможность автомобиля прямо пропорциональная его пробегу) в первый год эксплуатации за еди­ницу, то во второй год он составит

В этом случае коэффициент, учитывающий старение и уменьшение провозной возможности единицы подвижного состава определенной марки автомобиля перевозоч­ного комплекса, определится из следующего выражения:

где: А_i - инвентарное количество подвижного состава i -й возрастной группы.

Фактическая общая грузоподъемность подвиж­ного состава перевозочного комплекса с учетом старения подвиж­ного состава будет

где: Aj - инвентарное количество j -й модели подвижного состава;

Qj - реальная провозная возможность единицы подвижного состава j -й модели;

q j - грузоподъемность единицы подвижного состава j -й модели.

Влияние мощности автотранспортного предприятия на провоз­ную возможность подвижного состава. Чтобы исследовать влияние мощности автотранспортного предприятия на провозную возможность подвижного состава, была проанализирована работа предприятий, заня­тых перевозкой строительных грузов. По количеству имеющихся авто­мобилей их разделили на следующие группы: 10-25; 26-50; 51-100; 101- 200; 201-300; более 300.

В каждой группе обобщались данные не менее чем по 10 автотранс­портным предприятиям. По каждой группе анализировались: эксплуата­ционная скорость, время в наряде, среднесуточный пробег, коэффициен­ты использования пробега и грузоподъемности, производительность ав­томобиля и себестоимость перевозок. В табл. 6.2 приведены показатели работы автотранспортных предприятий различной мощности.

Таблица 6.2

Показатели работы автотранспортных предприятий

Согласно анализу, значение коэффициента K_a^м, учитывающего влияние мощности автотранспортного предприятия на провозные воз­можности подвижного состава, описывается уравнением

где: А - среднее число автомобилей рассматриваемой группы автотранс­портных предприятий.

Влияние квалификации водителей на провозную возможность подвижного состава. Для анализа влияния классности водительского состава на провозную возможность подвижного состава было организо­вано наблюдение за работой автомобилей ЗИЛ-130, ГАЗ-53А и МАЗ-500. Автомобили каждой модели работали в идентичных условиях. Наблюде­ние велось за 50 автомобилями каждой модели. По каждому автомобилю учитывались следующие показатели: число рабочих дней на линии, дни простоя, число возвратов с линии по технической неисправности, про­стой на линии по технической неисправности, пробег с грузом и общий пробег. В табл. 6.3 приведены данные о работе водителей на автомобилях ЗИЛ-130, а на рис. 6.2 - изменение пробега автомобилей ЗИЛ-130, ГАЗ- 53А и МАЗ-500 в зависимости от классности водителей, работающих на них. За единицу принят пробег автомобилей, на которых работают води­тели 1 класса.

Таблица 6.3

Показатели работы водителей I - II - III класса

Анализ показал, что повышение квалификации водительского соста­ва приводит к увеличению эксплуатационной скорости движения, числа дней работы на линии, а также к снижению простоев на линии по техни­ческим неисправностям автомобиля, времени простоя в ремонте и воз­врата с линии по техническим неисправностям. Значение коэффициента K_a^к, учитывающего влияние классности водителей на провозную воз­можность подвижного состава при планировании перевозок, будет сле­дующим: для водителей первого класса - 1,0; второго класса - 0,85 и третьего класса - 0,79.

где: Р_оч - вероятность очереди ожидающих автомобилей в пункте погрузки;

ρ - приведенная плотность входящего потока автомобилей.

Таким образом, чем больше автомобилей работает в перевозочном комплексе при одной и той же длине ездки с грузом, тем выше произво­дительность пункта погрузки и ниже производительность отдельных ав­томобилей, входящих в перевозочный комплекс. Увеличение значения вероятности очереди означает увеличение времени простоя автомобилей в погрузочно-разгрузочных пунктах и, как следствие, снижение провоз­ной возможности каждой единицы подвижного состава. В этом случае провозная возможность перевозочного комплекса будет

а производительность одного автомобиля:

где n - число автомобилей в перевозочном комплексе.

Проверка аналитической зависимости производительности от числа работающих в перевозочном комплексе автомобилей проводилась на строительных объектах Волгоградгидростроя при перевозке грунта и песка самосвалами MA3-503 в комплексе с экскаватором с ковшом вме­стимостью 1 м³.

Следовательно, значение коэффициента К_а^а, учитывающего влияние числа единиц подвижного состава, работающих в перевозочном комплек­се, на провозную возможность определится как:

В свою очередь, время, необходимое на выполнение цикла транспортного процесса, определяется

где: t₀ - время обслуживания в пункте погрузки или разгрузки, ч;

I - интервал движения автомобилей;

n - число работающих в системе автомобилей;

t_ц - время, необходимое на выполнение цикла, когда в системе ра­ботает один автомобиль и отсутствуют элементы ожидания по­грузки и разгрузки в одноименных пунктах, ч;

t_ож - время ожидания автомобиля в пунктах погрузки и разгрузки, ч.

С увеличением числа автомобилей, работающих в комплексе, возрас­тает не только приведенная плотность потока автомобилей, но и продол­жительность цикла за счет увеличения продолжительности элементов ожидания погрузки и разгрузки. Решение уравнения трудоемко, поэтому для определения приведенной плотности потока автомобилей можно пользоваться уравнением

где: n - число автомобилей, работающих в комплексе.

Расчеты показывают, что рассмотренные параметры системы массо­вого обслуживания очень незначительно зависят от закона распределения обслуживания при малой величине приведенной плотности потока авто­мобилей, а зависят главным образом от среднего значения времени об­служивания. С увеличением величины плотности потока автомобилей, когда последняя приближается к единице, закон распределения времени обслуживания играет весьма существенную роль.

При организации перевозок А = sn автомобилями ( s - количество постов погрузки) работу пункта погрузки можно организовать несколь­кими способами:

а) за каждым постом погрузки закрепляется п определенных автомо­билей;

в) все А автомобилей обслуживаются s постами, причем очередной автомобиль поступает на первый освободившийся пост погрузки.

Такие ситуации путем математической схематизации могут быть све­дены к задачам, рассматриваемым в теории массового обслуживания. Методы теории массового обслуживания путем моделирования работы системы позволяют находить основные ее показатели (среднее время ожидания начала обслуживания, средняя длина очереди, загрузка постов погрузки-разгрузки и др.). При работе пункта погрузки, имеющего два погрузочных поста, в первом случае имеем две одноканальные системы массового обслуживания, во втором случае - одну систему с двумя по­стами обслуживания.

В первом случае к каждому погрузочному посту будет поступать по­ток автомобилей интенсивностью λ, а во втором случае - 2λ .

Параметр, характеризующий ритм погрузки, по первому варианту будет 2μ₀ , по второму -μ₀. Занятость поста погрузки опре­деляется долей времени, в течение которого в системе находится хотя бы один автомобиль:

Решение и анализ уравнений показывают, что организация работы пункта погрузки по второму варианту позволяет более чем в два раза со­кратить время простоя подвижного состава в ожидании погрузки, а сле­довательно, увеличить фактическую провозную возможность перевозоч­ного комплекса. Значение коэффициента K_a^р, учитывающего влияние ор­ганизации работы на реальную провозную возможность перевозочного комплекса, выводится из уравнения:

Влияние интенсивности отказов автомобилей на провозную воз­можность перевозочного комплекса. Надежность автоперевозок связа­на с надежностью работы автомобилей на линии. Отказы отдельных автомобилей на линии возникают по многим причинам: из-за поломок, ава­рий, внезапной болезни водителя и т. д. Отказ одного или нескольких ав­томобилей не всегда связан с отказом перевозочного процесса. Однако уменьшение числа работающих автомобилей в перевозочном комплексе приводит к уменьшению объема перевозок, изменению уровня эффек­тивности, нарушению работы обслуживаемых транспортом предприятий.

Для выполнения расчетов и прогнозирования на их основе надежно­сти перевозочного процесса необходимо знать законы распределения от­казов автомобилей, работающих на линии. Эта закономерность устанав­ливается экспериментальным путем.

При определении закона распределения отказов подвижного состава автотранспорта принято, что все вышедшие на линию единицы подвиж­ного состава (бортовой автомобиль, самосвал, тягач и т. д.) являются од­нотипными элементами. За продолжительность интервала испытания принимается продолжительность пребывания автомобиля на линии за смену. Отказавшие автомобили не заменяются.

Таким образом, в начале смены t₀ = 0 на линии работает n автомо­билей с одинаковым распределением вероятностей отказа F(t).

К момен­ту времени t ожидаемое число отказов будет

ожидаемое число исправных автомобилей -

и частота выхода автомобилей из рабочего состоя­ния -

где: f(t) - функция плотности вероятности отказов автомобилей.

Закономерность и параметры распределения надежности работы под­вижного состава определяются так. В автотранспортном предприятии, выпустившем на работу п автомобилей, через равные промежутки вре­мени Δt -1 ч после начала работы фиксируется число автомобилей, воз­вратившихся с линии по техническим неисправностям или простаиваю­щих неисправными на линии. Отмечая моменты возникновения отказов (моментом появления отказа считается время регистрации прибывшего на контрольный пункт технически неисправного автомобиля или время принятия контрольным механиком сведения о неисправности автомобиля на линии), определяем функцию F(t) и условную плотность вероятности отказа автомобилей h(t:

Экспериментальные данные об отказах автомобилей, работающих в относительно стабильных условиях, представляют собой качественно од­нородную информацию, обработанную методами математической стати­стики. Они позволяют получить достаточно достоверные характеристики надежности автоперевозок.

При этом эмпирическая функция надежности работы автомобилей на линии хорошо описывается экспоненциальным распределением

где: λ - коэффициент интенсивности отказов за 1 ч работы;

где: φ - общее число отказов за 1 ч работы.

Зная функцию распределения интенсивности отказов F(t) и ее пара­метры, можно составить матрицу переходов Р для любых случаев орга­низации перевозочного процесса. В начале смены t₀ = О система находит­ся в состоянии 0. Используя допущения, что вероятность перехода в ин­тервале t, t + Δt равна λΔt, вероятность появления более одного отказа в интервале t, t + Δt равна 0 • Δt и вероятности перехода не зависят от состояния системы, матрица переходов Р будет иметь вид:

Если в момент t система находится в состоянии 0, то условная веро­ятность остаться в этом состоянии в момент t + Δt равна 1 -λΔt, вероят­ность перехода в состояние номер 1 - λΔt, вероятность перехода в со­стояние с номером больше 1 - 0 • Δt и т. д.

Решение этой системы находится либо с помощью матричных мето­дов, либо непосредственно из дифференциальных уравнений. Вероятно­сти пребывания в каждом состоянии определяются так:

Тогда система дифференциальных уравнений будет иметь вид:

Так как при t₀ = 0 все автомобили, вышедшие на линию, исправны, то начальные условия будут

Решая эту систему, используя преобразования Лапласа, переходя к системе алгебраических уравнений, можно установить вероятность появ­ления точно к отказов (к ≤ п) к моменту времени t:

Полученное уравнение представляет собой выражение вероятности появления точно к отказов согласно распределению Пуассона.

По своему характеру отказы отдельных единиц подвижного состава относятся к необесценивающимся, т. е. после восстановления работоспо­собности процесс возобновляется с того момента, на котором был пре­рван. Вся выполненная транспортная работа между соседними отказами является полезной. Возможны и случаи, когда обесценивается часть вы­полненной работы (связанной с порчей перевозимого груза в результате отказа подвижного состава).

Значение коэффициента, учитывающего влияние отказов автомоби­лей на провозную возможность перевозочной системы, выводится из уравнения

Уменьшение интенсивности отказов автомобилей и, следовательно, повышение фактической провозной возможности транспортных сис­тем связано со следующими условиями:

применение наиболее надежных автомобилей;

повышением их технического состояния за счет совершенствования организации технического обслуживания и текущего ремонта;

улучшением условий работы агрегатов и узлов за счет разработки и осуществления оптимальных режимов движения автомобилей на мар­шруте и другими мероприятиями.

Таким образом, величина коэффициента, учитывающего влияние внешних и внутренних условий на фактическую провозную возможность перевозочного комплекса, будет

Использование показателя «потенциальная провозная возможность» подвижного состава и корректирование его с помощью коэффициентов, учитывающих мощность автотранспортного предприятия, «возраст» под­вижного состава, квалификацию водителей, организацию работы автомо­билей, интенсивность отказов и так далее, позволяет проектировать и ор­ганизовывать перевозочный процесс с любой, необходимой степенью на­дежности, повышая тем самым эффективность перевозок, и сравнивать более объективно работу автотранспортных предприятий, выполняющих перевозки в различных условиях.

Таким образом, одним из факторов, влияющих на эффективность ав­топеревозок, является надежное функционирование перевозочного ком­плекса. Для повышения надежности широко применяется метод резерви­рования подвижного состава.

Отсутствие методики определения оптимального резерва подвижного состава приводит к значительным потерям в результате несвоевременно­сти перевозок грузов как из-за несоздания резерва автомобилей, так и из- за излишнего их числа.

При перевозке грузов возможны два варианта организации работы автомобилей:

а) имеет n однотипных автомобилей. При отказе любой из них не­медленно заменяется исправным;

б) имеет n однотипных автомобилей. Замена отказавшего автомоби­ля на исправный не производится.

Организация работы по первой схеме связана с применением резер­вирования. Суть его состоит в том, что в перевозочную систему добав­ляют один или несколько резервных автомобилей, которые по мере отка­зов последовательно подключаются на место основных автомобилей и выполняют их функции. При организации перевозочного процесса ре­зервные автомобили, до момента включения их в работу, могут нахо­диться в ненагруженном или нагруженном резерве. Ненагруженный резерв - это автомобили, которые не находятся в рабочем со­стоянии и до их включения вместо основного работающего автомобиля не могут отказать. Нагруженный резерв - это автомобили, на­ходящиеся в том же режиме работы, что и основные. Второй вариант ре­зервирования в практике организации перевозок грузов применяется зна­чительно чаще, чем первый.

Наличие в резерве какого-то количества автомобилей, естественно, снижает производительность подвижного состава автотранспорта и по­вышает себестоимость перевозок. Последняя линейно возрастает с уве­личением в перевозочный системе количества автомобилей, по формуле

где: С - себестоимость использования одного автомобиля.

Исходя из этого, потребность в резервировании возникает тогда, ко­гда существуют определенные ограничения на организацию перевозок. Эти ограничения могут быть связаны с обеспечением: перевозок опреде­ленного объема груза в определенный срок; минимальной стоимости пе­ревозок определенного объема груза, с учетом ущерба от несвоевремен­ной его доставки; минимальной стоимости перевозок и погрузочно-разгрузочных работ и т. д. Иначе говоря, ограничение накладывается ли­бо на отдельные звенья, либо на комплекс в целом.

Когда не обязательна постоянная интенсивность перевозок, а погрузочно-разгрузочные пункты имеют «неограниченную» пропускную воз­можность, можно использовать нагруженный резерв. Отдельные автомо­били перевозочного комплекса выполняют одну и ту же функцию, по­этому их можно рассматривать как элементы, соединенные параллель­но. Перемещение груза будет прекращено тогда, когда откажут все еди­ницы подвижного состава, хотя транспортный процесс может отказать и раньше.

Для перевозочного комплекса, состоящего из одного основного и n-1 резервных автомобилей, вероятность возникновения отказа определится

а надежность работы

где: R(t) - надежность резервной группы (совокупность основного и его резервных элементов);

Q(t) - ненадежность резервной группы (ненадежность - вероятность возникновения отказа в течение заданного времени);

P₁(t); P₂(t) - надежность соответствующих автомобилей;

q₂(t); q₂(t) - ненадежность соответствующих автомобилей. Так как автомобили имеют одинаковую надежность, т. е.

то

и

Эти формулы дают возможность выявить при заданной надежности перевозочного процесса число резервных автомобилей:

а при известном числе резервных автомобилей и надежности перевозоч­ного комплекса - надежность отдельных машин:

При перевозке грузов по определенному графику, например, бетона, раствора, и работе автобусов на маршруте необходимо, чтобы из т + п автомобилей одновременно выполняющих работу, т автомобилей было исправно (работало). В этом случае перевозочный комплекс удовлетво­рительно справляется со своими функциями, пока число работающих ав­томобилей не менее 3, в момент, когда число работающих автомобилей становится равным m-1, наступает отказ резервной группы.

Для нагруженного резерва, т. е. когда резервные автомобили нахо­дятся в таком же режиме работы, что и основные автомобили, матрица переходов имеет вид:

При надежности работы автомобиля:

надежность перевозочного процесса выражается как

Среднее время функционирования резервной группы

Резервируют обычно отдельные элементы (автомобили), реже - от­дельные звенья, входящие в перевозочный комплекс, и совсем редко - весь комплекс в целом. Укрупнение масштаба резервирования (под мас­штабом резервирования понимается уровень, на котором производится резервирование перевозочного комплекса: чем большая часть перевозоч­ного комплекса резервируется как единое целое, тем крупнее масштаб резервирования) увеличивает надежность перевозочного комплекса и для нагруженного, и для ненагруженного резерва.

Когда однотипные автомобили перевозят грузы по различным мар­шрутам, вместо резервирования каждого перевозочного комплекса или каждого автомобиля в отдельности можно объединить все резервные ав­томобили в так называемый скользящий резерв.

Необходимое количество резервных автомоби­лей выводится из условия

Формула позволяет определить число резервных автомобилей в пере­возочном комплексе при сложившейся их надежности и обеспечить про­ектируемый уровень эффективности автоперевозок.