Исследование и моделирование транспортных технологических процессов и их элементов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3
1 ОСНОВЫ ТРАНСПОРТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 4
2 КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОЦЕССОВ.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ
ТРАНСПОРТНЫХ ПРОЦЕССОВ 6
2.1. Транспортные задачи 7
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ
ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ В ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКАХ 11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 16

ВВЕДЕНИЕ
Моделирование движения является важным инструментом для моделирования операций динамических систем дорожного движения. В то время как микроскопические имитационные модели обеспечивают детальное представление о процессе движения, макроскопические и мезоскопические модели захватывают динамику движения крупных сетей, менее подробно, но без проблем применения и калибровки микроскопических моделей. В данном реферате я представляю мезо- и микромодели. Микромоделирование применяется в районах, представляющих особый интерес, в то время как имитации большой прилегающей сети менее подробно с помощью мезоскопической модели.
Моделирование движения стало очень популярным для моделирования операций динамических систем дорожного движения. Имитационные модели бывают макроскопическими, мезоскопический или микроскопические. Макроскопические модели (макро) – как правило, модели трафика в непрерывном потоке. Мезоскопические (мезо) модели - модели отдельных транспортных средств. Микроскопические (микро) модели – модели, которые захватывают поведение транспортных средств и водителей в деталях, в том числе взаимодействие среди автомобилей, смене полосы движения, реагирования на инциденты и поведения при слиянии пунктов. Микроскопические модели подходят для оценки ИТС на оперативный уровень, так как представление многих динамических систем управления дорожным движением требует такого мелкозернистого моделирования процесса движения.

1 ОСНОВЫ ТРАНСПОРТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Цель транспортного планирования – оптимизация использования ресурсов с целью организации эффективного функционирования транспортной системы.
Задачи транспортного планирования:
1. Прогноз – получение информации о будущих транспортных процессах.
2. Организационно-управленческая задача.
3. Оценка последствий. Оценка применимости проектных решений.
4. Координационная задача – реализация плановых мероприятий.
Этапы планирования:
1.Этап анализа проблем: сначала ставятся перед собой цели и выявляются проблемы, затем анализируется существующее положение;
2.Этап анализа альтернатив: идет так называемый цикл – разрабатываются мероприятия и сценарии, рассчитываются последствия, оценивается полученный результат;
3.Этап принятия решения.
Модель – это упрощенное представление реальности и/или протекающих в ней процессов.
Моделирование является по существу построением рабочей аналогии. Оно представляет собой построение рабочей модели, отражающей подобие свойств или соотношений с рассматриваемой реальной задачей. Моделирование позволяет изучать сложные задачи движения транспорта не в реальных условиях, а в лаборатории. В более общем смысле моделирование можно определить как динамическое отображение некоторой части реального мира путем построения модели на компьютере и продвижении ее во времени.
Транспортная модель – наглядное отображение комплексных транспортных процессов, с возможностью их прогнозирования в зависимости от различных условий.
Этапы исследования системы с помощью модели:
•формулирование целей и задач;
•создание транспортной модели;
•анализ полученной модели;
•проверка полученных итогов и результатов;
•внедрение результатов моделирования.
Транспортная модель – это:
•моделирование существующих и прогнозируемых пассажиропотоков и интенсивностей;
•инструмент для оптимизации работы пассажирского транспорта, включая расчет рентабельности маршрутов;
•анализ транспортных пассажиропотоков;
•подготовка транспортных прогнозов.
Классификация транспортного моделирования:
1.Микроскопическое моделирование. При этом виде моделирования детально моделируется каждый участок движения отдельного перекрестка или двух, трех. Моделирование нескольких пересечений на уровне транспортного средства.
2.Мезоскопическое моделирование. Анализируются макропоказатели на микромодели. Моделируется район города. Моделирование сети на уровне транспортного средства.
3.Макроскопическое моделирование. Моделирование целого города, региона, страны. Моделирование сети на уровне транспортных потоков.

2 Классификация транспортных процессов. Закономерности функционирования и моделирования транспортных процессов
В настоящее время моделирование является основным методом исследований во всех областях знаний и научно обоснованным методом оценок характеристик сложных систем, в частности транспортных, используемым для принятия решений в различных сферах деятельности.
При выполнении моделирования решается задача определения структуры процесса. При проектировании сложных транспортных систем и их подсистем возникают многочисленные задачи, требующие оценки количественных характеристик и качественных закономерностей процессов функционирования таких систем. Ограниченность возможностей экспериментального исследования больших транспортных систем делает невозможным их полное проектирование, внедрение и эксплуатацию без использования методики моделирования, которая позволяет в соответствующей форме представить процессы функционирования систем и описание протекания этих процессов с помощью математических моделей.
Наибольшее распространение при этом получили аналитический и имитационный методы моделирования. При аналитическом исследовании транспортных систем полное исследование удается провести в том случае, когда получены явные зависимости, связывающие искомые величины с параметрами системы и начальными условиями ее изучения. Однако это удается выполнить только для сравнительно простых транспортных систем.
Анализ характеристик процессов функционирования сложных систем с помощью только аналитических методов наталкивается на значительные трудности, приводящие к необходимости существенного упрощения моделей и получению недостоверных результатов. Поэтому чаще всего для исследования транспортных систем используют имитационные модели.
Математический аппарат, применяемый в имитационном моделировании практически нечем неограничен. В основе данного моделирования транспортных систем, лежит моделирование случайных явлений. Благодаря наличию возможности производить различную генерацию событий существует реальная возможность прогнозировать различные события в транспортной системе. Рассмотрим сферу применения имитационных моделей.
2.1. Транспортные задачиРассмотрим каждый процесс в отдельности и обоснуем правильность использования имитационного моделирования для их решения.
1. Планирование и составление расписаний работы транспортной системы. Практически любая производственная или логистическая деятельность требует составления расписания чего-либо в том или ином виде. Часто данная задача может быть довольно просто решена, например, если нет никакой вероятностей, и парк, например, автомобилей составляет 5 единиц, то эффективное расписание можно составить исходя из простых логических умозаключений. Но если есть производство, сложный технологический процесс, значительный парк транспортных средств, то составить эффективное расписание «вручную» может быть сложно, если вообще возможно.
В общем виде, составление расписания или любое планирование во времени взаимосвязанных динамических событий является сложной и, как правило, не решаемой аналитически задачей.
Единственным методом, который позволяет найти оптимальное расписание в общем случае, является полный перебор всех возможных вариантов развития событий, но решить подобную систему невозможно, т.к. события развиваются во времени, и чем дальше мы смотрим вперед, тем больше различных вариантов получаем, и количество необходимых расчетов растет в геометрической прогрессии. Поэтому для составления сложных расписаний используется комбинация имитационных моделей со специальными оптимизационными эвристиками, которая позволяет найти расписание, близкое к оптимальному.
2. Управление парком транспортных средств и перевозками содержит следующие задачи: стратегическое и оперативное управление парком транспортных средств; оптимизация и планирование перевозок; автоматизация бизнес-процесса по управлению перевозками, в том числе и процесса принятия управленческих решений; минимизация затрат на управление перевозками и содержание парка; оценка рисков принимаемых решений.
Управление парком и перевозками включает в себя множество различных аспектов, например, комплектование парка, закупку новых транспортных средств, план регламентных работ, управление человеческими ресурсами, так же, как и непосредственное управление перевозками, т.е. какое транспортное средство, когда и куда надо направить. Управление перевозками является наиболее сложной задачей среди перечисленных и фактически сводится к долгосрочному и краткосрочному планированию, в частности, составлению расписания перевозок, а также оперативному управлению транспортными средствами. Требования к управлению могут выдвигаться совершенно разные, например, максимизация объема перевозок, минимизация стоимости перевозок, или вероятность выхода стоимости перевозок за рамки бюджета. Однако, независимо от требований, аналитического решения для задачи составления расписания не существует, и единственным способом решения являются системы поддержки принятия решений на основе оптимизирующих имитационных моделей, которые позволяют получить результат близкий к оптимальному. Такие модели позволяют «проиграть» различные схемы управления парком с учетом текущей дислокации, проанализировать различные варианты развития событий и выбрать наиболее эффективное решение на данный момент времени.
3. Управление транспортными сетями. Транспортные сети (ТС) объединяют в себя все ресурсы и процессы, необходимые для хранения и доставки грузов: транспортные средства, маршруты доставки, склады и терминалы, фронты погрузки/разгрузки, информационные системы.
Управление транспортной сетью в целом стоит на уровень выше, чем управление парком транспортных средств или, например, терминалом. Фактически, управление ТС дает общий взгляд на всю транспортную систему в целом, а задача эффективного управления ТС фактически сводится к эффективному управлению всеми ее ресурсами и процессами. Таким образом, возможность учитывать особенности всех узлов системы в их взаимосвязи позволяет снизить затраты и сократить риски при принятии управленческих решений и рисками потенциальных финансовых потерь.
4. Управление цепочками поставок. Цель управления цепочками поставок состоит в объединении рынка сбыта, системы распределения, производства и закупки таким образом, чтобы клиенты обслуживались на более высоком уровне при одновременном снижении затрат. Управления цепочками поставок состоит из трех основных этапов: принятие решений (время и состав закупок, точка заказа и уровень заказа, пути доставки, какие складские площади и когда надо освободить и т.д.); мониторинг состояния заказов; документирование процесса.
Наиболее сложным этапом, является процесс принятия решений, так как необходимо проанализировать множество взаимосвязанных, часто стохастических событий. Тем не менее, большинство систем по управлению цепочками поставок предоставляет только возможности мониторинга и документирования процесса, что является необходимой составляющей, но все же не основной. Имитационные модели позволяют полностью спрогнозировать процесс управления цепочками поставок от принятия решений до мониторинга их выполнения и документирования.
5. Склады и терминалы. Склад является неотъемлемой частью любой цепочки поставок – все начинается со склада, складом же все и заканчивается. Без учета параметров склада, его ресурсов, динамики движения товаров невозможно эффективно управлять цепочкой поставок в целом.
От того, насколько эффективно работает склад, как используются его площади и ресурсы, в значительной степени зависит результативность функционирования всей логистической структуры.
Например, нередко приходится сталкиваться с ситуациями, когда из-за неэффективной работы склада или терминала вагоны могут более суток ожидать погрузки, в то время как само время перевозки составляет два-три дня, т.е. фактически эффективность перевозок в таких случаях падает на 50%. Также одним из интересных приложений имитационных моделирования является анализ сети терминалов и складов. Имитационные модели помогают проанализировать различные варианты расположения терминалов и складов, организовать грузопотоки, оценить, как терминалы будут реагировать на увеличение грузопотока, в какой очередности рекомендуется строить терминалы – и все это делается с учетом реальных стохастических характеристик, а не средних величин и непонятно как полученных коэффициентов, которые, как правило, дают результаты, значительно отличающиеся от фактических. Общий процесс построения транспортной модели, осуществляемый при имитационном моделировании транспортной системы, делится на следующие этапы: постановка задачи, определение цели исследования в транспортной системе, разработка системы в рамках принятых допущений; планирование имитационного эксперимента на вычислительной станции; испытание модели в соответствии с намеченным планом и получение результатов для последующего формирования решения.

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ В ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКАХ
Транспортные системы имеют различный масштаб и назначение. Они могут быть независимыми и взаимосвязанными, могут конкурировать между собой.
Техническую базу транспорта составляют:
- базовая инфраструктура, в состав которой входят пути сообщения, транспортные узлы и промежуточные пункты транспортных сетей;
- транспортные средства;
- вспомогательная инфраструктура, которую образуют средства и системы энергоснабжения, связи, информационного обмена, управления движением транспортных средств, технической эксплуатации оборудования, обеспечения безопасности транспортного процесса и т.д.
С точки зрения транспортного обеспечения логистики наиболее важны первые две компоненты технической базы транспорта – базовая инфраструктура и транспортные средства.
Транспортная сеть образовывается совокупностью путей сообщения. Движение транспортных средств по транспортной сети образует транспортные потоки, перемещение по транспортной сети грузов формирует грузопотоки.
Путь движения транспортного средства по транспортной сети называется маршрутом.
Транспортные узлы – это вершины транспортной сети. Если транспортный узел относится к сети одного вида транспорта, он называется унимодальным, если он связывает между собой сети разных видов транспорта – мультимодальным.
По роли, выполняемой ими в транспортной системе, транспортные узлы подразделяются на порталы и хабы.
Портал – это транспортный узел, обеспечивающий связь транспортной системы с регионами зарождения или поглощения грузопотоков. Порталы размещаются в пунктах, имеющих выгодное транспортно-географическое положение, таких как глубоководные порты с защищенными акваториями, пересечения основных транспортных магистралей, города у слияния или в устьях крупных рек. В последнее время функции порталов стали выполнять некоторые крупнейшие воздушные узлы. Портал неразрывно связан с тяготеющей к нему экономической территорией, которая называется хинтерландом.
Порталы являются одновременно пунктами зарождения грузопотоков, пунктами их поглощения и пунктами перевалки грузов.
Хаб – это транспортный узел, в котором осуществляется преимущественно перевалка грузов, как правило – перевозимых в укрупненных единицах (контейнеры и т.п.), между транспортными средствами, выполняющими перевозки по примыкающим к узлу направлениям.
Размещение хаба определяется, прежде всего, конфигурацией транспортной сети и характером грузопотоков на ней. Связь хаба с прилегающей экономической территорией может быть достаточно слабой или вовсе отсутствовать. Примером хаба является итальянский морской порт Джойя-Тавро.
Терминал – это объект, обеспечивающий доступ пользователей к услугам транспортной системы. Терминалы размещаются в транспортных узлах и промежуточных пунктах транспортной сети.
В крупных узлах может действовать множество терминалов различного или сходного технологического назначения. В последнем случае терминалы конкурируют между собой.
Изложенные выше положения относятся к так называемым магистральным транспортным сетям, образуемым путями сообщения морского, воздушного, железнодорожного и внутреннего водного транспорта, а также магистральными автомобильными дорогами. Наряду с ними, в задачах транспортного обеспечения логистики часто рассматривают местные транспортные сети.
Как правило, это улично-дорожная сеть городских, пригородных и промышленных зон, на которой размещены отправители и получатели грузов, а также грузообразующие и грузопоглощающие объекты – склады или транспортные терминалы.
Транспортный процесс – это функционирование транспортной системы, направленное на удовлетворение потребностей в перевозках и связанных с ними дополнительных услугах.
Понятие транспортного процесса трактуется достаточно широко. Некоторые исследователи включают в него функционирование любых систем, имеющих отношение к транспорту, например, систему подготовки кадров, комплекс транспортного здравоохранения и социального обеспечения работников транспорта и т.п.
С точки зрения транспортного обеспечения логистики важнее рассмотрение более узкого понятия – перевозочного процесса.
Перевозочный процесс – это комплекс операций, непосредственно связанных с перемещением грузов.
Перевозочный процесс включает две основные группы операций: терминальные и транспортные (иногда их называют также начально-конечными и движенческими).
Терминальные операции осуществляются в начальных, конечных и промежуточных пунктах движения транспортных средств и охватывают подготовку грузовых и транспортных единиц, подвижного состава, оформление документации, погрузку и выгрузку и т.п. Они предшествуют транспортировке или выполняются после ее завершения.
Транспортные операции включают собственно перемещение груза, а также отдельные дополнительные операции, которые могут осуществляться в процессе транспортировки (например, поддержание необходимого температурного режима при перевозке скоропортящихся грузов).
Техническая база и технологии, методы управления и экономика терминальных и транспортных операций принципиально различны.
Эти различия предопределяют не только изначальное разделение этих типов операций при планировании и проектировании транспортных систем и построении транспортных тарифов, но и обособление субъектов транспортной отрасли, которые специализируются на перевозках и на терминальном обслуживании соответственно.
Например, в структуре морского транспорта судоходный бизнес и портовая индустрия являются достаточно самостоятельными, хотя и взаимосвязанными сегментами морской транспортной подотрасли.
Обособление терминального бизнеса усиливается благодаря развитию интермодальных перевозок, в которых терминалы играют роль связующих пунктов для различных видов транспорта.
Так, терминалы морских портов взаимодействуют не только с морскими, по и с железнодорожными и автомобильными перевозчиками, иногда – с перевозчиками внутреннего водного транспорта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Под термином «транспортные задачи» понимается широкий круг задач не только транспортного характера. Общим для них является, как правило, распределение ресурсов, находящихся у т производителей (поставщиков), по п потребителям этих ресурсов. На автомобильном транспорте наиболее часто встречаются следующие задачи, относящиеся к транспортным:
• прикрепление потребителей ресурса к производителям;
• привязка пунктов отправления к пунктам назначения;
• взаимная привязка грузопотоков прямого и обратного направлений;
• отдельные задачи оптимальной загрузки промышленного оборудования;
• оптимальное распределение объемов выпуска промышленной продукции между заводами-изготовителями и др.
Задача о размещении (транспортная задача) – это распределительная задача, в которой работы и ресурсы измеряются в одних и тех же единицах. В таких задачах ресурсы могут быть разделены между работами, и отдельные работы могут быть выполнены с помощью различных комбинаций ресурсов. Примером типичной транспортной задачи является распределение (транспортировка) продукции, находящейся на складах, по предприятиям-потребителям.
Стандартная транспортная задача определяется как задача разработки наиболее экономичного плана перевозки продукции одного вида из нескольких пунктов отправления в пункты назначения. При этом величина транспортных расходов прямо пропорциональна объему перевозимой продукции и задается с помощью тарифов на перевозку единицы продукции.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Афанасьев Л. Л. Единая транспортная система и автомобильные перевозки: учебник для вузов / Л. Л. Афанасьев, Н. Б. Островский, С. М. Цукерберг. – М.: Транспорт, 1984. – 333 с.
2. Бочкарев А. А. Планирование и моделирование цепи поставок: учебно-практическое пособие / А. А. Бочкарев. – М.: «Альфа-Пресс», 2008. – 192 с.
3. Вельможин А. В. Теория транспортных процессов и систем: учебник для вузов / А. В. Вельможин, В. А. Гудков, Л. Б. Миротин. – М.: Транспорт, 1998. – 167 с.
4. Горев А. Э. Грузовые автомобильные перевозки: учеб. пособие. 5-е изд. / А. Э. Горев. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 288 с.
5. Грузовые автомобильные перевозки: учебник для вузов / А. В. Вельможин, В. А. Гудков, Л. Б. Миротин, А. В. Куликов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 560 с.
6. Модели и методы теории логистики: учеб. пособие. 2-е изд. / под ред. В. С. Лукинского. – СПб.: Питер, 2007. – 448 с.
7. Перевозка экспортно-импортных грузов. Организация логистических систем / под ред. А. В. Кириченко. – СПб.: Питер, 2004. – 506 с.
8. Цветков В. Я. Геоинформационные системы и технологии / В. Я. Цветков. – М.: Финансы и статистика, 1998. – 288 с. 20