Про деякі підходи до моделювання пропускної спроможності морських торговельних портів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеський національний морський університет

ПРО ДЕЯКІ ПІДХОДИ ДО МОДЕЛЮВАННЯ ПРОПУСКНОЇ СПРОМОЖНОСТІ МОРСЬКИХ ТОРГОВЕЛЬНИХ ПОРТІВ

О.Б. Гірша

к.е.н., доцент кафедри

«Управління логістичними системами

та проектами»

Одеса

Анотація

морський порт вантаж модель

В статті розглядаються існуючі підходи до моделювання пропускної спроможності морських торговельних портів. Виконаний огляд досліджень моделей розвитку морських портів з метою узагальнення досвіду моделювання складних процесів. Розглядаються приклади досліджень стохастичного моделювання, моделей масового обслуговування, сценарного підходу з поєднанням імітаційного моделювання, використання апарату марківських процесів зі знесенням, динамічної оптимізаційної моделі, статистичного моделювання через систему бізнес-процесів.

Пропонується дворівнева багатофакторна динамічна модель лінійного програмування транспортної системи доставки вантажів різної номенклатури через порти для визначення пропускної спроможності портів та їх спеціалізації за видами вантажів. Розкривається багатофакторність моделювання шляхом запропонованої моделі та можливість її використання як для цілей аналізу лімітуючих потужностей портів, так і для обґрунтування варіантів їх розвитку за критерієм максимум приведеного чистого доходу з умовою повернення кредитів рівними сумами та додатковими обмеженнями на обсяги інвестицій, кредитів по роках та умовою невід 'ємності чистої наведеної вартості окремих інвестиційних проектів у портах. Виконується багатокритеріальна оптимізація. Розглядається порівняння аналітичного, імітаційного та ситуаційного моделювання морських торговельних портів.

Ключові слова: аналітичні, економетричні моделі, імітаційне моделювання, ситуаційне моделювання, морські торговельні порти.

Annotation

ON SOME APPROACHES TO MODELING OF THE SEA TRADING PORTS THROUGHPUTS

Olga B. Girina PhD, associate Professor of Department of «Management of Logistics Systems and Projects» Odessa National Maritime University, Odessa, Ukraine

The article considers the existing approaches to modeling the capacity of commercial seaports. A review of research on seaport development models in order to summarize the experience of modeling complex processes and improve their use for forecasting and analysis.. Economic and mathematical modeling of ports is directly related to one or another of their conceptual models

Examples of stochastic modeling studies, queuing models, scenario approach with combination of simulation modeling, use of Markov apparatus with demolition, dynamic optimization model based on methods of inventory management theory, namely the generalized Wagner-Whitein dynamic model are considered. Simulation modeling of sea trade ports in four main directions was considered: modeling of dynamic systems, discrete - event modeling, system dynamics, agent modeling.

The aim of the study is to compare approaches to modeling the capacity of commercial seaports in the current state.

A two-level multifactor dynamic model of linear programming is proposed to determine the capacity of ports and their specialization by type of cargo in a broad sense. The multifactorial modeling by the proposed model and the possibility of its use for the purposes of analysis limiting the capacity of ports, and to justify options for their development. The method of organizing the delivery of goods through transshipment ports by different modes of transport is implemented in the process of optimal distribution of cargo between ports and modes of transport, which determines the specialization ofports by type of cargo in a broad sense. It was solving the problem determines the reserves of port capacity and limiting the resources ofports in which to invest for the development of growing cargo flows. The possibility of choosing options for the development of commercial seaports was realized in the model on the basis of maximum net income with the condition of repayment of loans in equal amounts and additional restrictions on investment, loans by year and the condition of inseparable net present value of individual investment projects in ports.

Multicriteria optimization was considered in order to choose a solution that meets the interests of all participants in the transport process.

Comparison of analytical, simulation and situational modeling of sea trade ports is performed.

Keywords: analytical, econometric models, simulation modeling, situational modeling, sea trade ports.

Постановка проблеми

В умовах високого ступеня невизначеності зовнішнього та внутрішнього середовища управління підприємством являє собою адаптаційний багатокроковий процес поступового формування та осмислення перспективних та поточних цілей та можливості їх досягнення. Сьогодні моделювання стає єдиним практичним ефективним засобом знаходження шляхів оптимального (чи прийнятного) вирішення проблем у складних системах, засобом підтримки прийняття відповідальних рішень. При виборі альтернатив доводиться враховувати велику кількість суперечливих вимог і, отже, оцінювати варіанти рішень за багатьма критеріями.

Морські торговельні порти можна зарахувати до складних систем, їх роль у суспільстві постійно змінюється, що ускладнює їх виробничі функції, задачі розвитку та структуру. Моделювання цих економічних об'єктів теж висвітлює зміни, що потребує різних методів та підходів.

У роботі Бересфорда (A.K.C. Beresford, 2006) [1] розглядаються існуючі концептуальні моделі розвитку портів та терміналів, рушійні сили та обмеження, що визначають процес змін. У роботі Кузнецова А.Л., Галіна А.В. [2] представлено п'ять основних моделей портового розвитку та їх модифікацій та варіантів, що розвивають базові у тому чи іншому аспекті. Авторами доводиться, що створити єдину концептуальну модель розвитку порту не вдається, що гносеологічні причини цього лежать не в слабкості теоретичних побудов, але в самій природі явища, що вивчається.

Морські порти відіграють критично важливу роль як посередники в економічному обміні та логістичних процесах і, таким чином, становляться ключовими вузлами в глобалізованих виробничих мережах та системах мобільності. Вузькі місця, що виникають, відображають дефіцит взаємодії між економічними системами і факторами, що визначають розвиток порту (наприклад, транспортний попит, структура торгівлі, транс-портні послуги, інституційні можливості) (Monios, J., Wilmsmeier, G., 2016) [3]. Економіко-математичне моделювання портів пов'язане безпосередньо з тими чи іншими їх концептуальними моделями.

Огляд останніх досліджень та публікацій. Виробнича діяльність морських торговельних портів залежить від нерівномірної роботи видів транспорту, що може характеризуватися випадковими величинами і процесами. Як аналітичні, так і імітаційні моделі використовують для вирішення завдань, які включають випадкові події. У тому випадку, коли аналітичні моделі не можна застосовувати, застосовують імітаційні моделі.

У результаті дослідження, яке розглянуто в роботі Купцова Н.В. [4], створено та апробовано стохастичну модель для ймовірнісної оцінки пропускної спроможності морського вантажного фронту (МВФ) вугільних експортних терміналів. Застосування стохастичного моделювання дозволяє збільшити точність, а також відповідність пропускної спроможності МВФ реальному вантажообігу вугільних терміналів, що підтверджують обчислювальні експерименти.

Питанню визначення пропускної спроможності морського терміналу присвячено дослідження Лапкіної І.А, Малаксіано Н.А. [5], в якому використовується імітаційна модель для оцінки пропускної спроможності морського терміналу, що знаходиться у гирлі річки. Результати моделювання дозволили авторам з високою точністю прогнозувати показники ефективності функціонування терміналу щодо різних варіантів його стратегічного розвитку.

Метою статті Малаксіано О.А. [6] є дослідження співвідношення між показниками обробки суден і рівня завантаження терміналу за допомогою відповідної математичної моделі, заснованої на застосуванні теорії масового обслуговування. Отримані відносини між показниками обробки суден і рівнем завантаження термінала можуть бути використаними для дослідження оптимального рівня завантаження, що приносить максимальний прибуток для системи портоператор-клієнт. Цей метод також може бути використаний для визначення характеристик терміналу, щоб відповідати заданому рівню завантаження.

Дослідження Васіна А.В. [7] показало, що за допомогою моделі системи масового обслуговування (СМО) з чергою можна спроектувати необхідну конфігурацію порту на основі статистичної інформації про кількість суден, що приходять в одиницю часу, тривалості та вартості обслуговування судна. Критерієм якості вантажно-розвантажувальних робіт, що проводяться на суднах, є математичне очікування кількості суден, що простоюють.

У роботі Рахмангулова А.Н., Муравьйова Д.С. [8] для визначення оптимального поєднання параметрів у процесі стратегічного планування розвитку портової інфраструктури запропоновано застосовувати сценарний підхід у поєднанні з методом імітаційного моделювання. З використанням розробленої імітаційної моделі системи «морський порт»-«сухий порт», створеної в програмному середовищі Any Logic, проведено експерименти з модельними даними.

У роботі Постана М.Я., Кушнір Л.В. [9] розроблено ймовірнісну модель роботи портового терміналу, яка враховує нерівномірність завезення наземним транспортом вантажу та вивезення його суднами. За допомогою апарату марківських процесів зі знесенням в [9] розраховані показники пропускної спроможності терміналу. На основі отриманого рішення виведено формули для розрахунку основних показників ефективності роботи терміналу, розроблено метод розрахунку потрібної місткості складу та отримана формула для розрахунку економічно доцільного терміну окупності проекту створення терміналу.

У статті Крука Ю.Ю., Постана М.Я. [10] запропоновано підхід до побудови динамічної оптимізаційної моделі для оперативного регулювання прибуття на портовий термінал наземного виду транспорту, а також процесу навантаження вантажу при заданому графіку прибуття на термінал суден. Підхід заснований на методах теорії управління запасами, а саме на узагальненій динамічній мо-делі Вагнера-Уайтіна. Розглянуто різні критерії оптимальності. Оптимізаційне завдання звелося до задачі лінійного програмування.

У статті Salem M. AL-YAKOOB, Hanif D. SHERAL [ 11] представлено підхід математичного моделювання на основі оптимізації для задачі перевантаження нафтового об'єкта з одного джерела. Використовується змішана цілочисельна модель нелінійного програмування та гібридний двоступеневий алгоритм, який поєднує розумні розташування об'єктів, отримані в результаті запропонованої моделі, та раніше розроблений підхід генерування колонок. Результати показують, що покращення загальних операційних витрат можна досягти шляхом стратегічного визначення економічно ефективних місць перевантажувального об'єкта.

Збільшення виробничих потужностей портів розглядається як одна з найважливіших цілей розвитку інфраструктури морського транспорту, що потребує використання адекватних методів прогнозування.

Статистичне моделювання морських торговельних портів представлено, наприклад, в роботі Багірова Е. із співавторами [12]. В цій роботі використана концепція модульності в управлінні розвитком морського порту через систему бізнес-процесів, в якій описуються прогнозні моделі вантажопотоків на прикладі використання морського порту Баку.

У роботі Прохоренкова А.М. [13] розглянуто методи створення систем для реалізації інтелектуального управління перевантажувальними процесами у морському порту. Рух вантажопотоків потребує постійного вирішення поодиноких ситуаційних транспортних завдань оперативного планування та управління. Результати досліджень [13] дозволяють успішно вирішувати задачу ситуаційного моделювання процесів перевантаження вантажів, а також оцінювати витрати у цих процесах. Програми, розроблені в системі MATLAB з використанням пакету Simulink, дозволяють формувати завдання на виконання вантажних робіт з урахуванням узгоджених спільних дій як обслуговуючого персоналу вантажного терміналу, так і вахтового судноводія вантажного судна.

Таким чином, прогнозування та аналіз розвитку портів виконується засобами різних методів моделювання - аналітичного, стохастичного, статистичного, імітаційного, ситуаційного, що має тенденцію розвитку та ускладнення алгоритмів. Використання тих чи інших підходів пов'язано з наявністю вихідних даних та необхідною точністю розрахунків.

Завдання дослідження полягає в порівнянні підходів до моделювання пропускної спроможності морських торговельних портів у сучасному стані.

Основний матеріал дослідження

Для визначення та аналізу пропускної спроможності морських торговельних портів запропоновано дворівневу динамічну оптимізаційну модель транспортної системи доставки вантажів різної номенклатури через порти, в якій на верхньому рівні розподіляються вантажопотоки між портами та видами транспорту, а на другому рівні розглядаються моделі визначення внутрішньопортової спеціалізації або розвитку окремих портів [14].

Визначення пропускної спроможності портів базується у цій моделі [14] на ринковому співвідношенні між попитом на послуги портів, що вимірюється обсягом вантажопотоків в системі транспортних підприємств, та пропозицією цих послуг, що вимірюється бюджетом часу ресурсів портів. В системі лінійних обмежень на обсяги вантажопотоків різної номенклатури та критерію на мінімум витрат видів транспорту та портів відображені фактори зовнішнього середовища в системі транспортних підприємств та вантажовласників.

В обмеженнях на бюджет часу ресурсів портів та на пропускну здатність видів транспорту на окремих напрямках описуються фактори техніко-експлуатаційних характеристик видів транспорту та портів.

Нормативи використання ресурсів та видів транспорту формують окрему групу факторів, які відображають напруженість планових завдань, що також впливає на пропускну спроможність портів.

Спосіб організації доставки вантажів через порти перевалки різними видами транспорту реалізується в процесі оптимального розподілення вантажів між портами та видами транспорту, що визначає спеціалізацію портів за видами вантажів у широкому сенсі. Рішення задачі за критерієм максимум обсягів перевезень та перевантаження через порти дає інформацію про максимальні резерви пропускної спроможності портів та вказує лімітуючи ресурси портів, в які треба вкладати інвестиції для освоєння зростаючих вантажопотоків.

Можливість вибору варіантів розвитку морських торговельних портів реалізується також в моделі [14] за критерієм максимум приведеного чистого доходу з умовою повернення кредитів рівними сумами та додатковими обмеженнями на обсяги інвестицій, кредитів по роках та умовою невід'ємності чистої наведеної вартості окремих інвестиційних проєктів у портах.

Даний підхід дозволяє врахувати велику кількість як зовнішніх, так і внутрішніх факторів, що впливають на роботу портів та видів транспорту.

Аналіз та оптимізація використання пропускної спроможності порту в процесі його розвитку виконується за допомогою моделі [15], в якій виробничі та фінансові фактори описуються на основі виробничих функцій та кореляційних рівнянь на прикладі порту Чорноморськ. Перевагою моделей [14; 15] є використання багатокритеріальної оптимізації з метою вибору такого рішення, що задовольняє інтереси всіх учасників транспортного процесу та обґрунтовує варіант сталого розвитку портів.

Сполучення методів економетрики, системної динаміки, основних видів імітаційного моделювання та вбудованих у них елементів математичного апарату розглядається як один із пріоритетів досліджень у галузі комплексів прийняття рішень та моделювання господарських систем.

Порівняння цих підходів наведено в таблиці.

Таблиця

Порівняння підходів до моделювання морських торговельних портів