3. Погрузка, основанная на «выталкивающей» системе. Данный сценарий противоположен предыдущему - погрузка осуществляется согласно объемам грузов, которые находятся в месте их отправления. Плюсы и минусы, соответственно, также противоположны: формирование очередей в портовых терминалах, но зато быстрая отправка грузов, чего хотят грузоотправители. На данный момент такой сценарий погрузки наименее эффективен, так как очевидно, что вся система не может отталкиваться только от объемов грузов, необходимых к перевозке. Нужно также учитывать и пропускные способности всех звеньев цепи.

4. Иные сценарии погрузки, основанные на сезонных циклах грузоотправтелей. Наиболее сложными, но при этом самым эффективными будут являться модели погрузки, при которых берутся в расчет все показатели. В первую очередь, определяется пропускная способность всех звеньев цепи. Затем, рассчитываются нормативные сроки поставки грузов до всех портов со всех мест отправления. Также, учитывается сезонность (если таковая имеется) в деятельности грузоотправителей. Затем, уже исходя из спрогнозированных объемов погрузки в разные дни и учитывая пропускные возможности этапов цепи поставки, формируется общий план погрузки на период прогнозирования (неделя, декада, месяц и т.д.). При этом, при работе с одинаковыми грузоотправителями и одинаковыми портами, можно приблизительно спрогнозировать если не объемы погрузки, то хотя бы периоды, в которые она будет больше или меньше. Расчет подобных прогнозов, и планирование грузоперевозок исходя из них является управленческой проблемой, которую автор ставит цель решить в данной работе.

Выводы по Главе 1

Проведя первичный анализ внутренней и внешней среды Центра Фирменного Транспортного Обслуживания, подразделения РЖД, ответственного за транспортировку грузов по железнодорожным магистралям, автор данной работы пришел к следующим выводам:

1. Основой коммерческой деятельности РЖД на сегодняшний день является грузоперевозка. Об этом говорит структура выручки компании, в которой более 78% составляют доходы от грузоперевозок. При этом, в общем грузообороте, около 34% составляет погрузка товаров на экспорт. Эти цифры говорят о важности совершенствования бизнес-процессов, связанных с транспортировкой грузов от производителей внутри России до портов, с которых они отправятся на экспорт.

2. Имея доступ к широкой железнодорожной инфраструктуре, РЖД получает серьезное конкурентное преимущество перед любыми своими конкурентами на рынке грузоперевозок. На сегодняшний день, в России сложилась такая ситуация, что единственным конкурентом РЖД является отрасль автомобильных грузоперевозок в лице всех представленных в ней компаний. При этом, несмотря на такое преимущество, за последние годы наблюдается отток грузов с железной дороги на автомобильные дороги. Для того, чтобы изменить отрицательную тенденцию, РЖД необходимо усовершенствовать бизнес-процессы, связанные с доставкой грузов, для того, чтобы повысить прибыльность своей деятельности.

3. Согласно SWOT анализу, одной из стратегий, которые могла бы реализовать РЖД была бы стратегия увеличения масштабов работы с компаниями-производителями продукции на экспорт за счет использования своей уникальной транспортной инфраструктуры. В условиях кризиса, когда внутрироссийские перевозки падают, работа с экспортерами, которые оказались в выгодном конкурентном положении за счет девальвации рубля. В связи с этим, располагая доступом практически ко всей железнодорожной сети России и, по сути, являясь единственным логистическим оператором, который смог бы выполнить требования компаний-экспортеров по доставке грузов в порты отправления, РЖД может существенно увеличить свою выручку.

4. Из-за потенциального снижения государственных инвестиций, РЖД необходимо усовершенствовать свои операции, в частности в сфере грузоперевозок, если компания рассчитывает наращивать прибыль. В прошлые годы, на многие инфраструктурные проекты компания могла получать инвестиции со стороны государства, то в связи со сложной экономической обстановкой в стране, в ближайшие годы на такую помощь рассчитывать не приходится. Поэтому, если РЖД желает и дальше продолжать наращивать прибыльность своей деятельности, компании необходимо усовершенствовать бизнес-процессы, в первую очередь в сфере грузоперевозок, так как на данный момент, это самая коммерчески выгодная сфера ее работы.

Ключевым выводом из Главы 1 является вывод о том, что на сегодняшний день РЖД являются практически единственным оператором в секторе железнодорожных грузоперевозок. Единственным потенциальным конкурентом, и то с некоторыми оговорками, является сектор автомобильных грузоперевозок. То есть можно говорить, что РЖД является практически монополистом в своей отрасли, особенно в сфере дальних грузоперевозок. Но, несмотря на это, и PEST анализ, ключевым выводом из которого является сложная экономическая обстановка в России, которая при этом позволяет извлечь выгоды для отрасли, и SWOT анализ показали, что у компании есть свои слабые стороны и потенциальные сферы улучшения деятельности.

В данной работе, автор сконцентрируется только на сфере транспортировки грузов от компаний, производящих товары на экспорт, до портов их отправления. Одной из главных составляющих транспортировки является планирование объемов и времени перевозки грузов таким образом, чтобы все контрагенты были удовлетворены, и чтобы РЖД не несла убытков в связи с возможными задержками и возникающими пробками по маршруту следования груза. В более узком смысле проблема звучит как планирование железнодорожных грузоперевозок на припортовые станции таким образом, чтобы достигалась равномерности загрузки их инфраструктуры.



Глава 2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ЛУЧШИХ ПРАКТИК РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

На сегодняшний день либо не существует ни одного подхода, либо данные подходы не публикуются в открытом доступе, к решению проблемы планирования железнодорожных грузоперевозок от мест отправления грузов до портов. Поэтому, для оценки возможных методов решения проблемы, в первую очередь необходимо рассмотреть ее с разных точек зрения: стратегической, тактической и операционной.

Как было сказано в первой главе, РЖД на данный момент практически не располагает современными логистическими терминалами. Большая часть работ по переработке грузов производится на так называемых «грузовых дворах», которые были запущены в действие еще во времена СССР. Очевидно, что большинство из них не соответствуют требованиям, которые предъявляются к звеньям логистической цепи. В пользу этой точки зрения говорит еще и тот факт, что руководство РЖД также одной из составных частей программы развития грузовых железнодорожных перевозок видит создание логистических терминалов по всей территории страны. В 2012 году компанией был опубликован документ под названием: «Концепция создания терминально-логистических центров на территории Российской Федерации» Концепция создания терминально-логистических центров на территории Российской Федерации / ОАО РЖД. - Москва. - 2012. - 79 с.. В рамках данной концепции, компания считает необходимым создание трех основных видов инфраструктурных объектов, которые будут обеспечивать эффективное функционирование транспортной сети:

· Транспортно-логистический центр - место сбора всех грузопотоков и отправление их в разные направления в стороны портов. ТЛЦ необходимы для формирования, распределения и погрузки составов.

· Железнодорожные порты - портовые терминалы, в которых грузы обрабатываются, формируются по контейнерам и отправляются в порт. Цель создания железнодорожных портов в том, чтобы отвести из портов такие логистические функции как таможенное оформление исходящих грузов, распределение грузов по контейнерам, хранение грузов до наступления срока их отправки и т.д.

· Сателлиты - объекты, входящие в общую транспортную сеть и являющиеся по сути удаленными терминалами ТЛЦ. На данных объектах осуществляется проверка грузов, выравнивание графиков поставки, возможное добавление грузов в состав.

На сегодняшний день данная концепция уже принята и даже разработаны проекты некоторых транспортно-логистических центров и железнодорожных портов. Однако, к стадии реализации перешло еще очень малое число объектов. В связи с этим, есть возможность вносить изменения как в стратегию расположения логистических терминалов, так и в сами проекты. Далее будут представлены модель проектирования железнодорожной сети и некоторые модели постройки схожих центров железнодорожного грузового обслуживания, которые были успешно реализованы в мире и которые могут служить «бенчмарком» для проектных команд РЖД.

2.1 Стратегический уровень: проектирование сети грузоперевозок

Перед тем как проектировать узлы железнодорожной транспортной сети грузовых перевозок, необходимо выбрать модель сети, которая отвечала бы требованиям компании. Исчерпывающий обзор возможных моделей был представлен в статье «Alternative transport network designs and their implications for intermodal transshipment technologies», опубликованной в журнале «European Transport» в 2007 году и написанной Йоханом Воксениусом, профессором Школы Бизнеса Университета Гетеборга Alternative transport network designs and their implications for intermodal transhipment technologies / J. Woxenius // European Transport \ Trasporti Europei. - 2007. - N. 35. - P. 27-45. . Согласно автору, существует шесть основных моделей организации интермодальных перевозок Интермодальные перевозки - грузовые перевозки, для которых используются два или более видов транспорта. на железнодорожном транспорте (см. Рисунок 2).

Рисунок 2 Модели организации железнодорожной сети грузоперевозок.

Более подробное описание моделей (в русской научной литературе нет аналогов названия моделей, поэтому будут использоваться английские названия):

1. Direct link. В данной модели транспортировка осуществляется только от одного звена цепи к другому, не затрагивая промежуточных звеньев.

2. Corridor. В данной модели используется несколько транспортных коридоров между основными узлами цепи, а также небольшие коридоры второстепенными узлами. Соответственно, цепи состоит из конечного терминала и из промежуточных.

3. Hub-and-Spoke. В данной модели одно из звеньев цепи выбирается как «хаб», к которому направляются транспортные коридоры от всех остальных звеньев. Цепь состоит из «хаба» и узлов.

4. Connected hubs. В данной модели создается несколько региональных «хабов», которые соединены между собой единой транспортной сетью и к которым направлены пути от локальных звеньев цепи. Аналогично предыдущей модели, цепь состоит из «хаба» и узлов.

5. Static routes. В данной модели некоторые из путей, соединяющих звенья цепи, выбираются как основные, а другие как второстепенные. Основные пути используются все время, а по второстепенным перемещается только часть грузов в зависимости от необходимости. Цепь состоит из первостепенных и второстепенных терминалов.

6. Dynamic routes. В данной модели каждое звено цепи может стать как часть основного маршрута, так и частью вспомогательного. Выбор основного маршрута зависит от спроса в звеньях цепи. При наилучшем применении данной модели, основной маршрут может даже меняться в момент движения состава.

На сегодняшний день, эти шесть моделей проектировки железнодорожной сети грузоперевозок являются основными. Самым легкой в реализации моделью, очевидно является Direct link, а самым сложным Dynamic routes. Также, в рамках единой сети могут применяться разные модели на региональном уровне. Каждая из моделей имеет свои преимущества и недостатки, а ключевыми отличиями между ними является гибкость системы и затраты, связанные с поддержанием ее эффективной работы.

2.2 Тактический уровень

Когда модель транспортной сети выбрана, необходимо разработать проекты ее основных узлов. Согласно принятой концепции РЖД, все узлы сети разделяются на три группы: транспортно-логистические центры, сателлиты и железнодорожные порты. К слову, подобная архитектура железнодорожной сети применяется по всему миру. В данном параграфе будут рассмотрены некоторые модели проектирования узлов, схожих по своим функциям с теми, которые РЖД обозначает в своей концепции.

2.2.1 Mega Hub компании Deutsche Bahn в г. Лерте

Одной из проблем развития железнодорожной сети грузоперевозок является уход грузоперерабатывающих мощностей из локальных точек в сторону крупных центров создания грузов (индустриальных, портовых зон), в которых создаются логистические терминалы. С точки зрения стратегии РЖД, такие локальные точки переработки грузов называются «сателлиты». Созданием эффективных региональных логистических узлов озабочены все международные железнодорожные компании, но одно из самых перспективных решений было разработано Deutsche Bahn и носит название Mega Hub. Описание данной модели было представлено в статье «New operating concepts for intermodal transport: The mega hub in Hanover/Lehrte in Germany» опубликованной в журнале «Transportation Planning and Technology» и написанную Гаральдом Роттером New operating concepts for intermodal transport: The mega hub in Hanover/Lehrte in Germany / H. Rotter // Transportation Planning and Technology. - 2010. - Vol. 27, N. 5. - P. 347-365. .

Более подробно, проблема заключается в том, что большая часть всех грузов, перевозимых железнодорожными компаниями имеют большой объем и группируются в большие составы. Также, данные грузы формируются в местах большого скопления производства или в портах. В то же время, локальные грузоотправители не производят таких объемов и, соответственно, не могут участвовать в формировании длинных составов поездов только из своих грузов, но точки прибытия у всех грузов, отправляемых на экспорт одинаковы. В связи с этим, небольшие партии грузов (зачастую из одного, двух вагонов) необходимо прицеплять к уже сформированным составам на региональных узлах транспортной цепи (в терминологии РЖД - «сателлитах»). Основная сложность заключается в достижении эффективности при соединении нескольких грузовых потоков, следующих в одном направлении, за счет уменьшения затрат и времени на грузопереработку.

Deutsche Bahn разработала концепцию Mega Hub, которая призвана решить данную проблему. В первую очередь, моделью транспортировки грузов была выбрана модель близкая к той, что была названа в предыдущем параграфе «connected hubs». Отличие заключается в том, у Deutsche Bahn имеется различие между «хабами». Некоторые из них являются большими логистическими терминалами, к которым стекается большинство грузов и из которых они впоследствии отправляются в порты, а некоторые терминалы являются второстепенными, работающие только с локальными грузоотправителями. Цель второстепенных терминалов - формировать собственные составы или прицеплять свои грузы к имеющимся, что происходит заметно чаще. Когда модель транспортировки была выбрана, Deutsche Bahn было необходимо разработать проекты второстепенных «хабов», которые получили название Mega Hub, основные характеристики которого следующие:

1. В Mega Hub прибывает максимум шесть поездов одновременно с интервалом в 8 минут. За короткий промежуток времени, производятся все операции с составами, после чего они отправляются в сторону мест назначения. Наглядный план работы с составами представлен в Приложении 1.

2. Для эффективной работы концепции необходима система обмена информацией как между всеми участниками транспортной сети, так и внутри самого Mega Hub. Для того, чтобы оперировать входящими и выходящими потоками составов, необходимо иметь четкую информацию обо всех грузах, перевозимых на них, операциях, которые необходимо выполнить в терминале, и конечных направлениях всех грузов. Deutsche Bahn инвестировала в разработку автоматизированной системы обмена информацией, которая также способна самостоятельно планировать операции между составами.

3. Использование полу-автоматизированных грузовых кранов. Благодаря разработанной автоматизированной системе обмена информацией Deutsche Bahn смогли усовершенствовать процессы переработки грузов таким образом, что операции, требующие прямого человеческого участия сокращены до минимума. Получая информацию о прибывающих с составом и локальных грузов, которые необходимо погрузить на состав, а также о том, как необходимо распределить все грузы между составами, отправляющимися в направлении портов, операторы кранов задают им программы работы. Далее, сотрудникам необходимо только следить, чтобы не возникло никаких аварий. Также, совместно с кранами, используются сортирующие установки, которые подводят контейнеры к месту, где их забирают краны.

4. Грузопереработка в течение ночи, а не в дневное время как обычно происходит в логистических центрах. Подавляющее большинство логистических терминалов осуществляют работы в течение дня и не работают ночью. В случае, если транспортировка производится напрямую между такими терминалами, то возможные простои в течение ночи не критичны (особенно, если расстояния очень велики). Наоборот, если в транспортной сети множество промежуточных терминалов, то если каждый из них работает только днем, то потери времени становятся слишком существенны. Данное правило существенно для Deutsche Bahn, так как в Германии большинство поездов прибывают в терминалы ближе к вечеру, что значит, если необходимо провести какие-либо операции с составами (добавить либо убрать грузы), то приходится задерживать весь поезд на ночь. Для других железнодорожных компаний это правило может быть не существенно, все зависит от их расписания движения грузовых поездов.

В конечном итоге, эффективность концепции Mega Hub держится на трех основных составляющих: планирование продвижения составов по железнодорожной сети (составление расписания), внедрение системы обмена информацией между всеми участниками сети и использование автоматизированных установок в терминале (краны и сортирующие установки). На сегодняшний день, данная концепция выглядит многообещающе, и ее несомненно стоит рассматривать как одну из моделей проектирования промежуточных логистических терминалов. Несмотря на это, необходимо чтобы прошло некоторое время для оценки ее эффективности.

2.2.2 Концепция «сухих портов»

То, что РЖД называет в своей концепции развития «железнодорожные порты» в международной терминологии ближе всего соотносится с тем, что в международной научной среде принято называть «dry ports» или «сухие порты». Данная концепция одна из самых современных идей в управлении цепями поставок. Исследование носящее название «Dry Port Development: A Systematic Review» опубликованное в журнале «Journal of ETA Maritime Science» и проведенное Фатимазахра Бенталебом, Шарифом Мабруки и Алами Семма показывает, что за последние 5 лет было опубликовано 67 из всего 110 статей на тему сухих портов Dry Port Development: A Systematic Review / F. Bentaleb, C. Mabrouki, A. Semma // JEMS. - 2015. - Vol. 3, N. 2. - P. 75-96.. Авторами рассматриваются разные регионы и разные уровни принятия решений, но все они приходят к выводу, что внедрение сухих портов в транспортную систему приводит исключительно к положительным результатам.

На сегодняшний день существует достаточное количество подходов как к непосредственно проектированию сухих портов, так и к выбору места их размещения. Подробное описание самой идеи сухих портов дано в статье «The dry port concept - Theory and practice» опубликованной в журнале «Maritime Economics & Logistics» The dry port concept - Theory and practice / Guest Editorial // Maritime Economics & Logistics. - 2012. - N. 14. - P. 1-13..

Стимулом к разработке концепции сухих портов послужило увеличение масштабов логистических операций, которые было необходимо выполнять в припортовых зонах. В эти операции входят и стандартные портовые операции как разгрузка и погрузка кораблей, и операции, которые напрямую с деятельностью порта не связаны, например, таможенное оформление грузов, погрузка и разгрузка грузов с железнодорожных составов и автомобилей, хранение грузов. Очевидно, что все эти операции не являются стандартными для портов и распыляют их деятельность, что приводит к неэффективности транспортной системы. Также далеко не каждый порт имеет возможность для увеличения объемов обрабатываемых грузов ввиду своего расположения или иных факторов внешней среды. Для того, чтобы развести непосредственно портовые и логистические процессы, была разработана идея сухих портов.

В общем виде сухой порт представляет из себя логистический терминал, на котором выполняются все операции, связанные с логистикой грузов. В данные терминалы пребывают все грузы, которые отправляются на экспорт (как по железной дороге, так и по автомобильной), там же эти грузы проходят таможенную обработку и складируются, дожидаясь времени отправки. Аналогично происходит и с импортными грузами: ни пребывают в терминал из порта, обрабатываются и дожидаются своего отправления до получателей автомобильным и железнодорожным транспортном. Очевидно, что сухие порты играют существенную роль в построении системы интермодальных перевозок так как соединяют между собой морские, железнодорожные и авто перевозки. В зависимости от стратегии построения транспортной сети, один сухой порт может работать только с одним морским портом или же с несколькими.

Главные выводы относительно концепции сухих портов, которые делаются в статье следующие:

· Сухие порты не должны обязательно принадлежать портам. Их постройка и оперирование влияют на всю систему грузоперевозок, поэтому выгоду из их использования извлекают все участники сети.

· В развитии системы сухих портов могут принимать участие как компании, занятые на рынке грузоперевозок, так и государство. Так как проектирование и постройка сухих портов требуют существенных инвестиций, модели финансирования, схожие с государственно-частным партнерством, наиболее успешны.

· Государство должно регулировать политику развития системы сухих портов посредством введения регулирующих норм, законов и требований. Наряду с прямыми инвестициями, государство также может эффективно использовать субсидии.

Данные выводы коррелируют со стратегией РЖД по развитию своих железнодорожных портов. Компания также считает, что постройка сухих портов принесет не меньшую выгоду ей, чем морским портам. Аналогично, РЖД рассчитывает на существенную государственную поддержку в реализации проектов сухих портов в виде государственно-частного партнерства и/или субсидий.

На сегодняшний день существует классификация сухих портов в зависимости от дальности их расположения от морского порта. Данная классификация была представлена в работе «Organisation of Swedish dry port terminals» опубликованной «Chalmers University of Technology, Division of Logistics and Transportation» и написанной Виолетой Росо, Йоханом Воксениусом и Гораном Оландерссоном Organisation of Swedish dry port terminals / V. Rosso, J. Woxenius, G. Olandersson // A Report in the EU INTERREG North Sea Programme Chalmers University of Technology, Division of Logistics and Transportation. - 2006. - N. 123. - 63 p.. Согласно авторам, существует три основных категории сухих портов: удаленные сухие порты (distant dry ports), сухие порты, расположенные на среднем удалении (mid-range dry ports), и близко расположенные сухие порты (close dry ports). Самой распространенной и самой старой моделью сухих портов является модель удаленных сухих портов. На сегодняшний день, схожую роль выполняют логистические терминалы: сухой порт располагается внутри города либо промышленной зоны, к нему стягиваются все потоки грузов и собираются в единый грузовой состав, который направляется в порт. Наиболее современной и той, которая больше сего подходит для данного исследования является модель близкорасположенных сухих портов. При таком расположении, сухой порт выступает как логистический терминал морского порта, преимущества которых были описаны в данном параграфе ранее. Визуально три модели расположения сухих портов представлены на Приложениях 2-4.

В работе «The dry port concept: moving seaport activities inland?» опубликованной в «Transport and Communications Bulletin for Asia and the Pacific» и написанной Виолетой Росо и Кентом Лумсденом приводятся основные преимущества для заинтересованных сторон от постройки сухого порта (см. Таблица 3) The dry port concept: moving seaport activities inland? / V. Rosso, K. Lumsden // Transport and Communications Bulletin for Asia and the Pacific. - 2009. - N. 78. - 15 p.. Данные были получены авторами из интервью с людьми, непосредственно связанными с функционированием сухих портов.

Таблица 3 Преимущества от использования сухих портов

Заинтересованная сторона	Преимущество
Морской порт	Меньшая перегруженность, увеличенная емкость, расширенные внутренние территории порта.
Город, в котором расположен порт	Меньшая перегруженность дорог, возможности использования прилегающих к порту земель.
Железнодорожные операторы	Экономия на масштабе, увеличение доли рынка.
Операторы автоперевозок	Меньшие затраты времени на пребывание в логистических терминалах.
Операторы морских перевозок	Улучшенный доступ к морским портам.
Общество	Увеличение числа рабочих мест, меньшее влияние на окружающую среду.

Все вышеперечисленные факты и выдержки из работ показывают, что среди научного сообщества сложилось мнение, что концепция сухих портов эффективна. Их внедрение приводит к выгодам для всех участников системы грузоперевозок страны за счет уменьшения стоимости перевозок и повышения эффективности логистических операций. К сожалению, на сегодняшний день существует слишком мало кейсов, показывающих, как внедрение именно сухих портов приводит к повышению эффективности сети. Большинство исследований описывают дизайн всей цепи грузоперевозок, частью которой являются сухие порты либо показывают, что сухие порты повсеместно строятся по всему миру, но не приводится никаких фактических доказательств их эффективности.

С точки зрения РЖД, концепция сухих портов выглядит многообещающей ввиду наличия стратегической цели улучшения конкурентоспособности железнодорожных грузовых перевозок относительно автомобильных. Сухой порт представляет из себя интермодальный грузовой терминал, в котором пересекаются железнодорожные составы и автомобили, чтобы затем формировать совместные грузовые составы в сторону портов. Так как конкуренция на средних и малых дистанциях с автотранспортом для РЖД практически невозможна (ввиду особенностей железнодорожной инфраструктуры) одним из возможных решений будет кооперация. Например, создание удаленных сухих портом, которым скорее подходит название логистических терминалов, вблизи больших городов позволит перенаправить грузы, которые сейчас перемещаются дальнобойщиками на железные дороги. Так будет достигаться синергия общей сети грузоперевозок: на коротких дистанциях, от грузоотправителей и небольших предприятий, товары на экспорт будут перевозиться автомобилями в логистический терминал. На дальних же дистанциях, от терминала до порта, будет использоваться железнодорожный транспорт, который значительно эффективнее. Другой вид сухих портов, близко расположенных к морским портам (железнодорожные порты в терминологии РЖД), также позволяет развить кооперацию с автомобильным транспортом. В районах, в которых имеются морские порты, сегодня большая часть грузов отправляется автомобилями непосредственно в порт. Но, как было сказано в данном параграфе, это не столь эффективно из-за того, что порты выполняют функции, для которых они не созданы. В случае, если на незначительном отдалении от морского порта будет находиться сухой порт, грузы могли бы доставляться автомобилями в него, где они бы хранились, получали таможенную обработку и собирались в железнодорожные составы, которые уходят в порты. Это позволило бы разгрузить порт и увеличить эффективность транспортной цепи за счет разделения функций.

2.3 Операционный уровень

На операционном уровне планирования уже не рассматриваются выборы модели сети транспортировки и спецификация и расположение ее узлов. Цель операционного планирования железнодорожных грузоперевозок заключается в выборе количества составов и времени их отправления в сторону портов. Основная проблема, связанная с этим, это выполнение всех требований клиентов-грузоотправителей при этом отталкиваясь от возможностей железнодорожной сети и пропускных мощностей ее узлов. Также, необходимо учитывать грузоперерабатывающую способность портов либо припортовых станций. Поиск правильного баланса, чтобы удовлетворялись и желания клиентов и учитывались возможности транспортной сети - есть цель операционного планирования. Одна из задач планирования - минимизация затрат, связанных с перевозками. Этой цели уделено внимание менеджмента железнодорожных компаний и работы ученых, занимающихся проблемами грузоперевозок. Сегодня, существует очень мало моделей, направленных на планирование непосредственно железнодорожных перевозок до портовых терминалов. По большей части это связано с тем, что каждая компания в каждой отдельной стране либо регионе отталкивается от своей стратегии, которая чаще всего зависит от располагаемой компанией сети и требований ее клиентов. Каждой железнодорожной компании необходимо опираться на сезонность, которая выражена в деятельности ее клиентов. Сегодня, не существует единой оптимизационной модели, которая была бы возможной к применению всеми логистическими операторами (как например существуют общепризнанные модели минимизации затрат на складирование). Следует также сказать, что данная проблема проявляется не только относительно железнодорожных, но и относительно всех видов грузоперевозок. В общем виде данная проблема носит название «маршрутизация» перевозок и чаще всего она решается менеджментом компаний на местах.

2.3.1 Модель минимизации затрат на перевозку

В планировании железнодорожных грузоперевозок (не только до портов) в научном сообществе принято выделять две основные проблемы: формирование блоков из грузов, которые необходимо транспортировать от места отправления до места назначения, и проблема формирования расписания движения поездов. Совместно, эти проблемы объединяются в одну, которая носит название «Block-to-Train Assignment Problem» (далее проблема BTA). Подробно данный вопрос был описан в работе «New Approaches for Solving the Block-to-Train Assignment Problem» опубликованной в журнале «Networks» и написанной Кристиной С. Джа, Равиндрой К. Ахуджа и Гювенчом Шахином New Approaches for Solving the Block-to-Train Assignment Problem / K.C. Jha, R.K. Ahuja, G. Sahin // NETWORKS. - 2008. - Vol. 51, N. 1. - P. 48-62.. Согласно авторам статьи, формирование блоков из грузов подразумевает собой объединение грузов, которые отправляются из одного места и прибывают в одно место позволяет экономить средства. Когда один и тот же блок проходит через несколько узлов цепи, он подвергается обработке как единое звено, не разбиваясь на отдельные грузы. Только, когда блок прибывает в место назначения он снова разделяется на грузы, которые оформляются отдельно. Второй частью BTA является создание расписания движения поездов, которое подразумевает собой время движения поездов, их количество и частоту. Расписание движения зависит от пропускных способностей транспортной цепи. Когда сформированы и блоки, и расписание необходимо распределить эти блоки по поездам. Такая процедура выполняется постоянно через какие-то промежутки времени, которые можно назвать горизонтами планирования (например, неделя, декада или месяц). Соответственно, все операционное планирование железнодорожных грузоперевозок можно свести к решению проблемы BTA.

В той же статье, авторы предложили решение проблемы BTA через две оптимизационных модели. Первая из них представляет собой модель, состоящую из узлов и дуг («arc-based»), а вторая из узлов и путей («path-based»).

Для начала, необходимо привести спецификацию обеих моделей. В модели задана пространственно-временная сеть: , в которой N - количество узлов цепи, а A - количество дуг, их соединяющих. Также модель подразумевает, что поезд движется от станции отправления до станции назначения за определенное время, совершая необходимые остановки. Все узлы и дуги модели разделяются на несколько групп (см. Таблица 4). За время пути поезд проходит через несколько обязательных остановок: станция отправления, станции, где добавляются грузы к блоку и станция прибытия. Все пути между такими обязательными остановками авторы называют «путешествие». За время пути таких «путешествий» может быть несколько. Соответственно путешествие представляет собой дугу поезда и состоит из узла отправления и узла прибытия. Соединительные дуги необходимы для того, чтобы соединять два «путешествия» поезда, и, соответственно, разница во времени между узлом прибытия одного «путешествия» и узлом отправления следующего будет временем обработки поезда на станции. Основные узлы необходимы для модели, чтобы добавлять к поездам блоки: каждому узлу прибытия поезда соответствует основной узел прибытия и аналогично для отправления (у основных узлов аналогичные показатели, что и у соответствующих им узлам поездов). Каждый основной узел прибытия поезда соединяется с основным узлом прибытия с помощью соединительной дуги прибытия (аналогично для отправления). Чтобы допустить возможность перемещения блока с одного поезда на другой на станциях, авторы располагают все основные узлы на станциях в хронологическом порядке в соответствии с их временными характеристиками и используют для соединения двух основных узлов основные дуги. В каждом узле прибытия поезда одна входящая дуга и максимум две исходящих. В узле отправления поезда одна исходящая дуга и максимум две входящих. То есть, количество дуг не может превышать более чем вдвое количество узлов. Место отправления блока - самый ранний из основных узлов отправления. Пул мест назначений - множество основных узлов прибытия. Исходя из вышесказанного, авторы формулируют проблему BTA следующим образом: найти путь для каждого блока с его места отправления до любого места назначения из пула мест назначений с минимальными затратами и все операционные требования удовлетворены.

Таблица 4 Узлы и дуги модели

Узлы	Дуги
Узлы отправления поезда	Узлы прибытия поезда	Основные узлы	Дуги поезда	Соединительные дуги	Основные дуги
		Основные узлы отправления	Основные узлы прибытия		Соединительные дуги прибытия	Соединительные дуги отправления	Соединительные дуги поезда

Далее описана математическая модель, основанная на узлах и дугах. Параметры:

Зависимая переменная:

Целевая функция:

Ограничения модели:

Первые три ограничения утверждают, что существует путь, чтобы доставить любой блок из любого места отправления до любого места назначения. Четвертое ограничение учитывает пропускную способность дуг (через дугу не может пройти больше вагонов, чем ее пропускная способность). Если дуга является дугой поезда, то ее пропускная способность определяется пропускной способностью станций, которые соединяет железная дорога, выраженная этой дугой. Для всех остальных дуг, их пропускная способной устанавливается максимально возможной (бесконечностью).

С точки зрения целевой функции, необходимо классифицировать, что обозначают затраты в зависимости от дуг. Если дуга, является дугой поезда, то ее затраты зависят от вагоно-миль (мили используются авторами, так как исследование делалось в США; в России и Европе можно использовать вагоно-километры), времени транзита и уровня сервиса для блока. Если дуга является основной, то ее затраты зависят от времени ожидания блока на станции и уровня сервиса блока. Все затраты, связанные с заменой поездов для блока, учитываются на соединительных дугах отправления. Различные условия могут повлиять на то, может ли блое транспортироваться по дуге или нет (государственные требования, классификация грузов и т.д.). Для этого применяется переменная . Несмотря на то, что данная модель выглядит математически верно и потенциально применимо на практике, авторы считают, что необходимо использовать модель, основанную на узлах и дугах, а модель, основанную на путях. С их точки зрения первая модель не позволяет учесть ситуации, когда, например, количество смен поездов для одного блока ограничено. Она представлена далее.

В данном модели авторы изначально определяют возможные пути, которыми может перемещаться блок. Далее необходимо решить, какой из возможных путей использовать. Путь называется обоснованным, если он соединяет узел отправления блока и один из узлов прибытия из пула узлов прибытия и все операционные требования соблюдены за исключением грузоподъемности поезда. Математическая модель представлена ниже. Параметры:

Зависимая переменная:

Целевая функция:

Ограничения модели:

Первое ограничение утверждает, что только один путь может быть выбран для одного блока. Второе ограничение показывает, что грузоподъемность поезда не нарушена. Преимуществом данной модели перед предыдущей является то, что можно учесть штрафы за то, что грузы приходят не вовремя и затраты, которые несет железнодорожная компания, если груз прибывает слишком рано (необходимость его содержать). Затраты, связанные с каждым путем включают в себя вагоно-мили, разрыв во времени со временем прибытия, уровень сервиса блока и затраты на замену поезда, используемого для доставки блока. Также, в случае использования данной модели, можно учитывать ограниченное число путей блоков, которые обычно и используются на практике, а не огромное количество возможных путей по дугам между узлами, как в первой модели. С другой стороны, для использования этой модели, необходимо самостоятельно выбирать пути, по которым может перемещаться поезд с блоками. Это можно делать, не полагаясь на какие-либо математические модели, а можно согласно алгоритму, который также был предложен авторами статьи (любой алгоритм, использующийся в компании также применим). Данный алгоритм позволяет убрать слишком длинные пути и пути, которые состоят из слишком большого числа промежуточных станций (что чаще всего неприемлемо для железнодорожных компаний) и выглядит следующим образом:

1. Выбирается узел отправления (начальный узел);

2. Узел отправления соединяется по дугам со всеми узлами, с которым возможно;

3. Эти узлы также соединяются по дугам со всеми, с которыми возможно;

4. Так делается до тех пор, пока количество дуг не превысит ограниченное число станций;

5. Каждый раз, когда достигается узел любым путем, ему присваивается метка, которой приписываются следующие атрибуты: номер узла, расстояние от станции отправления, время пересадки, количество прибывающих поездов и номер предыдущего узла. Так как почти любого узла можно достичь разными путями, у каждого узла будет несколько меток с разными атрибутами;

6. Каждому узлу задается максимальное количество меток;

7. Если новый путь позволяет создать новую метку у узла, превышающую данное ограничение, то новая метка заменяет предыдущую, если она лучшего качества;

8. Если метка, которая убирается из узла является преемником меток следующих узлов, то эти метки следующих узлов также должны быть убраны;

9. Шагов 7 и 8 можно избежать, если поочередно рассматривать только самые лучшие из возможных путей;

10. Такой алгоритм проводится для каждого узла (станции).

Итогом применения данного алгоритма будут все возможные пути между станциями, учитывая максимальное число возможных промежуточных станций. У каждого пути будут измерены стоимостные параметры (в соответствии с метками, присвоенными узлам в зависимости от путей).

Как было сказано в начале параграфа, данные модели применимы для планирования перевозок грузов в независимости от того, является ли конечной точкой порт или нет. В целом, так как в них рассматриваются любые железнодорожные грузоперевозки, то они потенциально могут быть применимы для управленческой проблемы, сформулированной в данной работе.

2.3.2 Использование имитационного моделирования

Сегодня, большинство ученых, занятых проблемой операционного планирования железнодорожных грузоперевозок уделяют наибольшее внимание созданию математических оптимизационных моделей для решения проблемы BTA. В то же время, как и было сказано ранее, еще не существует универсальной модели, которую можно было бы применять независимо от того, в каком регионе осуществляет деятельность компания и какие иные особенности ее бизнес-среды. Поэтому, менеджмент железнодорожных компаний часто обращается к имитационному моделированию для того, чтобы проанализировать как изменения некоторых параметров системы влияет на ее характеристики. Такой подход нельзя назвать абсолютно эффективным так как для того, чтобы смоделировать все возможные изменения в системе необходимо потратить слишком много времени и сил, но на сегодняшний день он наиболее эффективен.

«Имитационное моделирование (от англ. simulation) - это распространенная разновидность аналогового моделирования, реализуемого с помощью набора математических инструментальных средств, специальных имитирующих компьютерных программ и технологий программирования, позволяющих посредством процессов-аналогов провести целенаправленное исследование структуры и функций реального сложного процесса в памяти компьютера в режиме «имитации», выполнить оптимизацию некоторых его параметров» Емельянов, А.А. Имитационное моделирование экономических процессов / А.А. Емельянов, Е.А. Власова, Р.В. Дума; под ред. А.А. Емельянова. - 1-е изд. - М.: Финансы и статистика, 2002. - с. 5..

«Имитационной моделью называется специальный программный комплекс, который позволяет имитировать деятельность какого-либо сложного объекта. Он запускает в компьютере параллельные взаимодействующие вычислительные процессы, которые являются по своим временным параметрам (с точностью до масштабов времени и пространства) аналогами исследуемых процессов. В странах, занимающих лидирующее положение в создании новых компьютерных систем и технологий, научное направление Computer Science использует именно такую трактовку имитационного моделирования» Емельянов, А.А. Имитационное моделирование экономических процессов / А.А. Емельянов, Е.А. Власова, Р.В. Дума; под ред. А.А. Емельянова. - 1-е изд. - М.: Финансы и статистика, 2002. - с. 5..

Имитационное моделирование состоит из следующих этапов:

1. Анализ требований и целей. Перед тем, как заняться непосредственно моделированием системы, необходимо определить, какие цели ставятся перед ее авторами. Относительно, например, управления цепями поставок, такими целями могут служить: поиск оптимального размера заказа у поставщиков материалов, определение необходимого размера страхового запаса, выбор оптимального маршрута перевозок готовой продукции и т.д. Также, необходимо определить требования, предъявляемые к модели (ее ограничения).

2. Разработка модели:

2.1. Разработка концептуальной модели. Концептуальная модель - это абстрактная модель, определяющая структуру моделируемой системы, свойства ее элементов и причинно-следственные связи, присущие системе и существенные для достижения цели моделирования. Построение концептуальной модели включает в себя следующие этапы: определение типа системы, описание рабочей нагрузки, декомпозиция системы. Концептуальная модель может представлять графическую модель.

2.2. Формализация построенной концептуальной модели.

3. Подготовка данных. Включает идентификацию, спецификацию и сбор данных.

3.1. Идентификация - статистический анализ модели, статистическая оценка неизвестных параметров модели.

3.2. Спецификация - определение конечных целей моделирования; определение набора переменных; определение состава системы уравнений, их структур; формулировка исходных предпосылок, ограничений. Спецификация опирается на имеющиеся экономические теории, специальные знания, интуицию исследователя.

4. Трансляция модели. Под трансляцией модели понимается перенос ее формализованной концептуальной структуры на математический язык или язык программирования, если в дальнейшем будет реализована некая прикладная программа для проведения имитационного моделирования.

5. Верификация модели. Верификация - это установка правильности разработанной программы, формальное, либо практическое доказательство ее правильной работоспособности на ЭВМ.

6. Валидация модели. Валидация - оценка требуемой точности и адекватности имитационной модели.

7. Планирование. Определение условий эксперимента с помощью программного обеспечения с имитационной моделью, а также параметров при тестировании модели.

8. Постановка экспериментов. Подразумевается пропуск имитационной модели через программное обеспечение для получения выходных данных или результатов, позволяющих оценить адекватность построенной модели.

9. Анализ результатов. Рассмотрение и изучение полученных данных, формулирование выводов по успешности эксперимента и возможности применения имитационной модели для решения проблемы в дальнейшем.

10. Реализация и документирование. На основе построенной модели, если ее результат успешен, можно внести изменения в существующую систему, которая моделировалась.

Сфера применения имитационного моделирования очень широка. Возможность применения его методов была успешно опробована как на физических системах, так и на экономических и социальных. Например, одной из самых распространенных сфер применения имитационного моделирования является модель массового обслуживания Таха, Х.М. Исследование операций / Х.М. Таха. - 7-е изд. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2005. - с. 697..

2.3.3 Линейное программирование

Линейное программирование - это метод оптимизации моделей, в которых целевые функции строго линейные (представляют собой линейные уравнения). Модель линейного программирования включает в себя целевую функцию, ограничения в виде линейных уравнений или неравенств и требование неотрицательности переменных 22. Данциг Дж. Линейное программирование, его применения и обобщения / Дж. Данциг. - М.: Прогресс, 1966. - с. 13..

Целевая функция - то, что подлежит оптимизации. Оптимизацией может являться максимизация, минимизация или придание функции определенного значения. Например, для большинства управленческих задач, связанных с денежными затратами, целевой функции являются затраты, и они минимизируются.

Ограничениями выступают любые условия, которые необходимо учитывать при оптимизации функции. Например, если в задаче идет речь о доставке какого-либо объема товаров от производителя до потребителя, ограничениями могут являться спрос, объем производства, сроки доставки и т.д.

Относительно рассматриваемой в работе проблемы, можно также применить линейное программирование. В данном случае нет определенности относительно того, что будет являться целевой функцией (ей могут выступать как затраты, так и, например, суммарное количество перевозок), но очевидно, что будет ограничениями. В первую очередь, так как цель работы в достижении равномерности погрузки на припортовых станциях, соответственно ограничениями должны являться какие-либо показатели, связанные с равномерностью погрузки. Также, необходимо учитывать спрос со стороны грузоотправителей и возможности припортовых станций. так как в работе не учитывается сам процесс доставки груза, то никакие параметры, связанные с пропускными способностями дорог не будут являться ограничениями.

Ученые, занятые проблемой транспортировки грузов по железным дорогам не раз обращались к математическому программированию в своих работах. Несмотря на это, на сегодняшний день, не существует какого-то решения, принимаемого как основного. Модель BTA, рассмотренная в работе ранее, также является задачей математического программирования. Поэтому, наряду с ней, автор работы оценит возможность применения линейного программирования для решения поставленной проблемы в следующей главе.



2.4 Выбор подхода для решения управленческой проблемы

Ранее в главе автором работы были описаны модели, которые можно было бы применить для решения управленческой проблемы планирования железнодорожных грузоперевозок до портов. Все методы были разделены на три группы в зависимости от уровня принятия решения: стратегическое, тактическое и операционное планирование. Данное разделение было необходимо для того, чтобы, во-первых, показать, что проблема планирования грузоперевозок -- это не только, как это зачастую понимается, составление расписания движения поездов, а в большей степени комплексный выбор всей транспортной системы, ее узлов и их функций. А во-вторых проведенный анализ позволил рассмотреть проблему во всей ее широте и определить, какой уровень планирования был бы подходящим для данной работы в соответствии с поставленными задачами.

Стратегический уровень планирования предполагает изменение всей сети грузоперевозок компании. Формат работы, консалтинговый проект, предполагает возможность внедрения разработанного инструментария и проверка его эффективности. Автор данной работы не располагает возможностью как-либо влиять на стратегию РЖД, поэтому планирование на стратегическом уровне не будет являться основной частью работы. Аналогично, рекомендации по выбору модели работы транспортных узлов сети, или планирование на тактическом уровне, также требует больших ресурсов и, в связи с этим, не будет проведено в работе. В следующей главе будет проведен приблизительный анализ возможных решений на тактическом уровне и оценка описанных выше моделей, но рекомендации будут сформулированы в общем виде. Оставшийся уровень планирования - операционный предполагает непосредственно применение моделей продвижения вагонопотоков в сторону портов. Данный уровень полностью отвечает управленческой задаче работы и совпадает с ее форматом.

Суммируя вышесказанное, в следующей главе будет протестирована применимость как методов, описанных в Параграфе 2.3, а именно модель планирования грузоперевозок BTA, имитационное моделирование и линейное программирование, так и методов, описанных в параграфе 2.2, а именно концепции сухих портов. Концепция Mega Hub компании Deutsche Bahn сегодня не может быть внедрена в деятельность РЖД так как она требует существенных затрат и полного изменения системы деятельности компании с акцентом на высокую автоматизацию. Также, с помощью имитационного моделирования можно оценить возможность добавления в сеть грузоперевозок новых звеньев, например, сухого порта или логистического центра.



Глава 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПЛАНИРОВАНИЯ ГРУЗОВЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕВОЗОК

...