Повышение эффективности эксплуатации автомобильного транспорта на основе разработанных научно-технических, технологических и управленческих решений

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Актуальность исследования. Повышение эффективности использования подвижного состава и инфраструктуры автомобильного транспорта (АТ) является одной из приоритетных проблем, что объективно предопределяет рост требований к качеству управления автотранспортными системами (АС). Однако оно усложняется следующими факторами: наличием в составе АС многочисленных элементов различной природы; сложностью взаимодействий этих элементов между собой по материальным, сервисным, финансовым и информационным потокам и их формализации; стохастическим характером большинства факторов и параметров; влиянием субъективных факторов.

Традиционный подход к повышению эффективности эксплуатации ориентирован в основном на технико-экономические показатели, локальные оптимизации которых, при их несогласованности между собой, не могут привести к положительному результату. Кроме того, современные условия, характеризующиеся высокой степенью динамичности и переориентацией, как в глобальном, так и во внутригосударственном масштабе, на безопасность и социальные приоритеты, делают такой подход неприемлемым.

Поэтому проблема становится комплексной, требующей взаимосвязанного междисциплинарного подхода к ее решению, и подразумевает повышение эффективности функционирования АС на основе решений, позволяющих АТ выполнять свои функции при обеспечении высоких уровней социально-экономической эффективности, надёжности (технических объектов и человека-оператора) и безопасности. Такой подход обусловил необходимость разработки имеющих инновационную направленность научно-технических, технологических и управленческих решений при проектировании и при эксплуатации подвижного состава и инфраструктуры АТ, и создания систем управления, способных гибко реагировать на меняющиеся требования в сфере эксплуатации АТ.

Актуальность проблемы, теоретическая и практическая значимость ее решения предопределили выбор темы и постановку цели исследования, декомпозиция которой в соответствии с перечнем основных аспектов управления, определенных «Транспортной стратегией Российской Федерации на период до 2020 года», дает ряд научных и практических задач: совершенствование управления системой городского пассажирского транспорта (ГПТ); повышение пропускной способности улично-дорожной сети (УДС) города; ресурсосбережение при эксплуатации автотранспортных средств (АТС).

Предложенные в работе научно-технические, технологические и управленческие решения, разработанные при выполнении госбюджетных НИР Оренбургского ГУ «Повышение надёжности несущих и ходовых систем мобильных машин», «Исследование надёжности автомобилей в эксплуатации» и «Повышение эффективности и безопасности городских пассажирских перевозок», а также хоздоговорных НИР, целенаправленны на решение крупной научной проблемы повышения эффективности эксплуатации АТ, имеющей важное хозяйственное и социальное значение.

Цель исследования - создание предпосылок повышения эффективности эксплуатации АТ за счет разработки новых и совершенствования существующих теоретико-методологических положений, моделей, технических, технологических и управленческих решений инновационной направленности.

Для достижения цели поставлены и решены следующие взаимосвязанные задачи:

1) проведение анализа результатов предшествующих исследований по различным аспектам проблемы повышения эффективности эксплуатации АТ;

2) развитие теории и методологии управления АС на основе ситуационного подхода, включая системный анализ и обоснование выбора объектов управления;

3) разработка комплексной методики обоснования и рационального распределения по маршрутам парка ГПТ;

4) разработка комплексной методики повышения пропускной способности УДС города, примыкающей к остановочным пунктам;

5-6) разработка ресурсосберегающих технологий в эксплуатации АТС на примерах:

- повышения ресурса несущих систем АТС за счет эксплуатации на стадии живучести;

- увеличения срока службы автомобильных шин за счет регулирования схождения управляемых колес в процессе движения;

7) теоретико-экспериментальная апробация разработанных технических, технологических и управленческих решений инновационной направленности.

Объект исследования - процессы функционирования АС - ГПТ, систем эксплуатации и ремонта АТС, а предмет исследования - проблемные ситуации, возникающие при функционировании указанных систем и их элементов.

Методы исследований: системный анализ; математический анализ; математическая статистика и теория вероятностей; линейное и нелинейное программирование; теории принятия решений, управления, надёжности, экспертных оценок; логистика, социология; тензометрирование, дорожные и стендовые испытания, натурные обследования.

Научную новизну исследования составляют следующие теоретико-методологические положения и разработки инновационной направленности для обеспечения эффективного функционирования АТ, которые выносятся на защиту:

- новая концепция комплексного повышения эффективности эксплуатации АТ, определяемой такими основными составляющими, как экономическая и социальная эффективность, надёжность (технических объектов и человека-оператора) и безопасность;

- новые положения методологии управления АС на основе ситуационного подхода, включая результаты системного анализа и идентификации объектов управления;

- теоретические основы и научно-методические подходы к планированию, организации и регулированию системы ГПТ, позволяющие создать модифицированную методику натурного обследования пассажиропотоков, адаптированную к условиям преобладания в ГПТ частного транспорта; методику определения перспективного спроса пассажиров на перевозку в маршрутных транспортных средствах (МТС), учитывающую типологию пассажиров; методику определения необходимого количества МТС и рационального размещения их на маршрутах с учетом спроса пассажиров, возможностей перевозчиков и ограничений, накладываемых пропускной способностью остановочных пунктов и УДС города; организационную структуру регулирования на основе схем и сценариев ситуационного управления, способную удовлетворить противоречивые требования заинтересованных сторон системы ГПТ;

- систематизация факторов, оказывающих влияние на задержку МТС на остановочных пунктах ГПТ, и способов ее снижения, позволившая разработать комплекс перспективных и оперативных мероприятий по повышению пропускной способности УДС, примыкающей к остановочным пунктам;

- теоретические основы и научно-методические подходы к повышению долговечности АТС, позволяющие продлить ресурс несущих систем АТС, подверженных в эксплуатации усталостным повреждениям, за счет учета компонентного состава их нагруженности в условиях эксплуатации, контроля живучести и управления техническим состоянием на основе ситуационного подхода; автомобильный дорожный остановочный

- теоретические основы и научно-методические подходы к ресурсосбережению автомобильных шин, позволившие разработать методики улучшения эксплуатационных характеристик (чувствительности и точности) системы регулирования схождения управляемых колес АТС в процессе движения.

Достоверность результатов и выводов обеспечивается использованной методологией исследования, включающей в себя апробированные научные методы, использованием современного математического аппарата, достоверной исходной информацией и значительным объемом экспериментальных исследований и подтверждается сопоставимостью теоретических и экспериментальных результатов, их практическим использованием. Полученные 31 патент и решения о выдаче патентов РФ подтверждают новизну предложенных разработок на уровне изобретений.

Научная и практическая значимость результатов работы.

Полученные результаты в виде совокупности теоретико-методологических положений, моделей, методик, алгоритмов и программ, технических, технологических и управленческих решений вносят определенный вклад в теорию и практику менеджмента и эксплуатации АС. Они дают возможность обоснованно выбирать рациональные управленческие решения и предлагать пути повышения социально-экономической эффективности, надёжности, дорожной и экологической безопасности эксплуатации АТ, что имеет большое практическое значение для экономики транспорта и социальной сферы. На их базе впервые созданы и использованы или подготовлены к использованию комплексы методик повышения эффективности ГПТ и ресурса АТС в эксплуатации.

Результаты исследования имеют прикладной характер и могут быть использованы:

- органами государственной власти и местного самоуправления, структурами автотранспортного комплекса для обоснования принятия рациональных управленческих решений по поддержанию работоспособности АТС в эксплуатации и повышению безопасности и эффективности перевозок и качества транспортных услуг при уменьшении транспортной составляющей в цене товара или услуги и массы выброса вредных веществ от подвижного состава АТ в окружающую среду;

- субъектами предпринимательской деятельности в сфере ГПТ, объединенными в саморегулируемые организации, при разработке и установлении стандартов и правил указанной деятельности и контроле за соблюдением их требований.

Реализация результатов работы. Результаты по повышению эффективности ГПТ использованы в МУ «Оренбургское городское управление пассажирского транспорта», в Мелеузовском АТП ГУП «Башавтотранс» (г. Мелеуз Республики Башкортостан), в ООО «Бузулукское транспортное сервисное предприятие» (г. Бузулук Оренбургской обл.); направленные на повышение долговечности несущих систем АТС в эксплуатации - на Нефтекамском автомобильном заводе (г. Нефтекамск Республики Башкортостан) и в ОАО «Производственное объединение «Сармат» (г. Орск Оренбургской обл.). Отдельные результаты исследования используются в учебном процессе Оренбургского ГУ.

Апробация работы. Отдельные положения и результаты диссертации представлялись в 1991-2010 гг. на 37 научных конференциях, в числе которых: международные «Концепция развития и высокие технологии индустрии ремонта транспортных средств» (Оренбург, 1993, 1995, 1997 гг.), «Инновационные процессы в образовании, науке и экономике России на пороге 21 века» (Оренбург, 1998 г.), «Прогресс транспортных средств и систем» (Волгоград, 1999 г.), «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2001 г.), «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (Тюмень, 2006, 2007, 2008, 2009 гг.), «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза, 2006 г.), «Проблемы автомобильно-дорожного комплекса России» (Пенза, 2008 г.), «Надёжность и качество 2009» (Пенза, 2009 г.), «Проблемы и перспективы развития Евроазиатских транспортных систем» (Челябинск, 2009 г.), «Актуальные проблемы автомобильного транспорта» (Тула, 2009 г.), «Транспортные и транспортно-технологические системы» (Тюмень, 2010 г.), «Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации» (Оренбург, 2010 г.); всесоюзная «Методы ускоренных стендовых испытаний агрегатов тракторов и сельскохозяйственных машин на надёжность» (Челябинск, 1991 г.); российские «Прогрессивные методы эксплуатации и ремонта транспортных средств» (Оренбург, 1999 г.), «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Орск, 2000, 2002 гг.), «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (Оренбург, 2001, 2003, 2005, 2007, 2009 гг.), «Проблемы эксплуатации систем транспорта» (Тюмень, 2009 г.); российские научные школы Уральского отделения РАН (Миасс, 1999, 2002, 2008 гг.); межрегиональные и региональные «Состояние и перспективы развития Уральского региона» (Оренбург, 1992 г.), «Дорожно-транспортный комплекс: состояние и перспективы развития» (Чебоксары, 2007 г.) и другие, на научных семинарах кафедр транспортного факультета Оренбургского ГУ (1989-2010 гг.). Диссертация в полном объеме докладывалась на научных семинарах кафедр транспортного факультета Оренбургского ГУ и кафедры «Сервис и ремонт машин» Орловского ГТУ.

Основные результаты работы отмечены: 1) «Прогнозирование усталостной долговечности несущих систем транспортных средств» - дипломом I степени на конкурсе работ молодых учёных и специалистов Оренбургской области (1993 г.); 2) «Методика рационального распределения парка городского пассажирского транспорта по маршрутам» - дипломом лауреата премии Правительства Оренбургской области в сфере науки и техники (2007 г.); 3) «Система для непрерывного автоматического контроля и регулирования схождения управляемых колес транспортного средства в процессе движения» - Серебряной медалью VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций (2008 г.); 4) «Методика формирования рациональной структуры автомобильного транспорта для нужд среднего по размерам города» - дипломом лауреата премии губернатора Оренбургской области за достижения в сфере науки и техники (2010 г.); 5) «Устройство, временно повышающее проходимость автомобиля» - дипломом лауреата X Московского международного салона инноваций и инвестиций (2010 г.).

Публикации. По результатам исследований в 1989-2010 гг. опубликованы 150 работ, в числе которых: 33 статьи в научных журналах; 3 коллективные монографии; 1 учебное пособие, полностью основанное на материалах исследований; 63 статьи в сборниках научных трудов и материалов научных конференций; 31 патент и решения о выдаче патентов РФ на изобретения, 4 патента РФ на полезные модели; 4 свидетельства о регистрации программных средств.

Личный вклад автора заключается в разработке концепции и формулировании цели работы, определении направлений теоретических и экспериментальных исследований, задач и принципиальных методологических и методических положений, организации и проведении комплексных экспериментальных исследований, обобщении положений по повышению социально-экономической эффективности, надёжности и безопасности функционирования АС на различных этапах выполнения работы - от научного поиска до реализации или подготовки к реализации технических, технологических и управленческих решений в практике эксплуатации АТ.

1. Роль АТ на современном этапе развития России, основные положения современной концепции транспортной логистики

Раскрыты проблема оценки и комплексность эффективности функционирования АС; рассмотрены схемы управления объектами на основе традиционного подхода автоматического управления и ситуационного подхода; изложена концепция ситуационного управления; сформулированы основные положения концепции комплексного повышения эффективности эксплуатации АТ; определены цель и основные задачи исследования.

Отмечено, что социально-экономические преобразования, происходящие в России с начала 1990-х годов, послужили толчком для формирования нового мировоззрения, базирующегося на концепции и принципах логистики. Изложены положения концептуальной основы логистики - системного подхода и различные классификации систем, в том числе транспортных, значительный вклад в разработку которых внесли труды Н.О. Брайловского, Б.И. Грановского, В.А. Гудкова, А.В. Ефремова, В.А. Корчагина, Ю.Г. Котикова, В.М. Курганова, О.Н. Ларина, В.Н. Лившица, Л.Б. Миротина, С.А. Панова, А.М. Поляка и Ю.К. Поносова, С.М. Резера, А.В. Шабанова и других.

Отмечено, что при оценке эффективности больших систем, под которой с позиции системной методологии понимают свойство объекта, определяющее степень его пригодности к непосредственному применению по назначению, неизбежно возникает проблема выбора критериев оценки. Несмотря на то, что этой проблемой, в приложении к АС, занимались многие учёные, существуют не только несовпадающие, но и взаимоисключающие точки зрения, что объясняется многоцелевым характером деятельности АС.

Анализ публикаций позволяет выделить четыре группы критериев оценки функционирования АС, оценивающие эффективность: 1) АТС как средств перевозки пассажиров или грузов; 2) работы АТС, то есть транспортного процесса; 3) обобщенно АТС и транспортного процесса; 4) продвижения материального потока от первичного источника до конечного потребителя на основе представления не только АТС составляющей транспортного процесса, но и последнего - составляющим логистического процесса. В своем большинстве они характеризуют только экономическую эффективность эксплуатации. Вместе с тем, к основным составляющим эффективности эксплуатации относятся также социальная эффективность, надёжность технических объектов и человека-оператора, безопасность. В соответствии с этим подходом уровень эффективности эксплуатации АТ в общем случае имеет вид поликомпонентного функционала типа ЕАТ = Е (Rээ, Rсэ, Rнт, Rнч, Rб). Вычислить такой обобщенный показатель, как правило, невозможно, а набор и приоритетность его составляющих определяются конкретными условиями функционирования изучаемых систем и решаемых задач.

Отмечено, что не только количественные характеристики, но и смысловое наполнение основных составляющих эффективности эксплуатации АТ и причинно-следственные связи между ними (рис. 1) не являются статичными и меняются с развитием общества и изменением целевой функции АТ.

Проанализированы эволюции представлений о составляющих эффективности, в частности: 1) влияние человеческого фактора на надёжность (ошибки при проектировании, брак при изготовлении, нарушение условий эксплуатации и т.п.); 2) сохранение научно обоснованного соотношения экономических и экологических интересов общества (подход к управлению социоприродноэкономическими системами, разработанный В.А. Корчагиным и С.А. Ляпиным); 3) эволюция качества транспортного обслуживания от «экономики масштаба» (характеризуется ненасыщенным «рынком производителя» и ориентацией АТ на соотношение цена/производительность), через «экономику качества» (требования к качеству формирует муниципалитет, проводящий конкурсы на предоставление муниципального заказа на перевозки) к «экономике клиента» (требования к качеству предъявляются непосредственным потребителем - пассажиром).

Таким образом, повышение эффективности эксплуатации АТ в современной обстановке становится комплексной проблемой, решение которой связано не только с улучшением технико-экономических показателей деятельности АТ, но и со снижением уровня опасности и экологических последствий этой деятельности и обеспечением удовлетворенности потребителей качеством транспортных услуг.

Рис. 1 - Структурно-функциональная схема связей при рассмотрении эффективности АТ

Первоочередной целью обеспечения эффективного функционирования АС выступает создание эффективной системы управления. Отмечено, что существует достаточно большой класс объектов управления (ОУ), которые обладают рядом неожиданных для традиционного управления свойств. Для управления объектами этого класса разработан ситуационный подход (СП). До недавнего времени он развивался в основном западными специалистами в области менеджмента. Особая роль в разработке метода управления на основе СП принадлежит отечественным учёным Д.А. Поспелову и Ю.И. Клыкову, а в его развитии - их ученикам и последователям. Немногочисленными обращениями к СП в управлении АС или даже к ситуационной терминологии являются работы В.А. Житкова и К.В. Кима, А.П. Затворницкого, В.С. Лукинского, С.П. Озорнина, А. Чалого и Б. Рыбака. По глубине проработки вопросов применения СП к управлению автомобильными перевозками особо выделяются работы В.М. Курганова.

Суть концепции ситуационного управления (СУ) формулируется следующим образом. При помощи мониторинга состояний ОУ создается информационная база, основными задачами которой являются: 1) выделение типичных проблемных ситуаций в процессе функционирования ОУ, проявляемых как разница между фактическим и нормативным значением некоторого показателя эффективности функционирования ОУ; 2) анализ этих ситуаций с целью выявления причинно-следственных связей; 3) разработка соответствующих сценариев управленческих решений по устранению причин проблемных ситуаций. Комплекс разработанных сценариев составляет технологическую платформу системы СУ, которая ориентирована на имеющиеся ресурсы. К решению проблемных ситуаций различных уровней привлекаются в соответствии с компетенциями и полномочиями соответствующие им уровни системы управления. При этом отпадает необходимость страхования «на всякий случай», достигается гибкость системы, позволяющая реагировать если не «точно в срок», то с допустимой задержкой.

В выводах по главе сформулированы основные положения концепции комплексного повышения эффективности эксплуатации АТ (см. п. 2 основных результатов и выводов).

2. Развитие методологии СУ на АТ

Предложена новая модель управления АС; проведен синтез системы СУ; выбраны объекты исследования и проведена их идентификация по возможности управления ими на основе СП.

В качестве основных уровней АТ как ОУ будем рассматривать: АТ страны, АТ региона и муниципального образования (в составе макрологистической системы), подвижной состав предприятия (в составе микрологистической системы), само АТС и составляющие его элементы. Предложена структура управления АС (рис. 2), дополненная, в сравнении с предложенной О.Н. Лариным, следующими элементами: 1) эшелон административного регулирования - независимыми координирующими органами, на которые возложены функции управления транспортным обслуживанием населения; 2) эшелоном управления техническим состоянием АТС посредством автоматических или автоматизированных систем, внешних по отношению к АТС или встроенных в него.

Решения 3-й и 4-й задач исследования являются иллюстрацией управления на уровне эшелона административного регулирования, 5-й - на уровне эшелона корпоративного управления, 6-й - на уровне эшелона автоматического управления.

Идентификация соответствующих этим задачам объектов по возможности управления ими на основе СП, по критериям уникальности, отсутствия формализуемой цели существования, отсутствия оптимальности, динамичности, неполноты описания и наличия «свободы воли», показывает, что: системы ГПТ и дорожного движения, техническое состояние несущей системы АТС могут быть отнесены к объектам, к которым применимо СУ; процесс регулирования схождения управляемых колес АТС в движении относится к объектам, к которым применима теория автоматического управления.

Рис. 2

Обобщенный алгоритм создания системы СУ представлен на рис. 3. Принятие решения о применимости СУ для управления конкретным ОУ должно опираться на два признака: 1) не существует традиционного метода управления, основанного на аналитической модели процессов, происходящих в ОУ, или ее размерность исключает практическую реализацию; 2) ОУ изучен настолько, что его можно описать на языке СУ.

Для синтезируемой системы СУ описаны: общая модель распределения задач и функций в системе; уровни информационного управления, образующие с последовательностью выполнения функций замкнутые контуры регулирования, организации и планирования; типы управляющих воздействий от субъекта управления (программа, технологии и команды регулирования); информационные потоки в системе; схема цикла СУ; схема связей между текущей ситуацией в ОУ и лицом, принимающим решение.

В качестве примера приведем схему и процедуры СУ ГПТ.

Опираясь на системный подход, процесс доставки при перевозке пассажиров ГПТ можно представить в виде системы (рис. 4), входами которой являются потребность населения в перевозках и наличие подвижного состава конкретного вида, количества и технического состояния, выходом - своевременная доставка пассажиров в пункты назначения. Нормальное функционирование системы ГПТ может происходить только при ограничениях, основными из которых являются: соблюдение правил дорожного движения; обеспечение безопасности и комфортности поездок; соответствие подвижного состава экологическим требованиям и другие. Обратная связь в системе осуществляется поступлением с линии информации о движении МТС, соблюдении расписания, интервалов движения и соответствии числа подвижного состава потребностям в перевозках.

В процессе функционирования системы возникают проблемы, так называемые ситуации, характеризующиеся различием между желаемым и существующим удовлетворением спроса на перевозки и доставкой пассажиров в пункты назначения с надлежащим качеством. Можно выявить вызывающие эти ситуации сочетания возмущающих факторов и для них - заранее подготовить соответствующие сценарии управления, предусматривающие конкретные управленческие решения - изменение общего количества МТС, количества МТС различных видов, режимов движения, графиков работы и т.д. Для детерминированных ситуаций они имеют высокую результативность. Случайные же ситуации, для которых также могут быть заранее подготовлены управленческие решения, в большинстве случаев требуют их корректировки в режиме реального времени.

В качестве показателя, характеризующего эффективность процесса управления ГПТ, принимают минимальное значение рассогласования между выходными параметрами процесса доставки пассажиров.

Рис. 5

Фрагмент сценария СУ ГПТ приведен на рис. 5. Нулевой уровень отражает сам факт необходимости управления системой ГПТ. На первом уровне выделяются n классов ситуаций, при которых необходимо управление, например: 1.1 - пуск в эксплуатацию предприятия, ежедневно требующего доставки большого количества работников в фиксированное время; 1.2 - пуск в эксплуатацию крупного торгового центра с приблизительно равномерным в течение дня притяжением населения; …; 1.6 - сдача новостройки с большим количеством квартир или домов малоэтажной застройки; 1.7 - падение доходов муниципальных предприятий пассажирского транспорта; 1.8 - приобретение муниципалитетом крупной партии подвижного состава ГПТ по лизингу; …; 1.n - начало/окончание сезона садово-дачных работ. Далее показана декомпозиция только той части сценария, которая связана с ситуацией (1.7) - падением доходов муниципальных предприятий. На втором уровне выделяются m подклассов возможных ситуаций: 2.1 - низкая наполняемость муниципальных МТС при работе на маршрутах; …; 2.m - низкий коэффициент выпуска муниципальных МТС на линию. На третьем уровне производится анализ причин выделенных подклассов ситуаций; в примере выявлены k причин: 3.1 - несоответствие вместимости муниципальных МТС пассажиропотокам на маршрутах; 3.2 - неоптимальность режимов работы (обычные, экспрессные, по полным и укороченным маршрутам и т.д.) муниципальных МТС; 3.3 - неоптимальность графиков работы и (или) интервалов движения муниципальных МТС на маршрутах; …; 3.k - конкуренция со стороны частных перевозчиков, работающих на дублирующих маршрутах. На четвертом уровне производится прогнозирование дальнейших изменений выявленных ситуаций; на пятом - выявление двух возможных прогнозов ситуаций: 5.1 - изменения носят временный характер; 5.2 - изменения носят постоянный характер. На следующих уровнях производятся аналитические процедуры: на шестом - моделирование влияние выявленных изменений на экономическую и/или экологическую ситуацию и социальную обстановку в городе; на седьмом - оценка результатов моделирования; на восьмом - оценка возможности устранения негативных изменений; на девятом - определение конкретных решений на основании проделанного анализа. На десятом уровне приводятся r решений для случая, когда изменения носят временный характер: 10.1 - перераспределение МТС различных видов по маршрутам в соответствии со спросом населения; 10.2 - применение для муниципальных МТС стратегии укороченных маршрутов; …; 10.r - оптимизация интервалов движения муниципальных МТС на маршрутах; а также q решений для случая, когда изменения носят постоянный характер: 10.4 - ограничение количества допускаемых на маршруты МТС; …; 10.q - устранение дублирующих маршрутов и т.д. Следует отметить, что декомпозиция других из выделенных n классов ситуаций может привести, наряду с другими, к решению, скажем, перераспределения МТС различных видов по маршрутам в соответствии со спросом населения.

Таким образом, сценарий СУ содержит в себе разнородные элементы, связанные с конкретизацией условий, требующих вмешательства системы управления, анализом текущей ситуации, прогнозированием ее развития и собственно принятием управленческого решения. Подобный сценарий представляет собой только верхний уровень системы управления, на нижних уровнях которой управленческое решение должно быть конкретизировано. В свою очередь, эта конкретизация может потребовать выполнения этапов, включающих в себя процедуры анализа, экстраполяции или, если это возможно, оптимизации. За простотой окончательного решения, которое может быть сформулировано одной фразой, схемой и т.п., скрывается реализация достаточно громоздкой процедуры принятия решения.

Предложено: 1) создать независимый координирующий орган - юридическое лицо, на равных условиях взаимодействующее с муниципалитетом, муниципальными и частными транспортными предприятиями, предпринимателями, которому делегированы права планирования маршрутной сети, проведения на конкурсной основе выбора обслуживающих ее перевозчиков и функции административно-транспортной инспекции - управление и контроль за работой перевозчиков, координацию перевозок, выполняемых отдельными операторами, обеспечение безопасности движения и экологической безопасности; это может быть специализированный орган саморегулируемой организации (в соответствии с ФЗ № 315); 2) включить его в эшелон административного регулирования многоуровневой структуры управления ГПТ (рис. 2); 3) вооружить специалистов органа аппаратом СУ, который может быть включен в стандарты и правила деятельности, обязательные для выполнения всеми членами саморегулируемой организации. Методически оснащенный орган будет в состоянии удовлетворить как большинство потребителей транспортных услуг (население), так и большинство операторов перевозок.

К примеру, рациональное распределение МТС различных видов по маршрутам способно удовлетворить требования всех заинтересованных сторон системы ГПТ: 1) перевозчик, к какому бы виду собственников он не принадлежал, будет иметь оптимальное соотношение эксплуатационных расходов и дохода в результате более полной наполняемости МТС; 2) пассажир получит возможность воспользоваться для осуществления необходимой ему поездки МТС тех вида, цены поездки и уровня комфорта, которые для него предпочтительны, при приемлемом времени ожидания МТС именно этого вида; 3) минимизация логистических издержек повысит доходность ГПТ в целом, и, следовательно, приведет к сокращению бюджетных затрат на его содержание при выполнении основной задачи муниципалитета - удовлетворении спроса пассажиров на перевозки; 4) удовлетворенность администрации системы перевозок будет достигаться снижением количества рекламаций населения и уровня затрат на организацию перевозок.

3. Теоретические исследования в области управления ГПТ и дорожным движением (ДД)

На основе проведенного анализа опубликованных работ, посвященных планированию, организации и регулированию ГПТ, были сделаны выводы: 1) появление и рост частного пассажирского транспорта изменили систему ГПТ большинства российских городов, характерной особенностью которых стала одновременная работа на маршрутах МТС различных форм собственности (муниципальная, частная), видов (автобусы разных классов, электротранспорт и т.д.), определяющих различия в скоростных и стоимостных параметрах, особенности организации движения. Это означает одновременное существование нескольких транспортных и пассажирских потоков, связанных между собой и взаимно влияющих друг на друга в состоянии неустойчивого равновесия; 2) традиционный подход к планированию поездок основывается на предположении, что выбор пассажира обуславливается только частотой движения МТС на маршруте и величиной среднего времени ожидания МТС. Однако, при условии, что нужного пункта назначения можно достичь при передвижении по нескольким аналогичным маршрутам, особенно если на этих маршрутах работает подвижной состав разного вида, уровня комфорта, реальной скорости передвижения и т.д., выбор пассажира зависит от множества факторов, как объективных, так и субъективных; 3) существует большое число методов обследования пассажиропотоков, косвенно используемых для определения существующего спроса пассажиров на услуги ГПТ; наиболее объективными и достоверными из них являются натурные методы, однако ни один из них не адаптирован для условий преобладания в ГПТ частного транспорта; 4) актуальной проблемой является разработка обоснованного подхода к рациональному распределению МТС различных видов по маршрутам с учетом выявленного и перспективного, связанного с желанием пассажиров пользоваться иным видом МТС, спроса пассажиров. Наиболее подходящими для решения указанной проблемы представляются логистическая концепция и управление на основе СП.

На основе проведенного анализа опубликованных работ, посвященных повышению безопасности ДД и пропускной способности (ПС) УДС города, были сделаны выводы: а) характерной особенностью используемых на практике моделей функционирования ОП является механистический подход к действиям водителей МТС и их потенциальных пассажиров. Вместе с тем, влияние «человеческого фактора» огромно и сказывается, например, на выборе водителем МТС места остановки на/перед/за ОП, на выборе потенциальным пассажиром МТС для поездки, исходя из своих наклонностей и привычек, на других традиционно не учитываемых «мелочах», в значительной степени определяющих время задержки МТС на ОП. В этом и заключается основная причина расхождения расчетных и реальных показателей ПС ОП; б) многие из факторов, определяющих ПС ОП, достаточно хорошо исследованы, однако степень их влияния и, главное, вклад, усиливающий или снижающий результирующее воздействие, практически не изучены; в) попытки за счет локальных изменений (расчет размеров «заездного кармана» и т.д.) решить проблему повышения ПС ОП к существенному результату не приводят. Поэтому перспективным способом решения проблемы представляется системный учет влияющих факторов и выработка на его основе, наряду с перспективными, оперативных управленческих решений в зависимости от ситуации, складывающейся на ОП.

В соответствии с выводами были сформулированы частные задачи исследования.

Первой задачей ставилась адаптация методики обследования пассажиропотоков к условиям преобладания в ГПТ частного транспорта и разработка алгоритма определения по результатам обследования основных показателей процесса пассажирских перевозок.

Согласно методике, полученной в результате модификации анкетного и табличного методов обследования, учетчики располагаются на ОП маршрутной сети, предварительно разбитой на участки, в прямом и обратном направлениях, и в специально разработанной учетной ведомости фиксируют номер маршрута, номера МТС, проходящих через ОП, время их подхода к ОП, время стоянки, количество вышедших и вошедших пассажиров. Методика позволяет проводить как сплошное обследование на всей маршрутной сети, так и выборочное - на отдельных участках. Информация, полученная в результате обследования, заносится в базу данных, работающую под управлением СУБД InterBase.

Разработан и программно реализован алгоритм (рис. 6), позволяющий определять основные показатели процесса перевозок: время и интервалы движения МТС на различных перегонах; эксплуатационные, технические скорости и скорости сообщения; пассажиропотоки; объемы перевозимых пассажиров на всех ОП за различные периоды времени; транспортную работу и наполняемость МТС различных видов.

В алгоритме использованы следующие обозначения: i - индивидуальный номер МТС, соответствующий государственному регистрационному номеру; j - номер ОП; k - номер маршрута; r - интервал времени; и - соответственно количество пассажиров, вошедших или вышедших из i-ого МТС k-ого маршрута на j-ом ОП; - время подхода i-ого МТС k-ого маршрута к j-ому ОП; - время стоянки i-ого МТС k-ого маршрута на j-ом ОП; n - номер участка, n = 1…N; и - соответственно начальный и конечный ОП для n-ого участка k-ого маршрута; lj,j+1 - расстояние между j-м и (j+1)-м ОП; mi - пассажировместимость i-ого МТС.

Второй задачей ставилась разработка методики определения перспективного спроса на перевозку в МТС пассажиров, учитывающей их типологию.

Под набором мест в МТС различных видов понимается упорядоченная совокупность (y1, y2, …, yi, …, ya) мест. Следовательно, при рассмотрении а видов МТС пассажир выносит одно из (а+1) суждений: набор мест yi предпочтительнее, чем все остальные; все наборы мест равноценны. Критерием выбора вида МТС для последнего суждения может быть время ожидания на ОП (пассажир выбирает МТС, которое первым подъедет к ОП).

Для выражения предпочтения одного набора мест другому воспользуемся функцией полезности , которая упорядочивает наборы мест в МТС различных видов по уровню их предпочтения, например, y1, если u(y1) > u(y2, y3 ,…, ya), т.е. пассажир при выборе вида МТС стремится к максимизации функции полезности. Так как эта функция нелинейная, то математическая модель выбора вида МТС пассажиром имеет вид задачи нелинейного программирования:

(1)

с ограничениями:

, (2)

где gk - значение критерия, по которому происходит выбор пассажиром вида МТС; G - максимально возможное значение k-ого критерия за выбранный календарный период.

Полученная задача поиска экстремума функции при наличии связывающих ограничений на ее переменные решается, например, методом Лагранжа.

Предлагаемая методика включает несколько этапов: формирование m критериев, по которым производится выбор вида МТС, определение их значений и a альтернативных решений; составление целевой функции (функции полезности); установление ограничений по сформированным критериям; непосредственное решение задачи.

Рис. 6 - Алгоритм определения основных показателей процесса перевозок

Учитывая, что перевозка является для пассажиров услугой, потребляемой ежедневно, предпочтение отдается мультипликативной функции полезности, имеющей вид:

, (3)

где Dj - удельный вес пассажиров, принадлежащих к группе признаков различия j; Pji - «ценность» для них i-го вида МТС, под которой понимается удельный вес пассажиров j-го признака различия, осуществляющих выбор i-го вида МТС.

«Ценность» для пассажиров отдельных видов МТС определяется на основе типологического анализа поведения пассажиров, которые осуществляют выбор из совокупности видов МТС. Предметом анализа является взаимодействие выбора пассажиров с характеристиками или признаками их различия.

Типологическая модель поведения пассажиров представлена в таблице, где: Сr - типологическая группа различий пассажиров; xj - признаки различия пассажиров внутри группы; Si - существующие виды МТС; Pji - «ценность» вида МТС Si для пассажиров с признаками различия xj; Dj - удельный вес пассажиров, принадлежащих к группе различия Сr(xj); Ri - удельный вес того, что пассажиры выберут вид МТС Si:

. (4)

Таблица 1 - Типологическая модель поведения пассажиров

Принимается, что любой пассажир, ожидающий МТС, является экспертом по выбору вида МТС. Величины Pji определяются методом экспертных оценок, для чего заполняется анкета, в которой предлагается проранжировать критерии, по которым выбирается вид МТС, а также альтернативные решения (виды МТС) с учетом принадлежности пассажира к определенной группе, если наименее «ценному» приписан ранг 1. Допускается приписывать для равнозначных критериев и альтернатив одинаковые ранги. В этом случае объектам, разделившим места, приписывается ранг, равный среднему арифметическому соответствующих разделенных мест. В случае, когда пассажир не пользуется отдельными видами МТС, ранг данного вида обнуляется.

Для упорядочения альтернативных решений Si (i = 1, …, a) выбора вида МТС для различных типологических групп пассажиров обработка анкет проводится следующим образом. Сначала подсчитывается суммарное количество рангов каждого вида МТС для различных типологических групп пассажиров:

(5)

где - ранг i-го альтернативного решения, приписанный k-м респондентом j-ого признака различия. Полученные значения используются для получения «ценностей» каждого из имеющихся видов МТС для различных групп пассажиров:

, (6)

где и , yjs и yjo - соответственно вес и суммарный ранг наименее и наиболее «ценного» вида МТС для пассажиров j-ого признака различия.

Согласованность мнений респондентов относительно ранжирования видов МТС для каждой j-ой группы пассажиров оценивается коэффициентом согласия (конкордации) Wj, гипотеза о неслучайности согласия респондентов проверяется по критерию ч2.

В анализе типологии поведения пассажира условная вероятность того, что он выберет тот или иной вид МТС, скорее характеризует ожидание исследователей, чем является критерием выбора вида МТС. Это связано, например, с тем, что трудно судить о полноте информации, которой располагает пассажир для обоснования своего выбора; выбор пассажира всегда богаче, чем мы можем себе представить, что определяется его опытом и др. Потому с использованием методики априорно-апостериорного анализа производим вероятностную оценку формирования спроса пассажиров. Для суждения о низкой степени неопределенности необходимо выполнение системы неравенств:

(7)

где - ранговый коэффициент корреляции для каждой группы пассажиров по текущему (i) и перспективному (q) выбору видов МТС; - условная вероятность того, что пассажиры, обладающие признаками различия xj, осуществят выбор альтернативного решения Si, определяемая как:

. (8)

В случае низкой степени неопределенности формирования выбора для определения перспективного спроса пассажиров решается задача (3) с ограничениями (2) на критерии по выбору решения, например, методом Лагранжа.

Третьей задачей является анализ изменения системы потребностей пассажиров, которое может быть рассмотрено как стохастический процесс в виде совокупности двух видов изменения потребностей: относительного (переходы пассажиров от предпочтения одних существующих видов МТС другим) - в пределах поля возможностей и абсолютного изменения самого поля возможностей (появление новых видов МТС). Формализованное описание модели получается при рассмотрении изменения потребностей в виде процесса Пуассона - для относительного, и в виде процесса гибели и размножения - для абсолютного изменения. Матрица переходов пассажиров от одной группы Сj(x) к другой Сj*(x) за время t, будет иметь вид:

, (9)

где - вероятность перехода пассажира за время t, j= 1, …, b; j* = 1, …, d.

Четвертой задачей ставилось определение количества МТС различных видов на маршрутах с учетом спроса пассажиров. Задача заключается в выборе такого варианта количества МТС различных видов, который обеспечил бы полное освоение пассажиропотоков по каждому виду МТС с учетом спроса пассажиров, пассажирооборота ОП и пропускной способности УДС города.

Целевая функция должна минимизировать суммарный пробег порожних мест:

(10)

с ограничениями на освоение объема перевозимых пассажиров МТС i-ого вида (11) и на пропускную способность ОП и УДС (12):

(11)

(12)

где n - номер участка, n = 1, …, N; p - номер маршрута, p = 1, …, P; = 1, если i-й вид МТС p-ого маршрута следует по n-ому участку и = 0 - в противном случае; mi - вместимость i-ого вида МТС; nрi - количество рейсов i-ого вида МТС за определенный интервал времени; i - коэффициент использования вместимости i-ого вида МТС; - количество МТС i-го вида p-ого маршрута, работающих на n-ом участке; - объем перевозимых i-ым видом МТС на n-ом участке пассажиров за определенный интервал времени, определяемый по формуле:

. (13)

Возможна ситуация, когда конечный ОП определенного участка является начальным ОП не одного участка, а нескольких, т.е. происходит разветвление участков. В этом случае к выражениям (10) - (12) добавляется равенство:

, (14)

где w - количество участков, на которые разветвляется n-й участок (w = 1 … W).

Предложенная методика позволяет рационально разместить МТС на маршрутах с учетом наибольшего соответствия спросу на них.

В результате решения второй-четвертой задач могут быть реализованы обе из существующих функций логистической системы: прогностическая - через выявление объема и структуры спроса на услуги ГПТ, позволяющая принимать долгосрочные управленческие решения, требующие привлечения дополнительных ресурсов, и организационная - через рациональное размещение МТС различных видов на маршрутах, т.е. оперативные управленческие решения, направленные на перераспределение имеющихся ресурсов.

Пятой задачей ставилось проведение анализа и систематизации факторов, влияющих на пропускную способность (ПС) УДС, примыкающей к ОП.

В рамках проводимого исследования скорректирована часто используемая в моделировании дорожного движения система «водитель - автомобиль - дорога - среда»: из подсистемы «дорога» выделена подсистема «остановочный пункт», дополнительно введена подсистема «пассажир». В результате получаем систему «водитель - автомобиль - дорога - среда - пассажир - остановочный пункт». Анализ системы позволил выявить 76 факторов, в той или иной степени влияющих на ПС ОП, основные из которых представлены на рис. 7.

В силу стохастичности транспортных потоков заторовые ситуации на ОП возможны эпизодически даже при незначительной интенсивности движения МТС. Поэтому понятие ПС ОП не имеет практического значения, так как ее величина не может быть использована для решения ни одного практического вопроса - для их решения требуются данные о загруженности ОП. Поэтому в качестве интегрального показателя, характеризующего ПС ОП, предложено суммарное время простоя МТС на ОП, определяемое на основе многофакторной модели:

, (15)

где Fi(xi) -зависимость времени простоя МТС на ОП от фактора xi; mi - степень зависимости. В качестве учитываемых факторов на основе аналитических исследований и натурных обследований приняты: класс МТС (динамические качества и конструктивные особенности - габаритные размеры, параметры кузова, высота подножек над уровнем посадочной площадки ОП, ширина входных и выходных дверей, удобство расположения поручней, наличие и размеры накопительных площадок и внутренних проходов, автоматическое или ручное управление дверями и т.п.); пассажирообмен ОП; длина и ширина прямого участка заездного кармана; геометрические параметры отгонов заездного кармана; расположение мест остановки МТС на ОП (линейное или нелинейное); интенсивность и состав входящего на ОП потока МТС; интенсивность и состав транспортного потока на крайней правой полосе при отъезде МТС от ОП; ширина полосы движения; ситуация, при которой приходится совершать маневр по объезду впередистоящего МТС; расстояние от регулируемых пересечений до ОП; отношение времени зелёного сигнала к общему времени цикла регулирования на регулируемом пересечении; расстояние между смежными ОП; распределение на ОП потенциальных пассажиров (компактное или рассредоточенное); принятый способ оплаты проезда (на входе, при выходе, во время движения); сезонные - наличие в заездном кармане помех движению (луж или неубранного снега) и степень защищенности пассажиров на ОП от климатических факторов.

4. Результаты разработки ресурсосберегающих технологий в эксплуатации АТ

На основе проведенного анализа опубликованных работ, посвященных исследованиям надёжности и разработке методов поддержания работоспособности несущих систем (НС) мобильных машин (ММ), сделаны выводы: 1) НС широкого спектра ММ - автомобилей, тракторов, их прицепного состава, строительно-дорожных и сельскохозяйственных машин, подвижного состава железных дорог и т.д., характеризуются недостаточными значениями показателей безотказности и долговечности, определяемыми структурой и уровнем эксплуатационных знакопеременных нагрузок; 2) основной причиной отказов НС ММ являются усталостные повреждения, имеющие в ряде случаев замедленную кинетику разрушения, при которой наработка машины с развивающейся усталостной трещиной до достижения предельного состояния в среднем в несколько раз больше наработки до появления видимой трещины; 3) анализ уровня ремонтопригодности НС ММ свидетельствует о необходимости совершенствования не только технологии восстановления элементов НС, но и структуры их эксплуатационно-ремонтного цикла на основе учета изменения технического состояния в процессе эксплуатации. В частности, технологическая документация по ремонту грузовых АТС устанавливает, что трещины в раме недопустимы, и она должна быть подвергнута ремонту. Это не позволяет использовать ресурс АТС на стадии живучести НС, характеризующей способность конструкции выдерживать требуемые нагрузки при частичном или полном разрушении какого-либо из силовых элементов. Представляется целесообразным использование подхода, подразумевающего сопоставление экономических характеристик последствий отказа и мероприятий по его прогнозированию и/или предупреждению: потерь от простоя машины в связи с отказом элемента; стоимости превентивной замены элемента; стоимости мероприятий по контролю и/или продлению ресурса; 4) при оценке и обеспечении работоспособности НС ММ целесообразен переход к принципу безопасного регламентированного повреждения; однако он требует решения целого комплекса задач научного обоснования и конструкторско-технологического обеспечения продления ресурса ММ на стадии живучести НС.

На основе проведенного анализа опубликованных работ, посвященных проблеме ресурсосбережения автомобильных шин, были сделаны следующие выводы: 1) интенсивное развитие АТ и повышение его роли во всех сферах хозяйственной деятельности человека выдвинули в число важнейших современных проблем транспорта увеличение срока службы шин; 2) минимальный износ протектора и максимальное сцепление шины с дорогой обеспечиваются, когда боковое скольжение шин и боковые реакции дороги на шины управляемых колес (УК) отсутствуют, что возможно в двух случаях: при качении УК параллельно продольной оси АТС и перпендикулярно опорной поверхности; при качении с развалом и схождением, компенсирующим этот развал, износ и деформации ходовой части, подвески и рулевого управления. Результаты анализа факторов, влияющих на положение колеса при движении, показаны на рис. 8; 3) большое распространение на практике получили методы и средства так называемого пассивного регулирования схождения УК, однако устанавливаемое с их помощью схождение является оптимальным лишь для одного или нескольких состояний АТС, а для большинства эксплуатационных состояний оно таковым не является; 4) единственно возможным способом решения проблемы является непрерывный контроль и регулирование схождения УК в процессе движения. Однако предлагаемые до настоящего времени устройства для контроля и/или регулирования схождения УК в движении имеют недостаточную точность и надёжность; 5) можно констатировать существующий пробел в проектировании и реализации качественных эксплуатационных характеристик средств активного регулирования схождения УК АТС.