Концептуальные подходы к имитационному моделированию процесса взаимодействия видов транспорта в транспортном узле

© Павлова Н.Л., 2014

Современные морские порты являются узлами путей сообщения, относящиеся к сложным системам, которые будем рассматривать как динамические. Такие системы состоят из конечного числа взаимодействующих подсистем, функционируют под воздействием и во взаимодействии с внешней средой.

Несмотря на ряд недостатков, в настоящее время имитационное моделирование, и в частности с применением ЭВМ - наиболее эффективный метод исследования больших систем в условиях неопределенности с учетом трудноформализуемых факторов, а часто и единственный практически доступный метод получения информации о поведении системы, особенно на этапе ее проектирования.

Таким образом, для моделирования такой сложной системы как транспортная сеть, необходимо разработать имитационную модель транспортной сети.

Исследуемая транспортная система имеет входящий поток заявок (требований на обслуживание) и исходящий поток отработанных заявок.

В самой системе можно выделить 2 уровня иерархии: 1 уровень – узлы транспортной системы – порты и т.д.; 2 уровень – блоки, в различных комбинациях входящие в состав каждого узла – перегрузочные мощности, таможенная служба и т.д.

Набор различных узлов ограничен, между собой узлы отличаются внутренней блочной структурой. Набор возможных блоков так же ограничен, и они отличаются различными математическими законами (функциями) обработки заявок. В блоках происходит непосредственное обслуживание входящего потока заявок с помощью необходимых ресурсов. В системе присутствует управляющее воздействие, которое контролирует потоки заявок, информации, распределение ресурсов и прочие параметры работы системы, управляя ее работой. Таким образом, суммируя результаты обслуживания заявок в каждом отдельном, пройденном ими блоке в составе узла, получаем некоторую функцию, описывающую результат обработки заявок в узле, а, суммируя результаты работы узлов, получаем выходной (обработанный) поток заявок.

Управляющее воздействие - некоторая функция (закон) принятия решений об изменении состояния того или иного элемента системы, заявки в системе. Ресурсы характеризуются такими параметрами как: время использования ресурса, цена использования ресурса и надежность обслуживания заявки или группы заявок. Каждый блок может использовать любое необходимое количество ресурсов в любой момент времени, если они доступны. Узел представляет собой некоторую интегральную функцию от функций преобразования входного потока заявок в выходной блоков, входящих в состав узла. В свою очередь исходящий поток заявок представляет собой некоторую интегральную функцию от таких функций узлов.

Состояние заявки, находящейся в блоке определяется тремя элементами: типом и количеством обрабатываемых в данном блоке заявок в данный момент; ресурсами, используемыми блоком в данный момент; управляющим воздействием.

Для транспортной системы входными потоками являются различные виды транспорта поступающего в систему. Эти потоки дискретны и события поступления каждой заявки (транспортного средства) в большинстве случаев не зависят друг от друга. Согласно [6] можно ожидать поступления какого либо среднего числа заявок в каждый промежуток времени. В СМО для описания поступлений событий такого рода часто используется распределение Пуассона [6,7].

В случаях, когда нельзя сказать ничего определенного об ожидаемом числе заявок, т.е. в каждый момент времени равновероятно поступление любого числа заявок из заданного диапазона, то в системе используется дискретное равномерное распределение [8].

Для обслуживания заявок в различных блоках используются различные виды ресурсов и различное их количество. Каждый используемый в блоке ресурс можно описать некоторой функцией, которая зависит от трех параметров: время обработки заявки, стоимость обработки заявки, надежность обработки заявки.

Кроме этого, работа ресурса лимитирована расписанием работы ресурса.

На обслуживание заявки или группы заявок в канале обслуживания – блоке необходимо затратить определенное время.

Когда разброс времени велик, наиболее подходящий закон распределения для описания времени затрачиваемого для обслуживания заявки в канале – экспоненциальное (показательное) распределение [6].

Для описания некоторых процессов возможно использование положительных значений, распределенных согласно нормальному закону, который позволяет управлять шириной интервала отклонений от математического ожидания [8].

Время обслуживания заявки можно моделировать с помощью Гамма-распределения, частным случаем которого является экспоненциальное.

За обслуживание заявки или группы заявок в канале обслуживания (блоке) грузоотправителю необходимо заплатить определенную цену, складывающуюся из цен на услуги, входящие в этот блок.

Возможные следующие законы ценообразования:

- цена использования ресурса фиксирована для обслуживания каждой заявки (группы заявок) и зависит только от количества заявок, обслуживаемых данным ресурсом;

- цена использования ресурса фиксирована для каждой единицы времени и зависит только от продолжительности использования данного ресурса;

- цена использования ресурса зависит и от количества заявок, обслуживаемых данным ресурсом, и от продолжительности использования данного ресурса.

В ходе использования различных ресурсов (проведения операций) существует вероятность сбоя работы системы, в результате которого происходит отбраковка заявок. Отбраковка заявок – это событие выхода заявки из системы обслуживания в связи с изменением ее качества, не позволяющим дальнейшую работу с заявкой. Вероятность не отбраковки заявок характеризует надежность системы.

Модель может быть составлена из следующих основных блоков:

1. Внешние источники. Внешние источники – блоки генерации заявок, моделирующие входящий поток заявок. Поступление этих заявок – независимые события, подчиняется случайному закону – распределению Пуассона.

2. Внутренние источники. Заявки, появляющиеся в системе в процессе ее работы, обусловленные ее работой. Появление этих заявок является результатом обслуживания входящих потоков заявок и поэтому носит неслучайный характер.

В модели могут присутствовать различные источники заявок, типы которых зависят от конкретной модели. Возможные источники: суда (груженые/порожние); железнодорожные поезда (груженые/порожние); тягачи (груженые/порожние); контейнеры груженые; запрос на обслуживание; информирование о готовности к обслуживанию.

3. Блоки обработки заявок. Данные блоки непосредственно обрабатывают поступающие заявки, используя необходимые ресурсы.

Оформление. Блоки данного типа моделируют работу по оформлению либо поступивших заявок, либо заявок отправляемых.

Перегрузка. Блоки данного типа моделируют работу перегрузочной техники любых видов.

Транспортировка. Блоки данного типа моделируют процесс транспортировки различными видами транспорта.

Хранение. Блоки данного типа моделируют работу склада.

Комплектация. Блоки данного типа моделируют процесс ожидания соответствия накопленного содержания требуемому, например накопления партии для отправки.

4. Блоки ветвления. Блоки данного типа управляют потоками заявок в модели, тем самым моделируют управляющее воздействие.

5. Блоки завершения обработки. Данные блоки являются выходными каналами из модели. Заявки, проходящие через эти блоки выходят из системы и считаются обработанными.

Возможные блоки: суда (груженые/порожние); железнодорожные поезда (груженые/порожние); тягачи (груженые/порожние); отбракованные груженые контейнеры.

Определяет поведение системы – выбор блоков обработки, распределение ресурсов.

Всю работу системы можно представить в виде набора итераций, последовательно включающих работу перечисленных блоков. Отправитель оформляет необходимые документы и, погрузив свой груз в точке отправки, транспортирует его каким-либо видом транспорта до следующей точки (получатель). Получатель, который является конечным пунктом итерации, может в свою очередь выступить в роли отправителя, повторяя цепочку действий. Груз заканчивает свое движение в системе либо попав к конечному получателю, либо будучи отбракованным.

Литература

1.Слободян А. В. Взаємодія залізничного і водного транспорту на прикладі Білгород-

Дністровського морського порту: Автореф. дис. на здобуття вченого ступ. канд.

техн. наук. – Одеса: 2004. – 20 с.

2. Шибаєв О. Г. Система управління морськими перевезеннями вантажів і роботою

флоту судоплавної компанії: Автореф. дис. на здобуття вченого ступ. докт. техн.

наук. – Одеса: 2003. – 32 с.

3. Лямзін А. О. Ефективність транспортної системи промислового району в

припортовому логістичному ланцюгу поставки зернових: Автореф. дис. на

здобуття вченого ступ. канд. техн. наук. – Харків: 2008. – 20 с.

4. Нефьодова Я. І. Логістичне управління транспортним обслуговуванням системи

«Металургійне підприємство-порт» у реальному режимі часу: Автореф. дис. на