CC BY
36
УДК 656.073. 455.078 Яньшин Алексей Анатольевич,
аспирант, Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС), кафедра «Станции, узлы, технология грузовой и коммерческой работы», тел. 8-924-203-79-47, e-mail: [email protected]
ФОРМАЛИЗАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕВОЗКИ СКОРОПОРТЯЩИХСЯ ГРУЗОВ
A.A. Yanshin
DYNAMIC SYSTEM FORMALIZATION OF THE PERISHABLE
CARGOES TRANSPORTATION
Аннотация. В статье рассматривается формализация динамической системы перевозки скоропортящихся грузов с помощью теории агрегатов с целью создания возможности для более качественного управления процессом в среде интеллектуальной транспортной системы.
Ключевые слова: интеллектуальная перевозка, продукты питания, подвижной состав, распределительный центр, логистика.
Abstract. The article deals with the dynamic system formalization of perishable cargoes transportation by means of the theory of aggregate. It is stressed that the purpose of creation is possibility for better management of process in the environment of intelligent transportation system.
Keywords: intelligent transportation system, foodstuff, rolling stock, distribution center, logistics.
В условиях, когда население планеты превысило 7 млрд человек, а мировые запасы биоресурсов и плодородие почвы сокращаются, все большее значение приобретает продовольственная безопасность. Врачи, ученые, политики и сами потребители яснее осознают, что здоровье и качество жизни во многом зависит от того, чем человек питается. Качество же продуктов зависит не только от сырья и уровня производства, но и от условий хранения и транспортировки. Поэтому перевозке скоропортящихся грузов (СПГ) необходимо уделять достаточно много внимания. Перевозка СПГ должна сопровождаться жестким контролем качества с возможностью своевременного принятия решения по обеспечению сохранности груза. Широкие возможности для этого может дать создание интеллектуальной транспортной системы.
Концепция «интеллектуализации» транспорта в мире давно получила признание на государственном уровне в качестве инструмента реализации транспортной политики и действенного механизма решения транспортных проблем, источника создания новых отраслей промышленности. Значение новейших технологий - в решении транспортных проблем: безопасности на дорогах, лик-
видации пробок и заторов, увеличения коммерческой скорости продвижения грузовых масс, обеспечении их сохранности, повышении производительности транспортной системы, формировании логистических систем.
Для того чтобы в интеллектуальной транспортной системе перевозка стала интеллектуальной, необходимо так формализовать и описать процесс, чтобы в любой момент состояние груза было сигналом для принятия управляющих решений.
В период перевозки СПГ - это элемент математической модели, который в любое время t имеет разные параметры (температура, влажность, срок окончания транспортабельности и др.).
Параметры состояния СПГ зависят от многих факторов: температуры наружного воздуха, действующих теплопритоков, вида подвижного состава. Поэтому СПГ можно представить как агрегат динамической системы.
Агрегат - это математический объект, обладающий входом и выходом и в любой момент времени t характеризующийся внутренним состоянием. Каждый агрегат является моделью подсистемы сложной динамической системы. Разработка агрегативных схем с анализом входных, выходных и управляющих сигналов дает возможность точнее представить производственный процесс, протекающий в системе [1, 2].
При перевозке СПГ в рефрижераторном подвижном составе (РПС) можно выделить четыре основные схемы перевозки (рис. 1).
Рис. 1. Основные схемы перевозки СПГ в РПС: ППО - подъездной путь (п/п) отправителя, ППП - п/п получателя, СО - станция отправления, СН - станция назначения, РЦ - распределительный центр, СклРЦ -склад для хранения СПГ на РЦ, СклП - склад для хранения СПГ у получателя
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство _Экономика и управление_
ш
Представим в виде агрегата схему продвижения эопор (рис. 2).
Qт
-^тет погр - количество теплопритоков во время по-скоропортящегося груза в РПС по первому варианту ГруЗКИ в рпС
СПГ в любой момент времени t обладает определенной массой, температурой, влажностью, что выражает его физический смысл.
Физический смысл входного сигнала на первом элементе х1 (?) - состояние и количество груза
с известным параметром ?0 и случайным парамет-
Рис. 2. Агрегативная схема движения СПГ в РПС
На пункте погрузки СПГ загружается в РПС, затем происходит формирование поезда и его отправление в адрес грузополучателя. По прибытии на распределительный центр РПС подается на фронт выгрузки, где и происходит выгрузка СПГ из РПС в склад грузополучателя.
Элементы системы: 1 - пункт погрузки СПГ; 2 - распределительный центр; 3 - фронт выгрузки на РЦ; 4 - склад грузополучателя.
Опишем состояние груза на каждом этапе перевозки, начиная с пункта погрузки (рис. 3).
Рис. 3. Агрегативная схема состояния СПГ после его погрузки в РПС
На агрегативной схеме представлены входные и выходные сигналы, а также управляющие и воздействующие сигналы на агрегаты динамической системы.
В качестве особого состояния принимается факт погрузки СПГ в РПС.
Состояние агрегата характеризуется вектором z(t) е Z со следующими компонентами:
? °не - температура окружающего воздуха в пункте погрузки;
(?) - температура груза перед погрузкой;
гр4
? «в = (?) - если РПС во время погрузки находит-
ся в помещении склада;
?1 - температура груза в РПС после погрузки;
?в - температурный режим перевозки;
т°ог - продолжительность погрузки груза в РПС;
ром ?
Входной сигнал агрегата состоит из:
хп(?) = (? х12(?) = ?0 х1з(?) = Т
т
нв' погр
1 ^^т
12 V-/ " гр ' 0
погр '
Х4 (?) - действующие теплопритоки во время погрузки СПГ в РПС.
Выходное сообщение
У = (>-„(?), У12(?), У1з(?), Уи(?)) , где у1 $) = т($) - масса груза, загруженная в РПС; у12(?) = ?() - температура груза в вагоне; ? 10(?) = ?0(?) ±д, Д = /(?0 ,г0 ,О ) - вели-
^ 1 \ / гр V ' ' ^ нв ~ погр* Х-^тепл. погр.'
чина изменения температуры груза, как функция от температуры наружного воздуха, действующих теплопритоков и др;
У13(?) =Т1р = Ттр ~Т°погр ; где Ттр ~ ^^
портабельности СПГ;
у14(?) = О1 = О0 - О1 - запас дизельного топлива после окончания погрузки СПГ в РПС, где О0 - запас дизельного топлива в РПС после экипировки подвижного состава, О1 - количество
израсходованного дизельного топлива за время погрузки.
Х(1).
«V т'
-> Р
-► о1 г
у(0
Рис. 4. Агрегативная схема состояния СПГ в процессе перевозки в РПС в любой момент времени 1
СПГ в любой момент времени ? обладает определенной массой, температурой, влажностью, сроком доставки, сроком транспортабельности, временем от начала транспортировки, что выражает физический смысл состояния агрегата.
иркутским государственный университет путей сообщения
Для контроля перевозимого груза необходимо в процессе транспортировки проверять следующие условия:
1. т (?) >т -т0 -т (?), то есть в момент
тр ^ ' тр погр пер \ / '
времени ^ срок транспортабельности груза должен быть больше, чем разница срока транспортабельности груза, заявленного грузоотправителем (т ),
продолжительности погрузки СПГ в РПС (т°пог ) и
продолжительности перевозки к моменту времени
* ( тпер (:));
2. &дт(*) >®пэ.сн (*), то есть дизельного топлива в момент времени : должно быть достаточно до пункта экипировки либо до станции назначения.
3. В процессе перевозки, кроме того, необходимо отслеживать конвенционные запрещения и в случае введения их в действие проверять первые два пункта.
Далее рассмотрим состояние груза на распределительном центре, которым может являться и станция назначения груза.
Рис. 5. Агрегативная схема состояния СПГ в момент прибытия его на подъездной путь РЦ
В качестве особого состояния принимается факт подачи РПС на подъездной путь РЦ под перегрузку на автотранспорт.
Физический смысл входного сигнала х2 (:) -значение массы груза с известным температурным параметром.
Входное сообщение
х (:) = Ы*), х22(0),
где х21 (:) = Ц (:) - сумма теплопритоков во время перевозки; х22 (:) - продолжительность перевозки
Выходное сообщение
у = (У 2(), У Л), У Л)), где у2() = т]р - масса прибывшего груза на п/п РЦ, т2гр = тПр - теу;
у22(:) = :. (:) - случайная величина температуры груза как фактор действия в процессе перевозки теплопритоков Ц. (:);
тШШ
У2з(*) - признак T0Г0, что ^тр > ттр21 , ^
т ~ = т -т° -т , в момент времени : прибы-
тр 21 тр погр пер ' г г
тия РПС на п/п РЦ срок транспортабельности груза (т2тр) не должен быть меньше фактического срока доставки;
терр - масса естественной убыли груза.
Со станции назначения или из распределительного центра груз доставляется получателю автотранспортом.
Х(1)
£
I3 ?
Шгр о
Р
Рис. 6. Агрегативная схема состояния СПГ
в момент его прибытия на склад получателя
В качестве особого состояния принимается факт прибытия автотранспорта на склад получателя под выгрузку.
Физический смысл входного сигнала х3 (:) -случайное значение массы СПГ, перевозимого автотранспортом с известным параметром и случайным параметром Ц^), соответствует величине прибывшей массе СПГ со случайным температурным параметром
:2(0 = :0р (:) ±А, где А = С ,т° ,т ,О ,О ).
^ 1 ^ V нв' погр' пер. авто ' ¿^тепл. погр.? а /
Входное сообщение
X (:) = (х31(:), х32(:), х33(:)), где х31 (:) = О ( :) - сумма теплопритоков во время перевозки автотранспортом; х32 (:) - продолжительность перевозки тперавто; х33(:) - продолжительность перегрузки СПГ из РПС в автотранспорт на территории РЦ по прямому варианту
Выходное сообщение
у = (У 31(0, У 32(0, У зз(0), где У3 = т1р - масса прибывшего груза:
т3 = т0 - теу - теу '
'"гр '"гр '"гр гр.авто'
У32(:) = :(:) - температура груза в РПС, случайная величина, зависящая от теплопритоков
Оа (:);
У33(0 =т тр > ттр2 ,
Г
Г
100 '
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство _Экономика и управление_
ш
где т -,=т -,л—т — т ;
^ тр2 тр21 перегр пер.авто '
тер авто - масса естественной убыли груза при
перевозке автотранспортом.
В процессе транспортировки могут действовать управляющие сигналы (д), которые поступают в систему в случае, если:
- срок транспортабельности груза превышает
уставной срок доставки q < ттрансп. — Т1огр . Должно
быть принято решение о возможности увеличения скорости продвижения РПС, либо данный грузопоток должен быть реализован или перегружен на другой вид транспорта;
- запас дизельного топлива меньше необходимого для прибытия в пункт назначения. Принимается решение о дозаправке в процессе следования;
- происходит утечка хладагента. В данном случае принимается решение либо о необходимости произвести технический ремонт на попутной станции, либо о перегрузке груза в другой вагон, либо о реализации груза с согласованием данного вопроса с грузовладельцем.
На всем пути следования происходит действие окружающей среды на РПС, что влияет на качественные характеристики СПГ. Соответственно, в любой момент времени СПГ обладает разным состоянием (температурой, временем до окончания срока транспортабельности и т. д.), которые можно описать операторами переходов.
Оператор перехода из одного состояния агрегата в следующее особое состояние имеет вид:
Н1 = ^(0 = 4(¿1 +С7)- £(*1 + С7 +тпер);
Н2 = z2(t) = шгр(¿1 +т27) - т.%(тпер) = ш2;
Н3 = z3(t) =ттр - ттр ^)
где: тр (тпер) - убыль груза в процессе перевозки
железнодорожным транспортом (связанная с естественной убылью груза, понижением качества и снижением его стойкости), приходящаяся на 1 ва-гоно-час;
(?1 + тпогр) - время полной загрузки РПС;
(?1 + тЦор + Тпер) - время от полной загрузки
СПГ в РПС, до времени постановки РПС на подъездной путь РЦ под выгрузку;
ттр (?) - срок до окончания транспортабельности груза в определенный момент времени
Формализация перевозки груза в режиме «термос» имеет некоторые отличия. Очень важными являются начальная температура груза при погрузке, род перевозимого груза и дальность перевозки. Поэтому грузоотправитель должен
предъявлять груз к перевозке с установленной перевозчиком температурой, что позволит сохранить качество груза и увеличить возможное расстояние перевозки. Перевозка СПГ в режиме «термос» осуществляется в изотермическом подвижном составе (вагоне-термосе, ИВ-термосе, и др.) и крупнотоннажных контейнерах.
Основные агрегатные схемы продвижения скоропортящегося груза в режиме «термос» аналогичны четырем схемам перевозки в РПС (рис. 1). Отличие агрегатной схемы продвижения в режиме «термос» от РПС следующее:
- не происходит экипировка в пути следования;
- не происходит действие ряда теплопритоков в пути следования (теплоприток на охлаждение груза и тары в грузовом помещении РПС, предварительно не охлажденных до температурного режима перевозки; теплоприток за счет дыхания и созревания плодов и овощей; теплоприток за счет притока свежего воздуха при вентилировании; теплоприток, эквивалентный работе вентиляторов-циркуляторов; суммарные теплопритоки за счет оттаивания снеговой шубы на испарителях).
В случае отправки груза партиями от 5 до 30 тонн используется крупнотоннажный рефрижераторный контейнер. Основными преимуществами использования КРК считают: высокую сохранность СПГ в процессе транспортировки за счет исключения перегрузки груза; создание небольших партий СПГ, которые могут быть доставлены в удаленные и труднодоступные районы с участием различных видов транспорта практически без нарушения температурного режима перевозки. Кроме этого, при использовании КРК перегрузочные операции в пути следования выполняются не с грузами, а с контейнерами, что позволяет значительно сократить потери груза и расходы на дорогостоящую тару, упаковку и средства пакетирования. В этом случае загрузка СПГ в контейнеры и выгрузка их производится непосредственно у грузовладельцев, минуя распределительные центры и холодильники. В трудных климатических условиях северных районов России КРК позволяют избежать строительства специальных складских сооружений, так как контейнеры могут выполнять роль холодильного или отапливаемого склада. При выполнении погрузочно-разгрузочных работ с рефрижераторными контейнерами производительность труда выше в 2-3 раза по сравнению с погрузкой-выгрузкой рефрижераторных вагонов.
Для увеличения сохранности и качества перевозки скоропортящихся грузов предлагается применение автоматизированных интеллектуальных систем управления самодиагностикой, движе-
иркутским государственный университет путей сообщения
нием и обеспечением безопасности. Тем самым существенно снизится влияние человеческого фактора на качество принятых управленческих решений, а следовательно, и вероятность ошибок.
В идеале весь транспортный комплекс должен функционировать строго по графикам и управляться автоматически. Человеку отводится лишь экспертная функция и выбор варианта разрешения нештатных ситуаций из предложенных системой автоматического управления. Интеллектуальность чрезвычайно важна для России с ее большой территорией, неравномерным распределением населения, промышленных предприятий и мест потребления продуктов питания.
Для интеллектуальной перевозки СПГ необходимо оборудовать подвижной состав датчиком контроля, который представляет собой мини-АВМ с базой данных и логикой принятия решений.
В базу данных датчика должны заноситься следующие параметры:
1. Характеристики груза:
- наименование (позиция ЕТСН);
- масса груза в подвижном составе;
- температурный и влажностный режим перевозки;
- период осуществления перевозки (летний, переходный, зимний).
2. Сроки:
- уставной срок доставки, за выполнение которого согласно Уставу железнодорожного транспорта перевозчик несет ответственность перед грузовладельцем. Этот срок указывается перевозчиком в накладной;
- срок транспортабельности указывается грузоотправителем в документе о качестве на предъявляемый к перевозке груз и устанавливается им в зависимости от состояния груза (замороженный, охлажденный, неохлажденный) при погрузке;
- предельный срок перевозки, указывается в Правилах перевозок СПГ для каждого наименования груза в зависимости от периода года, типа подвижного состава, термической подготовки груза и способа обслуживания перевозок груза (с охлаждением, отоплением или без охлаждения и отопления).
3. Характеристики подвижного состава.
4. Модель расчета поступающих теплоприто-ков, расстояния безэкипировочного следования, потребляемого топлива, времени на окончание срока транспортабельности.
В процессе всей перевозки датчик должен производить в автоматическом режиме расчет расстояния безэкипировочного следования, времени до окончания срока транспортабельности и при необходимости давать сигналы на предупреждение нештатных ситуаций.
Логика машинного интеллекта позволяет держать в памяти сотни позиций различных данных, среди которых не только особенности перевозки каждого груза, но и маршруты всех поездов в течение суток.
Таким образом, четкая формализация процесса перевозки с возможностью контроля состояния качества груза на любом этапе дает возможность обеспечить сохранность перевозимого груза и своевременность его доставки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бусленко В. Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М. : Наука, 1977. 239 с.
2. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. М. : Наука, 1968. 356 с.
