CC BY
24
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ
2007 р.
Вип. № 17
УДК 656.2.073.004
Парунакян В.Э.1, Маслак А.В.2,Сизова Е.И.
з
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОГИСТИЧЕСКОЙ ЦЕПИ В ТРАНСПОРТНО-ГРУЗОВОМ КОМПЛЕКСЕ ОТГРУЗКИ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ. ЧАСТЬ 1
Проведён анализ фазового перехода в цепи отгрузки готовой продукции. Обозначены входные и выходные параметры фазы «грузопоток», как центрального модуля определяющего работу транспорта. Предложен метод их определения
На современном этапе одним из основных путей сокращения издержек железнодорожного транспорта металлургических комбинатов является переход на прогрессивные логистические принципы взаимодействия производства и транспорта. Это связано с необходимостью их функциональной интеграции в логистическую транспортно-грузовую систему предприятия (ЛТГС) на новой технологической и информационной базе [1].
ЛТГС металлургического предприятия представляет совокупность ряда транспортно-грузовых комплексов (ТГК), выполняющих конкретные функциональные задачи в микропотоковых процессах приёма сырья, отгрузки готовой продукции и межцеховых технологических перевозок.
Одним из ТГК металлургического комбината им. Ильича является комплекс «Цех холодного проката (ЦХП) - транспорт». Анализ показал, что он функционирует по традиционной схеме непрерывной отгрузки готовой продукции, произведенной за смену, без промежуточного складирования. Этот принцип, эффективно срабатывавший раньше, теперь, в условиях действия рыночных механизмов, стал существенно осложнять взаимодействие производства и транспорта. При этом все негативные последствия от его применения трансформируются в значительный дополнительный простой вагонов внешнего парка. Указанное связано с тем, что наряду с такими работами как подготовка, упаковка и отгрузка металлопродукции, возникает необходимость параллельного оформления комплекса документов. Однако в настоящее время, эти потоки недостаточно синхронизированы во времени, что приводит к значительному увеличению времени пребывания вагонов в ЦХП. Так, погрузка одной заявки проката составляет в среднем 11 часов, в числе которых около 3,0 - 3,5 часов - это простой гружёных вагонов в ожидании оформления документов. В следствии этого дополнительный простой вагонов оценивается примерно в 30 тыс. вагонно-часов в год, которые оплачиваются по наиболее высокому тарифу, что существенно увеличивает транспортные издержки комбината [2].
В то же время общность производственных интересов создаёт объективные условия и необходимые предпосылки для перевода ТГК «ЦХП - транспорт» на логистические принципы взаимодействия и этот вопрос приобретает весьма важное и актуальное значение.
Материалодвижение в микропотоковых процессах металлургических предприятий исследовано и освещено в технической литературе недостаточно. Одной из первых комплексных работ по этому вопросу является [3]. В ней разработана общая методология формализования и моделирования логистических цепей в микропотоковых процессах при взаимодействии производства и транспорта. На основе этой методологии исследуется комплекс вопросов логистизации потокового процесса в ТГК «ЦХП - транспорт».
Целью настоящей статьи, как первой части указанной работы, является формирование цепи материалодвижения и идентификации входных и выходных параметров ведущего модуля
ТГК.
ПГТУ. д-р техн. наук, профессор
2ПГТУ, аспирант
3ПГТУ, студент
2]
Движение материального потока в рассматриваемом комплексе характеризуется фазовым переходом, который заключается в последовательной трансформации металлопотока в грузопоток, в вагонопоток и, затем, в поездопоток.
Принципиальная схема фазового перехода в ТГК «прокатный цех - транспорт» при отгрузке готовой продукции представлена на рис. 1.
Листовой прокат нарезанный и проверенный на качество. П тыс.т
Листовой прокат, подготовленный к погрузке, тыс.т
Вагоны, загруженные листовым прокатом.
Фазовые переходы
Рис. 1 - Схема фазового перехода микропотокового процесса отгрузки готовой продукции.
Каждая фаза движения материалопроводящего потока включает разнофункциональный комплекс специфических по своему характеру, различных по содержанию и свойственных только ему, технологических операций, которые требуют специализированного оборудования, подготовленного персонала, а также осуществления адекватных управленческих функций. Так, в фазе «металлопоток» осуществляет комплекс операций по прокатке, резке и контролю качества металла. В фазе «грузопоток» происходит сортировка и комплектация продукции в партии, соответствующие по массе вагонной норме, упаковка, маркировка груза и его подача на грузовой фронт, оформление сопроводительной документации, включая сертификат качества (то есть, транспортно-экспедиционная работа), а также погрузка в подвижной состав. Иначе говоря, в этом модуле параметрические характеристики груза и комплект сопроводительных документов доводятся до уровня, отвечающего условиям перевозки готовой продукции потребителям.
Погрузка металла в вагоны означает переход материального потока в фазу «вагонопотока». В последующем, с передачей вагонов на сортировочную станцию и формированием поезда, материалодвижение вступает в фазу «поездопоток» и покидает ЛТГС предприятия.
Исследования показали, что в процессе отгрузки готовой продукции роль ведущего звена выполняет модуль грузопотока, который является связующим звеном между производством и транспортом. Именно указанный модуль должен при отсутствии промежуточного складирования обеспечивать подготовку и отгрузку готовой продукции в темпе, заданном производством [3].
Следовательно, возникает необходимость выделения ведущего модуля, реализующего транспортно-экспедиционные функции фазы «грузопоток», в самостоятельную структуру (рис. 2).
цхп 1 1 Модуль, выполняющий, транспортно- 1 1 Станция,
1 р 1 1 1 1 экспедиционные функции (ТЭМ) • р 1 1 1 1 обслуживающая цех
У
Металлопоток
-Ж.
V
Вагонопоток
Грузопоток
Рис. 2 - Структурная схема микропотокового процесса отгрузки листового проката.
С передачей транспортно-экспедиционных функций самостоятельному модулю (ТЭМ) логистическая цепь рассматриваемого потокового процесса сформирована в составе модулей: ЦХП - ТЭМ - транспорт.
Следующим вопросом, требующим решения, становится обеспечение эффективного взаимодействия указанных модулей ТГК. Поскольку ведущим звеном потокового процесса является транспортно-экспедиционный модуль, решение данного вопроса заключается в идентификации его входных и выходных параметров, а основным методом исследования следует принять математическое моделирование, как наиболее полно отвечающее поставленной задаче.
В данном случае за входной параметр, определяющий взаимодействие модулей ЦХП и ТЭМ, принимается время необходимое для комплекса работ по подготовке вагонной нормы к погрузке (Т^). Выходной параметр указанного модуля, непосредственно взаимодействующий с транспортом, представляет собой время, через которое будут завершены все операции с металлом (Теых) и может быть начата погрузка вагонов.
Потоковый процесс в рассматриваемых модулях в значительной мере дифференцирован. В нем непрерывные, регулируемые операции, выполняемые по регламентированному технологическому графику (прокатка тонкого листа), переходят в дискретные операции, которым присущи элементы нерегулярности и стохастичности (межоперационная транспортировка, резка, подготовка к упаковке металлопродукции и др.). В связи с указанным, рассматриваемый процесс находится под воздействием достаточно большого числа влияющих факторов. Следовательно, имеются все основания считать, что, в данном случае, использование аналитической модели со строгой математической схемой, системой алгебраических и дифференциальных уравнений и ограничениями на переменные не может с достаточной полнотой и достоверностью отразить реальный процесс и его связи, а также установить заданные параметры [4].
Поставленным требованиям в большей мере отвечает математическая модель задачи массового обслуживания, исходные данные, для решения которой, можно получить непосредственно из анализа материалодвижения в модулях «ЦХП - ТЭМ».
Если рассматривать процесс их взаимодействия как модель массового обслуживания, то ЦХП, непрерывно выпускающий прокат, является обслуживаемой системой, а ТЭМ, обеспечивающий экспедирование и подготовку проката к отгрузке, - обслуживающей системой, а их совокупность - системой массового обслуживания (СМО).
Основными понятиями теории массового обслуживания являются: требование, источники требований, обслуживание, обслуживающие аппараты, поток требований, время обслуживания. Применительно к разрабатываемой модели, под потоком требований понимается поток металла, требующего упаковки и подготовки к отгрузке, т.е. поток пачек листа, выходящий с участка резки на экспедирование. Обслуживающая система представляет собой канал обслуживания, который производит необходимые операции по подготовке к отгрузке (упаковка, маркировка, передача на фронт погрузки). При этом временем обслуживания считается период, в течение которого удовлетворяется заявка на обслуживание, т.е. период от начала обслуживания (а не от момента поступления требований в систему) и до его завершения. Если канал обслуживания занят в некоторый момент времени, а в систему поступило требование, то оно будет ожидать некоторое время, пока не освободится канал обслуживания. Следовательно, фазовый переход металлопотока в грузопоток можно представить как одноканальную систему массового обслуживания с ожиданием (рис. 3).
Входящий Очередь _ Канал Выходящий
обслуживания поток поток
ООО
■>0 0
Рис. 3 - Схематическое изображение одноканальной системы массового обслуживания с ожиданием.
Для использования при моделировании стандартных процедур теории массового обслуживания необходимо, чтобы поток требований являлся простейшим, то есть подчинялся закону Пуассона, а время обслуживания характеризовалось показательным распределением.
С этой целью был собран массив статистических данных по материалодвижению в цепи «ЦХП - ТЭМ», охвативший период более трех месяцев работы прокатного цеха с отгрузкой около 90,0 тыс. тонн проката. При этом фиксировались промежутки между появлениями требований (что широко практикуется при анализе реальных производственных потоков) и продолжительность обслуживания.
Результаты проведённого анализа показали, что поток требований и время обслуживания в рассматриваемой цепи материалодвижения, в соответствие с произведённой проверкой по
критерию х% ■> подчиняются нормальному закону распределения (рис. 4). В этом случае
стандартные процедуры неприменимы и необходимо дополнительное моделирование.
Для решения поставленной задачи рассматриваемые показатели процесса определяются на основе имитационного моделирования на ЭВМ с использованием встроенного генератора случайных чисел [5]. Математический аппарат для разрабатываемой модели приведён в таблице 1, а стандартный алгоритм СМО, принятый в основу моделирования показан на рис. 5.
интервалы
Рис. 4 - Гистограммы и кривые распределения времени потока заявок и времени обслуживания соответственно
Таблица 1 - Перечень формул для расчёта СМО
Показатель Формула Пояснения к формуле
Время поступления заявки на обслуживание Г,, мин т,= т,_1+ с;1 + С - случайная величина, распределённая по нормальному закону распределения
Время обслуживания тг, мин д - случайная величина, распределённая по нормальному закону распределения
Начало обслуживания /'", мин ф= так(Т'\; 70
Конец обслуживания , мин Т* =77 +т,
Время ожидания обслуживания Л'ш/Г, мин 9 с + т» _ т ^ОЖ ^ОЖ * 1 \
Продолжительность простоя требований в очереди Тож,, час Тож ^ОЖ ' ^ п число реализаций, принимается 3000
Общее время пребывания в истеме Т, час гр _ гр . , обе 1—1 ож 1Ср
Рис. 5 - Блок-схема алгоритма расчёта показателей СМО.
На основе имитационного моделирования процесса на ЭВМ были получены следующие результаты: продолжительность простоя требований в очереди Тож = 0,05 часа, общее время пребывания в системе Т = 0,64 часа. Полученные данные позволяют рассчитать входные и выходные параметры модуля ТЭМ. Так, входной параметр составляет Твх =1,28 часа, а выходной параметр с учётом начальных операций и времени погрузки сменной заявки вагонов - Твых = 7,6 часа.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что движение металлопотока в цехе достаточно отлажено (Тож является малой величиной,) и время, необходимое на подготовку и
погрузку металла, не превышает сменного времени (7,6 < 8). Адекватность разработанной имитационной модели подтверждается близостью (уровень сходимости около 0,95) параметров полученных при моделировании (объёмов отгрузки, времени подготовки металлопотока к грузовым операциям др.) результатам реальной деятельности ЦХП.
Разработанная программа может использоваться для оперативного планирования и управления материалодвижением при моделировании процесса и выборе оптимального варианта обслуживания.
Исходя из вышеуказанного, созданы предпосылки и основа для решения второй задачи: увязке во времени движение материального, документального и информационного потоков для обеспечения оптимального взаимодействия цеха и транспорта. Этот вопрос решается путём нахождения логистического параметра, определяющего оптимальное время нахождения вагонов в логистической цепи «ЦХП -ТЭМ -транспорт».
Выводы
1. Разработана принципиальная схема фазового перехода в ТГК «прокатный цех - транспорт» и структурная схема микропотокового процесса при отгрузке готовой продукции. Определено ведущее звено указанного процесса, которым является транспортно-экспедиционный модуль.
2. Идентификация входных и выходных параметров потокового процесса произведена на основе имитационного моделирования, а в качестве модели, описывающей фазовый переход материалопотока в грузопоток, выбрана одноканальная система массового обслуживания с ожиданием. Время движения металлопотока, полученное в результате моделирования адекватно реальному, имеющему место в ЦХП (уровень сходимости 0,95).
3. Полученные результаты создают предпосылки для решения второй задачи: увязке во времени движение материального, документального и информационного потоков для обеспечения оптимального взаимодействия цеха и транспорта. Этот вопрос решается путём нахождения логистического параметра, определяющего оптимальное время нахождения вагонов в логистической цепи «ЦХП -ТЭМ -транспорт».
Перечень ссылок
1. Парунакян В.Э. Логистическое управление транспортно-грузовыми комплексами металлургических предприятий / В.Э. Парунакян., Ю.В. Гусев //Вюник Приазов. держ. техн. ун-ту: Зб.наук.пр. - Mapiymwib, 2005. - Вип. № 15. - С. 177 - 182.
2. Парунакян В.Э. Логистический подход к транспортному обслуживанию производственных
цехов металлургических предприятий при отгрузке готовой продукции / В.Э. Парунакян., A.B. Головченко //Вюник Приазов. держ. техн. ун-ту: Зб.наук.пр. - Mapiyno.ib. 2004. - Вип. № 14.-С. 315-318.
3. Парунакян В.Э. К вопросу формирования логистических цепей в транспортно-грузовых
системах металлургических предприятий / В.Э. Парунакян, Ю.В. Гусев, Е.И. Сизова // Bíchhk Призов, держ. техн. ун-ту: 36. наук. пр. - Mapiyno.ib. 2006. - Вип. 16. - С. 220 - 226.
4. Алдохин И.П. Теория массового обслуживания в промышленности / И.П. Алдохин. - М.:
Экономика, 1970. - 207 с.
5. Потапов В.Д. Имитационное моделирование производственных процессов в горной промышленности: Учеб. пособ. для студ. вузов / В.Д. Потапов, АД. Яризов. - М.: Высш. школа, 1981.-191 с.
Рецензент: Ю.В. Гусев канд. техн. наук, доц., ПГТУ
Статья поступила 15.03.2007
