Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Автодороги arrow Методические рекомендации Методические рекомендации по оптимизации развития и размещения стационарн  
23.01.2018
    
Методические рекомендации Методические рекомендации по оптимизации развития и размещения стационарн

МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР

Государственный дорожный проектно-изыскательский и
научно-исследовательский институт
ГИПРОДОРНИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОПТИМИЗАЦИИ РАЗВИТИЯ И РАЗМЕЩЕНИЯ
СТАЦИОНАРНЫХ И ПЕРЕДВИЖНЫХ
АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ЗАВОДОВ

Утверждены Минавтодором
РСФСР. Протокол № 13-1
от 11 апреля 1980 г.

Москва 1980

ВВЕДЕНИЕ

Повышение эффективности функционирования дорожного хозяйства тесно связано с осуществлением широкой программы реконструкции действующих асфальтобетонных заводов, с ликвидацией открытых битумных хранилищ, переводом технологических процессов на полуавтоматическое и автоматическое управление, повсеместным обеспечением устройства бункеров-накопителей и силосных складов для минерального порошка, а также оснащением организаций новыми высокоэффективными смесителями большей мощности и современными передвижными АБЗ.

В связи с этим важное значение приобретает разработка перспективных планов комплексного развития и размещения стационарных и передвижных асфальтобетонных заводов с применением экономико-математических методов и ЭВМ.

Увеличение плотности автомобильных дорог вызывает необходимость функционирования передвижных асфальтобетонных заводов не только при скоростном строительстве автомагистралей, но и при рассредоточенном характере потребления асфальтобетонной смеси. Поэтому в данных методических рекомендациях рассматриваются методы оптимизации комплексного развития и размещения стационарных и передвижных АБЗ в условиях рассредоточенного характера потребления.

Существующие недостатки в системе отчетности организаций Минавтодора - отсутствие исходной информации для задач оптимизации, невозможность точного прогноза показателей работы асфальтобетонных заводов - заставляют говорить о перспективном планировании при однозначной и неоднозначной информации.

Этим вопросам посвящены 2 и 3 разделы Методических рекомендаций. Методы оптимизации развития и размещения стационарных и передвижных асфальтобетонных заводов реализованы на примере Московской области (раздел 4).

Рекомендации могут быть использованы производственными объединениями, автодорами Минавтодора РСФСР, трестом «Росдороргтехстрой» при составлении перспективных планов развития и размещения асфальтобетонных заводов в краях, областях, автономных республиках.

Работа выполнена в отделе Экономических исследований Гипродорнии кандидатами эконом. наук В.А. Ногай, Л.Е. Тылевич, ст. научным сотрудником С.М. Борисовым, ст. инженером Т.Ф. Матюшенко.

Все замечания и пожелания направлять по адресу: Москва, 109089, Набережная Мориса Тореза, 34, ГИПРОДОРНИИ.

Заместитель директора по научной работе д-р техн. наук А.П. Васильев.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Разработка перспективного плана развития и размещения асфальтобетонных заводов относится к числу управленческих задач сложного характера. Сложности данной задачи:

необходимость комплексной оптимизации развития и размещения АБЗ как стационарных, так и передвижных;

необходимость оптимизации развития, размещения и привязки сырьевой базы к АБЗ;

специфичность свойств готовой продукции - асфальтобетонной смеси;

учет вероятностного характера воздействия совокупности природно-географических, специально-экономических, производственно-технических условий и факторов на перспективное функционирование заводов.

1.2. В настоящих рекомендациях реализуется методика комплексного решения задачи оптимизации развития и размещения стационарных и передвижных АБЗ с использованием детерминированного подхода.

На примере Московской области определен перспективный план развития и размещения АБЗ Минавтодора РСФСР до 1985 г., намечены маршруты передислокаций передвижных заводов по каждому году планового периода, разработана схема наращивания производственных мощностей по годам с учетом конкретных типов и марок асфальтосмесительного оборудования, решены вопросы привязки производства местных сырьевых материалов к асфальтобетонным заводам, вошедшим в перспективный план.

1.3. Детерминистический подход к решению оптимизационных задач предполагает однозначность всех категорий исходных данных. Однако такой подход при значительном влиянии случайных факторов не учитывает вероятностный характер исходной информации и, следовательно, приводит к строгой однозначности получаемых решений, что, как правило, затрудняет реальное внедрение разработанных перспективных планов.

Поэтому при оптимизации такой сложной экономической системы, как данная (комплексное развитие и размещение стационарных и передвижных АБЗ) необходимо учитывать ее вероятностно-неопределенные свойства (рассматривать как систему, подверженную в своем развитии сильным вероятностно-неопределенным колебаниям).

1.4. Проявление вероятностно-неопределенных свойств заключается в неполноте знаний о способах и последствиях влияния многих факторов на развитие и размещение АБЗ, в том числе различных сторон технического прогресса, в неточности количественной оценки будущих значений уже принципиально известных параметров и связей данной экономической системы, что выражается в погрешности практически всей исходной информации.

1.5. Указанные обстоятельства приводят к тому, что при оптимизации комплексного развития и размещения стационарных и передвижных АБЗ в условиях неоднозначно заданной исходной информации детерминированные экономико-математические модели и методы необходимо рассматривать не как средства принятия окончательного решения, а как способ выявления и исследования возможных вариантов развития и размещения обоих типов предприятий.

Вследствие этого подлинной задачей оптимизации перспективного развития и размещения АБЗ является не определение одного оптимального решения, а выделение и всесторонняя оценка всей совокупности оптимальных вариантов, образующих зону неопределенности данной оптимизируемой системы.

Метод выработки и принятия решений в условиях неоднозначно заданной информации включает следующие этапы:

1. Имитация реальных условий развития и размещения стационарных и передвижных АБЗ. На этой стадии с помощью метода статистических испытаний формируется достаточное число случайных векторов исходных данных, а затем путем их группировки методами таксономии определяются наиболее представительные сочетания - условия развития системы. Таким образом получаем качественно новую информацию о реальных условиях развития системы.

2. Выявление зоны неопределенности оптимального развития данной экономической системы. На этом этапе для каждого из сформированных представительных сочетаний исходных данных определяется оптимальный способ развития и размещения АБЗ. В результате группировки полученных оптимальных решений их исходное множество заменяется эквивалентной, но гораздо меньшей совокупностью оптимальных вариантов, которые и образуют зону неопределенности развития системы.

3. Оценка вариантов развития и размещения АБЗ, которая связана с решением задачи их приспособления ко всем рассмотренным условиям развития системы. На основе информации, получаемой из решения детерминированной модели, формируется матрица затрат на развитие и адаптацию данной системы. Далее строится матрица значений экономического риска, содержащая принципиально новую информацию о поведении в условиях неопределенности, и представляющая собой обобщенную характеристику возможных экономических последствий от незнания будущих условий функционирования асфальтобетонных заводов. Матрица экономического риска является основой для сравнения вариантов перспективного развития и размещения АБЗ.

4. Выбор равноэкономических вариантов развития системы. Он осуществляется с помощью совместного применения соответствующих критериев теории игр. В этих условиях выбор окончательного единственного решения о развитии и размещении асфальтобетонных заводов производится с привлечением не поддающихся формализации соображений.

1.6. Учету фактора неопределенности в данных методических рекомендациях посвящен п. 3.

2. МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗВИТИЯ И РАЗМЕЩЕНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ И ПЕРЕДВИЖНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ЗАВОДОВ ПРИ ОДНОЗНАЧНО ЗАДАННОЙ ИНФОРМАЦИИ

2.1. Экономико-математическая модель процесса комплексного размещения и развития стационарных и передвижных АБЗ

2.1.1. Постановка задачи оптимального планирования развития и размещения асфальтобетонных заводов предполагает первоначальное выделение, учет и анализ важнейших условий и факторов, определяющих это размещение: сезонность дорожно-строительных работ, климатическая зона района, ограниченная дальность возки готовой продукции, удаленность объектов строительства от железных дорог и источников сырья, состояние подъездных путей, основные направления научно-технического прогресса и организации производства асфальтобетонной смеси, динамика расположения объектов потребления, возможности производства холодных смесей.

2.1.2. При решении динамической задачи развития и размещения стационарных и передвижных АБЗ предполагается, что известна следующая однозначная исходная информация:

1. Величина планового периода оптимизации (количество интервалов).

2. Перечень поставщиков сырья для производства асфальтобетонной смеси (карьеров каменных материалов, песка, битумных баз, заводов минерального сырья).

3. Объем поставок сырья от каждого поставщика по каждому году планового периода на производство асфальтобетонной смеси.

4. Нормы расходов каждого вида сырья при производстве различных асфальтобетонных смесей.

5. Потребность в асфальтобетонной смеси на объектах дорожного строительства (на плановый период).

6. Перечень действующих асфальтобетонных заводов, как стационарных так и передвижных к началу планового периода.

7. Перечень пунктов возможного размещения АБЗ (при выборе этих пунктов учитывается наличие подъездных путей, обеспеченность трудовыми ресурсами, топливом, электроэнергией, водой и т.п.).

8. Набор возможных мощностей АБЗ и их специализации по интервалам планового периода. Варианты мощностей АБЗ задают по типовым комплектам асфальтосмесительного оборудования. (По каждому предприятию рассматривают ограниченное количество вариантов его развития (мощностей)).

9. Перечень объектов дорожного строительства рассматриваемого района (очередность строительства по интервалам планового периода).

10. Динамика потребления объектов дорожного строительства по интервалам планового периода.

11. Величина максимальной технологической дальности возки асфальтобетонных смесей.

12. Транспортные затраты на доставку готовой асфальтобетонной смеси к объектам дорожного строительства с учетом технологической дальности возки смеси.

13. Затраты на производство асфальтобетонной смеси по каждому варианту (мощности) асфальтобетонного завода. Технико-экономические показатели по действующим АБЗ (себестоимость продукции и удельные капиталовложения) определяют на основе плановых калькуляций, а по вариантам вновь вводимых асфальтобетонных заводов используют проектные показатели.

14. Затраты на передислокацию передвижного АБЗ каждого типа, включающие затраты на демонтаж оборудования, на транспортирование его к месту новой дислокации, монтаж оборудования.

2.1.3. Оптимизация комплексного развития и размещения стационарных АБЗ и передвижных АБЗ представляет собой двууровневый процесс. На верхнем уровне оптимизации определяют зоны действия стационарных и передвижных АБЗ в плановом периоде, план наращивания мощностей стационарных АБЗ по годам планового периода, план прикрепления заводов к поставщикам сырья для производства асфальтобетонных смесей, оптимальную схему перевозок асфальтобетонной смеси к объектам строительства, реконструкции и ремонта автомобильных дорог региона.

В условиях рассредоточенного характера потребления асфальтобетонной смеси задача оптимизации развития и размещения передвижных АБЗ ничто иное, как задача выбора оптимальных маршрутов передислокации АБЗ на множество объектов потребления асфальтобетонной смеси. Поэтому на нижнем уровне оптимизации определяют оптимальные схемы передислокаций передвижных АБЗ с определенной мощностью.

2.1.4. Оптимизационные расчеты в двухуровневой задаче развития и размещения стационарных и передвижных АБЗ производят по экономико-математическим моделям верхнего и нижнего уровня.

2.1.5. Экономико-математической моделью верхнего уровня является динамическая производственно-транспортная модель в вариантной постановке, в которой условия функционирования передвижных АБЗ описаны только с учетом линейного характера спроса на асфальтобетонную смесь.

Для описания модели приняты следующие обозначения:

i - индекс пункта размещения стационарных и передвижных АБЗ

(i = 1, 2, 3, ..., m). В зависимости от вида асфальтобетонного завода множество (1) разбивается на два непересекающихся подмножества (I1, I2), где I1 - множество индексов стационарных АБЗ (i = 1, 2, 3, ..., mI), I2 - множество индексов передвижных АБЗ (i = m1, m1 + 1, ..., mI);

j - индекс объектов дорожного строительства, реконструкции и ремонта потребителей асфальтобетонной смеси (j = 1, 2, 3, ..., n);

h - индекс пункта производства транспортируемого сырья (h = 1, 2, 3, ..., H);

g - индекс вида сырья, необходимого для производства асфальтобетонной смеси (g = 1, 2, 3, ..., G);

t - индекс номера планируемого периода (t = 1, 2, 3, ..., T);

r - индекс способа функционирования АБЗ (r = 1, 2, 3, ..., Ri).

В зависимости от вида асфальтобетонного завода множество (R) разбивается на два подмножества (R1, R2), где

R1 - множество индексов способов функционирования стационарных АБЗ (r = 1, 2, 3, ..., ri);

R2 - множество индексов способов функционирования передвижных АБЗ (r = ri; ri + 1, ..., Ri).

Каждый способ функционирования описывается вектором, состоящим из К + 1 компонент ( , , ..., , ), где

 - объем производства асфальтобетонной смеси на i-м АБЗ по r-му варианту функционирования в году t;

 - показатели эффективности r-го способа производства на i-м предприятии (АБЗ) - показатель критерия оптимальности данного способа в году t.

При передислокации передвижного асфальтобетонного завода в году t, к  добавляются затраты на ее осуществление:

 - затраты на передислокацию передвижного АБЗ (i  I2, r  R2);

 - удельный расход g-го сырья по способу функционирования r i-го АБЗ;

 - транспортные затраты на доставку g-го вида сырья из h-го пункта в пункт размещения i-го асфальтобетонного завода в году t;

 - транспортные затраты на доставку асфальтобетонной смеси с i-го АБЗ к j-му объекту дорожного строительства в году t;

 - максимально возможный объем выделенного сырья g-го h-м поставщиком вида для производства асфальтобетонной смеси в году t;

bjt - объем потребности в асфальтобетонной смеси в j-м пункте потребления - объекте дорожного строительства, реконструкции и ремонта в году t;

Bt - коэффициент дисконтирования

где ti - год соизмерения, t - год осуществления затрат,

Е - нормативный коэффициент эффективности.

Неизвестные величины

 - интенсивность использования r-го варианта развития асфальтобетонного завода в i-м пункте размещения;

 - объем поставок асфальтобетонной смеси от асфальтобетонного завода размещенного в i-м пункте, к j-му объекту потребления - объекту дорожного строительства, реконструкции и ремонта в году t;

 - объем поставок сырья g-го вида для производства асфальтобетонной смеси из h-го сырьевого предприятия (базы) к i-му АБЗ в году t;

 - целочисленная переменная, равная 1, если передвижной i-й АБЗ передислоцируется в j-й пункт в году t и равная 0 в противном случае (i  I2, t = 2, 3, ..., Т).

Многосырьевая однопродуктовая трехэтапная производственно-транспортная задача развития и размещения стационарных и передвижных асфальтобетонных заводов в динамической постановке формулируется следующим образом.

Найти величины , , , (i  I2), удовлетворяющие условиям:

                                          (2.1)

из каждого пункта h, дающего сырье g, может быть поставлено всем асфальтобетонным заводам (i) не более того количества сырья, которым располагает данный пункт h в планируемом году t;

                                  (2.2)

производственная потребность i-го АБЗ данной оптимизируемой системы в сырье g в году t должна быть полностью удовлетворена;

                                         (2.3)

заданная потребность j-го дорожно-строительного объекта в году t должна быть полностью удовлетворена;

                                    (2.4)

производство асфальтобетонной смеси на i-м АБЗ должно быть не меньше, чем суммарный объем перевозок ко всем объектам дорожного строительства;

                                         (2.5)

в оптимальный план должно входить не более одного целого варианта развития предприятия в пункте из числа заданных вариантов;

                                   (2.6)

переменные z равны 0 или 1, т.е. вошли или не вошли в план;

                                      (2.7)

переменные yit равны 0 или 1, т.е. передислоцируются или нет соответствующие передвижные АБЗ в году t;

                                          (2.8)

объемы перевозок асфальтобетонной смеси не могут быть отрицательными;

                                        (2.9)

объемы перевозок сырья для производства асфальтобетонной смеси не отрицательны.

Целевая функция  - минимум интегральных производственных затрат на плановый период

                                               (2.10)

Слагаемые целевой функции  имеют следующий смысл:

1. Суммарные затраты на транспортировку всех видов сырья с h-х предприятий к асфальтобетонным заводам как стационарным, так и передвижным в плановом периоде.

2. Интегральные затраты на производство асфальтобетонной смеси на i-х АБЗ при реализации r-х вариантов развития

где  - капитальные вложения в реконструкцию или строительство i-го АБЗ в t-м году при r-м варианте развития;

Fit - текущие затраты на производство смеси i-м АБЗ при r-м варианте развития;

 - последний год капитальных вложений по r-му варианту развития i-го АБЗ ( ).

3. Суммарные транспортные затраты на доставку асфальтобетонной смеси с i-х заводов на j-ые объекты дорожного строительства в плановом периоде.

4. Суммарные затраты на передислокацию передвижных асфальтобетонных заводов в плановом периоде.

В результате реализации поставленной дискретной экономико-математической модели верхнего уровня процесса оптимизации развития и размещения обоих типов АБЗ определяют оптимальную схему развития и размещения стационарных предприятий; рациональную зону обслуживания каждого стационарного АБЗ; зону функционирования передвижных АБЗ в рассматриваемом регионе; первоначальную схему прикрепления стационарных и передвижных заводов к сырьевым базам по всем годам планового периода; рациональные мощности и год ввода в действие передвижных предприятий.

2.1.6. Для формализации задачи нижнего уровня используют теорию графов, которая дает наглядный и доступный инструмент построения моделей функционирования передвижных асфальтобетонных заводов. Адекватное отображение всего множества вариантов развития и маршрутов передислокаций достигается на основе построения сетевого ориентировочного графа специального вида [13]. Множество вершин (R) графа может быть разбито на t-подмножеств (по числу временных интегралов планового периода) R1, R2, ..., Rt. При этом последовательность <R1, R2, ..., Rt> должна обладать следующими свойствами:

а) любые две смежные вершины графа G(U) принадлежат разным подмножествам;

б) в графе G(U) возможны прямые непосредственные связи только между элементами смежных подмножеств последовательности <R1, R2, ..., Rt>.

Сетевой ориентированный граф, обладающий указанными свойствами t-дольный ориентированный граф Gt(U). Пример такого графа изображен на рис. 2.1.

Рис. 1. Трехдольный полный ориентированный граф

В t-дольном сетевом ориентированном графе Gt(U), адекватно отображающем процесс развития и размещения передвижного АБЗ в плановом периоде t  [1, Т], каждая вершина определяет вариант развития в году t для соответствующего пункта размещения передвижного АБЗ.

Дуги сетевого ориентированного графа Gt(U), соединяющие вершины двух соседних подмножеств  и  определяют как технологическую возможность перехода АБЗ в своем развитии от варианта в году t к варианту r2 в году t + 1, так и направление возможной передислокации. Каждой вершине графа Gt(U) - , представляющей вариант развития передвижного АБЗ в году t, поставим в соответствие пункт дислокации j, показатели  и соответствующие величины интегральных затрат .

Для дуг графа, соединяющих вершины смежных подмножеств Rt и Rt + 1 (t  [t, Т - 1]), определим показатели , где  и , которые включают наряду с затратами на передислокацию передвижного состава АБЗ затраты по переходу предприятия от одного технологического варианта к другому.

Построенный таким образом граф задает все множество вариантов (стратегий) развития и размещения передвижного АБЗ на всем плановом периоде.

2.1.7. Аналитическая запись сетевой модели по определению кратчайшего пути на графе G(U) имеет вид

                                (2.11)

при условиях

;                          (2.12)

           (2.13)

                          (2.14)

Задача выделения на графе кратчайшего пути состоит в выборе таких значений , где

2.1.8. Поставленная задача относится к классу многошаговых процессов принятия решений и для ее реализации может быть использован метод динамического программирования, который базируется на построении системы рекуррентных соотношений.

Обозначим через  величину суммарных затрат, определенных в период [1, t] для соответствующего передвижного асфальтобетонного завода (в момент t функционирующего по варианту развития и размещения r).

Тогда система рекуррентных соотношений для нахождения оптимальной стратегии развития и размещения передвижных АБЗ представляется следующим образом:

                                                            (2.15)

                                     (2.16)

где

При построении этой системы рекуррентных соотношений используется принцип оптимальности Беллмана [2]. Оптимальная стратегия обладает тем свойством, что для любого первоначального состояния после некоторого этапа решения совокупность последующих решений должна составлять оптимальную стратегию по отношению к состоянию, к которому пришли в результате начального этапа решения.

Решив ряд данных задач нижнего уровня, соответственно по каждому передвижному АБЗ, вошедших в план развития и размещения на верхнем уровне, получаем оптимальные схемы их передислокаций на всем плановом периоде.

2.1.9. Для взаимоувязки планов двух уровней множество оптимальных маршрутов передислокаций передвижных АБЗ вводится в задачу верхнего уровня. В результате повторного решения по модели (2.1) - (2.10) происходит окончательное прикрепление поставщиков сырья для производства асфальтобетонной смеси к АБЗ по каждому году планового периода.

2.2. Алгоритм решения задачи размещения и развития стационарных и передвижных АБЗ верхнего уровня

2.2.1. Используя существующие методы соизмерения затрат во времени, однопродуктовую многосырьевую динамическую экономико-математическую модель (2.1) - (2.10) развития и размещения стационарных и передвижных асфальтобетонных заводов можно свести к модели статической многопродуктовой задачи с целочисленными ограничениями на переменные [6]. Производство и распределение однородного продукта (асфальтобетонной смеси) в разные периоды времени (года), рассматриваемые в динамической задаче математически трактуется в статической задаче как производство и распределение различных продуктов в одном периоде, т.е. индекс t (t = 1, 2, 3, ..., T) заменяется на индекс К (К = 1, 2, 3, ..., e).

2.2.2. Модель производственной задачи обычно игнорирует нелинейность целевой функции, которая отражает существующую в реальных условиях функциональную зависимость между размером предприятия и издержками на приготовление асфальтобетонной смеси и ее транспортировку. В реальных планово-экономических задачах пункты размещения предприятий, их мощность, как правило, заданы в виде вариантов с исчисленными по каждому варианту развития текущими и капитальными затратами. При этом объемы производства могут находиться в интервале, в котором затраты на единицу продукции остаются практически постоянными.

При вариантной постановке задачи развития и размещения стационарных и передвижных асфальтобетонных заводов нелинейная целевая функция апроксимируется в кусочно-линейную, что позволяет использовать для ее решения алгоритмы линейного программирования.

2.2.3. В связи со сложностью и большой размеренностью рассматриваемой задачи при решении ее наиболее реален итеративный метод, использующий коэффициенты «экономичности» [11], который позволяет преодолеть трудности при реализации многопродуктовых и динамических производственно-транспортных моделей задач большой размерности. Этот метод дает возможность свести многопродуктовую задачу к ряду однопродуктовых (на несколько порядков проще), разбив ее на блоки таким образом, чтобы результаты решения по блокам оставались совместными в отношении производственных и транспортных затрат и их можно было синтезировать в едином оптимальном плане.

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: