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

На правах рукописи

РАССОХА ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННЫХ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ 05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Оренбург – 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».

Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор Гудков Владислав Александрович;

– доктор технических наук, профессор Курганов Валерий Максимович;

– доктор технических наук, профессор Захаров Николай Степанович Ведущая организация ГОУ ВПО «Сибирская государствен ная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Защита состоится 24 декабря 2010 г. в 10.00 часов на заседании диссертацион ного совета Д 212.181.02 при ГОУ ВПО «Оренбургский государственный универ ситет» по адресу: 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, ауд. 6205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».

Автореферат разослан 20 ноября 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета А.Н. Поляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Повышение эффективности использования подвиж ного 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 характе ром 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 динамично сти 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 междис циплинарного 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, надёжно сти (технических объектов и человека-оператора) и безопасности. Такой подход обусло вил 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 пре допределили выбор темы и постановку цели исследования, декомпозиция которой в со ответствии с перечнем основных аспектов управления, определенных «Транспортной стратегией Российской Федерации на период до 2020 года», дает ряд научных и практи ческих 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 «По вышение надёжности несущих и ходовых систем мобильных машин», «Исследование надёжности автомобилей в эксплуатации» и «Повышение эффективности и безопасно сти 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 эксплуата ции АТ за счет разработки новых и совершенствования существующих теоретико методологических положений, моделей, технических, технологических и управленче ских 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 го рода, примыкающей к остановочным пунктам;

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

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

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

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

Объект исследования – процессы функционирования АС – ГПТ, систем эксплуата ции 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, социоло гия;

тензометрирование, дорожные и стендовые испытания, натурные обследования.

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

– новая концепция комплексного повышения эффективности эксплуатации АТ, оп ределяемой такими основными составляющими, как экономическая и социальная эф фективность, 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, органи зации и регулированию системы ГПТ, позволяющие создать модифицированную мето дику натурного обследования пассажиропотоков, адаптированную к условиям преобла дания в ГПТ частного транспорта;

методику определения перспективного спроса пасса жиров на перевозку в маршрутных транспортных средствах (МТС), учитывающую ти пологию пассажиров;

методику определения необходимого количества МТС и рацио нального размещения их на маршрутах с учетом спроса пассажиров, возможностей пе ревозчиков и ограничений, накладываемых пропускной способностью остановочных пунктов и УДС города;

организационную структуру регулирования на основе схем и сценариев ситуационного управления, способную удовлетворить противоречивые тре бования заинтересованных сторон системы ГПТ;

– систематизация факторов, оказывающих влияние на задержку МТС на остановоч ных пунктах ГПТ, и способов ее снижения, позволившая разработать комплекс перспек тивных и оперативных мероприятий по повышению пропускной способности УДС, примыкающей к остановочным пунктам;

– теоретические основы и научно-методические подходы к повышению долговеч ности АТС, позволяющие продлить ресурс несущих систем АТС, подверженных в экс плуатации усталостным повреждениям, за счет учета компонентного состава их нагру женности в условиях эксплуатации, контроля живучести и управления техническим со стоянием на основе ситуационного подхода;

– теоретические основы и научно-методические подходы к ресурсосбережению ав томобильных 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 методо логией исследования, включающей в себя апробированные научные методы, использо ванием современного математического аппарата, достоверной исходной информацией и значительным объемом экспериментальных исследований и подтверждается сопоста вимостью теоретических и экспериментальных результатов, их практическим использо ванием. Полученные 31 патент и решения о выдаче патентов РФ подтверждают новиз ну предложенных разработок на уровне изобретений.

Научная и практическая значимость результатов работы.

Полученные результаты в виде совокупности теоретико-методологических положе ний, моделей, методик, алгоритмов и программ, технических, технологических и управ ленческих решений вносят определенный вклад в теорию и практику менеджмента и эксплуатации АС. Они дают возможность обоснованно выбирать рациональные управ ленческие решения и предлагать пути повышения социально-экономической эффектив ности, надёжности, дорожной и экологической безопасности эксплуатации АТ, что име ет большое практическое значение для экономики транспорта и социальной сферы. На их базе впервые созданы и использованы или подготовлены к использованию комплек сы 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 авто транспортного комплекса для обоснования принятия рациональных управленческих ре шений по поддержанию работоспособности АТС в эксплуатации и повышению безо пасности и эффективности перевозок и качества транспортных услуг при уменьшении транспортной составляющей в цене товара или услуги и массы выброса вредных ве ществ 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.). Отдель ные результаты исследования используются в учебном процессе Оренбургского ГУ.

Апробация работы. Отдельные положения и результаты диссертации представля лись 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 эко номике России на пороге 21 века» (Оренбург, 1998 г.), «Прогресс транспортных средств и систем» (Волгоград, 1999 г.), «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2001 г.), «Пробле мы 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 перспек тивы 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 надёж ность» (Челябинск, 1991 г.);

российские «Прогрессивные методы эксплуатации и ремон та транспортных средств» (Оренбург, 1999 г.), «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Орск, 2000, 2002 гг.), «Прогрессивные технологии в транспортных сис темах» (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 перспек тивы развития Уральского региона» (Оренбург, 1992 г.), «Дорожно-транспортный ком плекс: состояние и перспективы развития» (Чебоксары, 2007 г.) и другие, на научных семинарах кафедр транспортного факультета Оренбургского ГУ (1989-2010 гг.). Диссер тация в полном объеме докладывалась на научных семинарах кафедр транспортного фа культета Оренбургского ГУ и кафедры «Сервис и ремонт машин» Орловского ГТУ.

Основные результаты работы отмечены: 1) «Прогнозирование усталостной долго вечности несущих систем транспортных средств» – дипломом I степени на конкурсе ра бот молодых учёных и специалистов Оренбургской области (1993 г.);

2) «Методика ра ционального распределения парка городского пассажирского транспорта по маршру там» – дипломом лауреата премии Правительства Оренбургской области в сфере науки и техники (2007 г.);

3) «Система для непрерывного автоматического контроля и регу лирования схождения управляемых колес транспортного средства в процессе движения» – Серебряной медалью VIII Московского международного салона инноваций и инве стиций (2008 г.);

4) «Методика формирования рациональной структуры автомобильного транспорта для нужд среднего по размерам города» – дипломом лауреата премии губер натора Оренбургской области за достижения в сфере науки и техники (2010 г.);

5) «Уст ройство, 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 ра бот, 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 це ли работы, определении направлений теоретических и экспериментальных исследова ний, задач и принципиальных методологических и методических положений, организа ции и проведении комплексных экспериментальных исследований, обобщении положе ний по повышению социально-экономической эффективности, надёжности и безопасно сти функционирования АС на различных этапах выполнения работы – от научного по иска до реализации или подготовки к реализации технических, технологических и управленческих решений в практике эксплуатации АТ.

Структура и объем диссертации: введение, 5 глав, основные результаты и выводы, список использованных источников из 406 наименований, приложения;

диссертация из ложена на 400 стр. текста, включая 136 рисунков и 55 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи, объект, предмет, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе: проанализирована роль АТ на современном этапе развития России;

изложены основные положения современной концепции транспортной логистики;

рас крыты проблема оценки и комплексность эффективности функционирования АС;

рас смотрены схемы управления объектами на основе традиционного подхода автоматиче ского управления и ситуационного подхода;

изложена концепция ситуационного управ ления;

сформулированы основные положения концепции комплексного повышения эф фективности 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, ба зирующегося на концепции и принципах логистики. Изложены положения концепту альной 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. Па нова, 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 при годности к непосредственному применению по назначению, неизбежно возникает про блема выбора критериев оценки. Несмотря на то, что этой проблемой, в приложении к АС, занимались многие учёные, существуют не только несовпадающие, но и взаимоис ключающие точки зрения, что объясняется многоцелевым характером деятельности АС.

Анализ публикаций позволяет выделить четыре группы критериев оценки функцио нирования 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 источни ка 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 эксплуа тации. 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 экс плуатации АТ в общем случае имеет вид поликомпонентного функционала типа ЕАТ = Е (Rээ, Rсэ, Rнт, Rнч, Rб). Вычислить такой обобщенный показатель, как правило, невозмож но, а набор и приоритетность его составляющих определяются конкретными условиями функционирования изучаемых систем и решаемых задач.

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

Проанализированы эволюции представлений о составляющих эффективности, в ча стности: 1) влияние человеческого фактора на надёжность (ошибки при проектирова нии, брак при изготовлении, нарушение условий эксплуатации и т.п.);

2) сохранение на учно 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 ка чества» (требования к качеству формирует муниципалитет, проводящий конкурсы на предоставление муниципального заказа на перевозки) к «экономике клиента» (требо вания к качеству предъявляются непосредственным потребителем – пассажиром).

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

Эффективность эксплуатации автотранспортных систем Надёжность - технического - человека Социальная Безопасность Экономическая объекта оператора Ремонтопригодность Проф пригодность Подготовленность услуг населению Индивидуальная предоставления Рентабельность Работоспособность Сохраняемость Себестоимость Долговечность Экологическая Безотказность Техническая Качество Прибыль Рис. 1 – Структурно-функциональная схема связей при рассмотрении эффективности АТ Первоочередной целью обеспечения эффективного функционирования АС выступа ет 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. Житко ва 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 автомобиль ными перевозками особо выделяются работы В.М. Курганова.

Суть концепции ситуационного управления (СУ) формулируется следующим обра зом. При помощи мониторинга состояний ОУ создается информационная база, основ ными задачами которой являются: 1) выделение типичных проблемных ситуаций в про цессе функционирования ОУ, проявляемых как разница между фактическим и норма тивным значением некоторого показателя эффективности функционирования ОУ;

2) анализ этих ситуаций с целью выявления причинно-следственных связей;

3) разра ботка соответствующих сценариев управленческих решений по устранению причин про блемных ситуаций. Комплекс разработанных сценариев составляет технологическую платформу системы СУ, которая ориентирована на имеющиеся ресурсы. К решению проблемных ситуаций различных уровней привлекаются в соответствии с компетенция ми и полномочиями соответствующие им уровни системы управления. При этом отпа дает необходимость страхования «на всякий случай», достигается гибкость системы, по зволяющая 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).

Во второй главе представлено 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 ре гиона и муниципального образования (в составе макрологистической системы), под вижной состав предприятия (в составе микрологистической системы), само АТС и со ставляющие его элементы. Предложена структура управления АС (рис. 2), дополненная, в сравнении с предложенной О.Н. Лариным, следующими элементами: 1) эшелон адми нистративного регулирования – независимыми координирующими органами, на кото рые возложены функции управления транспортным обслуживанием населения;

2) эше лоном управления техническим состоянием АТС посредством автоматических или ав томатизированных систем, внешних по отношению к АТС или встроенных в него.

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

Идентификация соответствующих этим задачам объектов по возможности управле ния ими на основе СП, по критериям уникальности, отсутствия формализуемой цели существования, отсутствия оптимальности, динамичности, неполноты описания и нали чия «свободы воли», показывает, что: системы ГПТ и дорожного движения, техническое состояние несущей систе мы АТС могут быть отне сены к объектам, к кото рым применимо СУ;

про Федеральные Эшелон админист- органы цесс регулирования схож ративного регули- управления дения управляемых колес рования АТС в движении относит Региональные органы управления ся к объектам, к которым Эшелон применима теория авто корпора Муниципальные органы управления тивного матического управления.

управления Обобщенный алго Независимые координирующие органы ритм создания системы СУ представлен на рис. 3.

Принятие решения о при Предприятия АТ менимости СУ для управ ления конкретным ОУ должно опираться на два Объект управления признака: 1) не существу Автотранспортное средство ет традиционного метода Элементы в составе АТС управления, основанного муниципального Автотранспорт Автотранспорт предприятия образования порт региона на аналитической модели Автотранс Авто транс стра порт ны 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:

Системы автоматического и автоматизированного управления элементами АТС общая модель распреде ления задач и функций в системе;

уровни инфор Эшелон автоматического управления мационного управления, Рис. 2 – Многоуровневая структура управления АС образующие с последова тельностью выполне Создание системы ситуационного управления ния функций замкну тые контуры регулиро 1. Принятие решения о применимости ситуационного подхода вания, организации и для управления конкретным объектом планирования;

типы управляющих воздей Соответствие первому признаку Соответствие второму признаку ствий от субъекта управления (програм 2. Обследование объекта управления и оценка методов управления им ма, технологии и ко манды регулирования);

информационные по 2.1. Разработка терминологии 2.2. Выявление общих критериев описания ситуаций управления токи в системе;

схема цикла СУ;

схема свя 2.3. Выделение уровней управле- зей между текущей си ния с локальными критериями туацией в ОУ и лицом, принимающим реше 3. Выявление и описание конфликтных ситуаций, ние.

в которых требуется управление В качестве приме ра приведем схему и 3.1. Создание глобального сце 3.2. Декомпозиция управленче- процедуры СУ ГПТ.

нария решений на множестве ских решений на элементарные конфликтных ситуаций Опираясь на сис темный подход, про цесс доставки при пе 4. Выработка принципов выстраивания управленческих решений в цепочки при изменениях на объекте и при реализации управленческих решений ревозке пассажиров ГПТ можно предста 5. Создание базы данных вить в виде системы (рис. 4), входами кото рой являются потреб 6. Создание программной версии системы управления ность населения в пе ревозках и наличие 7. Апробирование созданной системы управления подвижного состава конкретного вида, ко Рис. 3 – Обобщенный алгоритм создания системы СУ личества и техническо го состояния, выхо дом – своевременная Потребность Ограничения Доставка пассажиров населения в доставка пассажиров в пункты назначения перевозках в пункты назначения.

Сущест Нормальное функ Желаемые вующие па параметры раметры ционирование систе Процесс мы ГПТ может про доставки при перевозке исходить только при пассажиров ограничениях, основ ными из которых яв Требования Наличный ляются: соблюдение Система к системе подвижной правил дорожного управления Возмущающие управления состав ГПТ воздействия движения;

обеспече ние безопасности и комфортности поез Рис. 4 – Структурная схема управления процессом док;

соответствие доставки при перевозке пассажиров ГПТ подвижного состава экологическим требованиям и другие. Обратная связь в системе осуществляется поступ лением 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 си туации, характеризующиеся различием между желаемым и существующим удовлетво рением спроса на перевозки и доставкой пассажиров в пункты назначения с надлежа щим качеством. Можно выявить вызывающие эти ситуации сочетания возмущающих факторов и для них – заранее подготовить соответствующие сценарии управления, пре дусматривающие 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 ре шения, 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.

Фрагмент сценария СУ ГПТ приведен на рис. 5. Нулевой уровень отражает сам факт необходимости управления системой ГПТ. На первом уровне выделяются n классов си туаций, при которых необходимо управление, например: 1.1 – пуск в эксплуатацию предприятия, ежедневно требую щего доставки большого количест ва работников в фиксированное время;

1.2 – пуск в эксплуатацию крупного торгового центра с при 1.9 1.n 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 … близительно равномерным в тече … … … … … … … … … ние дня притяжением населения;

…;

1.6 – сдача новостройки с большим количеством квартир или 2.1 … 2.m домов малоэтажной застройки;

1. – падение доходов муниципальных 3.3 … 3.k 3.1 3. предприятий пассажирского транс порта;

1.8 – приобретение муници палитетом крупной партии под 4. вижного состава ГПТ по лизингу;

…;

1.n – начало/окончание сезона 5.1 5. садово-дачных работ. Далее пока зана декомпозиция только той час ти сценария, которая связана с си 6. туацией (1.7) – падением доходов муниципальных предприятий. На 7. втором уровне выделяются m под классов возможных ситуаций:

8. 2.1 – низкая наполняемость муни ципальных МТС при работе на 9. маршрутах;

…;

2.m – низкий коэф фициент выпуска муниципальных МТС на линию. На третьем уровне 10.3 … 10.4 … 10.q 10.1 10.2 10.r 10. производится анализ причин выде Рис. 5 – Фрагмент сценария ситуационного ленных подклассов ситуаций;

в управления ГПТ примере выявлены k причин: 3.1 – несоответствие вместимости муниципальных МТС пассажиропотокам на маршрутах;

3.2 – неоптимальность режимов работы (обычные, экспрессные, по полным и укорочен ным 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 чет вертом уровне производится прогнозирование дальнейших изменений выявленных си туаций;

на пятом – выявление двух возможных прогнозов ситуаций: 5.1 – изменения но сят 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 социаль ную 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 приводят ся r решений для случая, когда изменения носят временный характер: 10.1 – перерас пределение 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 мар шрутов и т.д. Следует отметить, что декомпозиция других из выделенных n классов си туаций 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 те кущей ситуации, прогнозированием ее развития и собственно принятием управленче ского решения. Подобный сценарий представляет собой только верхний уровень систе мы управления, на нижних уровнях которой управленческое решение должно быть кон кретизировано. В свою очередь, эта конкретизация может потребовать выполнения эта пов, включающих в себя процедуры анализа, экстраполяции или, если это возможно, оптимизации. За простотой окончательного решения, которое может быть сформулиро вано одной фразой, схемой и т.п., скрывается реализация достаточно громоздкой проце дуры принятия решения.

Предложено: 1) создать независимый координирующий орган – юридическое лицо, на равных условиях взаимодействующее с муниципалитетом, муниципальными и част ными транспортными предприятиями, предпринимателями, которому делегированы права планирования маршрутной сети, проведения на конкурсной основе выбора об служивающих ее перевозчиков и функции административно-транспортной инспекции – управление и контроль за работой перевозчиков, координацию перевозок, выполняемых отдельными операторами, обеспечение безопасности движения и экологической безо пасности;

это может быть специализированный орган саморегулируемой организации (в соответствии с ФЗ № 315);

2) включить его в эшелон административного регулирова ния многоуровневой структуры управления ГПТ (рис. 2);

3) вооружить специалистов органа аппаратом СУ, который может быть включен в стандарты и правила деятельно сти, обязательные для выполнения всеми членами саморегулируемой организации. Ме тодически оснащенный орган будет в состоянии удовлетворить как большинство потре бителей транспортных услуг (население), так и большинство операторов перевозок.

К примеру, рациональное распределение МТС различных видов по маршрутам спо собно удовлетворить требования всех заинтересованных сторон системы ГПТ: 1) пере возчик, к какому бы виду собственников он не принадлежал, будет иметь оптимальное соотношение эксплуатационных расходов и дохода в результате более полной напол няемости 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, следова тельно, 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.

В третьей главе представлены теоретические исследования в области управления ГПТ и дорожным движением (ДД).

На основе проведенного анализа опубликованных работ, посвященных планирова нию, организации и регулированию ГПТ, были сделаны выводы: 1) появление и рост ча стного пассажирского транспорта изменили систему ГПТ большинства российских го родов, характерной особенностью которых стала одновременная работа на маршрутах МТС различных форм собственности (муниципальная, частная), видов (автобусы раз ных классов, электротранспорт и т.д.), определяющих различия в скоростных и стои мостных параметрах, особенности организации движения. Это означает одновре менное существование нескольких транспортных и пассажирских потоков, связан ных между собой и взаимно влияющих друг на друга в состоянии неустойчивого равновесия;

2) традиционный подход к планированию поездок основывается на пред положении, 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 аналогич ным маршрутам, особенно если на этих маршрутах работает подвижной состав разного вида, уровня комфорта, реальной скорости передвижения и т.д., выбор пассажира зави сит от множества факторов, как объективных, так и субъективных;

3) существует боль шое число методов обследования пассажиропотоков, косвенно используемых для опре деления 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 являет ся 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 подходящи ми 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, на пример, на выборе водителем МТС места остановки на/перед/за ОП, на выборе потенци альным пассажиром МТС для поездки, исходя из своих наклонностей и привычек, на других традиционно не учитываемых «мелочах», в значительной степени определяю щих 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, уси ливающий 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. Поэто му 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, предваритель но разбитой на участки, в прямом и обратном направлениях, и в специально разработан ной учетной ведомости фиксируют номер маршрута, номера МТС, проходящих через ОП, время их подхода к ОП, время стоянки, количество вышедших и вошедших пасса жиров. 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 различ ных перегонах;

эксплуатационные, технические скорости и скорости сообщения;

пасса жиропотоки;

объемы перевозимых пассажиров на всех ОП за различные периоды вре мени;

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;

аij и bijk – соответственно количество k пассажиров, вошедших или вышедших из i-ого МТС k-ого маршрута на j-ом ОП;

t ijk – время подхода i-ого МТС k-ого маршрута к j-ому ОП;

t ijk – время стоянки i-ого МТС k-ого маршрута на j-ом ОП;

n – номер участка, n = 1…N;

jon и jen – соответственноk k 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 вы носит 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 u ( y ) = u ( y1, y2,..., ya ), которая упорядочивает наборы мест в МТС различных видов по уровню их предпочтения, например, y1, если u(y1) u(y2, y3,…, ya), т.е. пасса жир 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: u ( y ) = u ( y1, y 2,..., y a ) max (1) g k ( y1, y 2,..., y a ) Gk, 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 ограни чений 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 Начало Ввод исходных gk И kr = И kr / g k данных j j = Ввод значения t k je ( n ) a = kr kr a i ( n) ji ( n ) =t ti, j k kr kr t k jo ( n ) i(n) i, jtk( n ) o(n) N aikr = aikrn ) k je ( n ) l l (kn ) = ( k n = ( n ) j, j + k jo ( n ) d kr j = aikr kr a Vi (kr ()ср ) = l (kn ) / t ikrn ) n ( i = t ikrn,n +1) = (l kk d kr ) / Vi (kr () ср ) j a = aij ( n k rr j e ( n ), jo ( n +1 ) j i = =t +t kr ( расч ) kr kr t i ( n, n +1) k k i ( n ), je ( n +1) i ( n ), je ( n ) d kr j b = bij r r j i = - =t +t kr ( расч ) t i ( n +1) j k k i ( n ) j e ( n +1 ) o ( n +1 ) + П r = a rj + b r j j + n=n+1 k i ( n + 1) = i ( n ) = i je ( n ) N = (a kr( n ) b kr( n ) ) kr H ji ji ji - n =1 jo ( n ) k n=N + + N Vi = (l + l j k H kr mi kr k k kr ( рейс ) )/t ji i k e(n), j 0 ( n +1 ) n = + dk Нет свободных мест Есть свободные места V kr = ( Vi kr ) / d kr j i = gk dk Pi = ( H kr l j, j +1 ) V kr ( тех ) = ( Vi kr ( тех ) ) / d kr kr j ji i = j = И kr,i +1 = t kri +1 t kri ji j, j, d kr = Рikr j kr Р n = d kr j И kr = ( И kr,i +1 ) / d kr ji j j i = Д ikr = aikr Ti k 1 Конец Рис. 6 – Алгоритм определения основных показателей процесса перевозок решений;

составление целевой функции (функции полезности);

установление ограниче ний по сформированным критериям;

непосредственное решение задачи.

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

a d u ( y) = D j y ji ji max, P (3) j =1 i = 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:

d Ri = Pji D j. (4) j = Таблица – Типологическая модель поведения пассажиров Типология МТС Вид типологии S1 … Si … Sа … Сr(x1) P11 … P1i … P1a D … … … … … … Типология Сr(xj) Pj1 … Pji … Pja Dj пассажиров … … … … … … Сr(xd) Pd1 … Pdi … Pda Dd R1 … Ri … Ra Принимается, что любой пассажир, ожидающий МТС, является экспертом по выбо ру вида МТС. Величины Pji определяются методом экспертных оценок, для чего запол няется анкета, в которой предлагается проранжировать критерии, по которым выбирает ся вид МТС, а также альтернативные решения (виды МТС) с учетом принадлежности пассажира к определенной группе, если наименее «ценному» приписан ранг 1. Допуска ется приписывать для равнозначных критериев и альтернатив одинаковые ранги. В этом случае объектам, разделившим места, приписывается ранг, равный среднему арифмети ческому 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:

n n n n z kj1, z kj2,..., z kji,..., z kja, (5) k =1 k =1 k =1 k = где z kji – ранг i-го альтернативного решения, приписанный k-м респондентом j-ого при знака различия. Полученные значения используются для получения «ценностей» Pji ка ждого из имеющихся видов МТС для различных групп пассажиров:

y ji y js (P Pjs ), (6) Pji = Pjs + y jo y js j где Pjs и Pjo, yjs и yjo – соответственно вес и суммарный ранг наименее и наиболее «цен ного» 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 2.

В анализе типологии поведения пассажира условная вероятность того, что он выбе рет тот или иной вид МТС, скорее характеризует ожидание исследователей, чем являет ся критерием выбора вида МТС. Это связано, например, с тем, что трудно судить о пол ноте 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 сте пени неопределенности необходимо выполнение системы неравенств:

d d (max (i =1,a ) Pji D j ) ( max (i =1,a ) Pji D j ) a a j = j = ) max (i =1,a ) Rqi qi Ri ;

d d 2 max (7) Pji D j max (i =1,a ) Pji D j q =1 i = ( i =1, a ) j =1 j = a a d max (i =1,a ) Rqi qi Ri max (i =1,a ) Pji D j, q =1 i =1 j = где с qi – ранговый коэффициент корреляции для каждой группы пассажиров по текущему (i) и перспективному (q) выбору видов МТС;

Rqi – условная вероятность того, что пассажиры, обладающие признаками различия xj, осуществят выбор альтернативного решения Si, определяемая как:

R a Rqi = Pji qi i. (8) a i =1 R i = 1 qi i 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, ко торое 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 абсолют ного изменения самого поля возможностей (появление новых видов МТС). Формализо ванное 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 P (t ) P12 (t ) K P1d (t ) 11 P21 (t ) K P2 d (t ) P22 (t ) Сj*(x) за время t, будет иметь вид: П (t ) =, (9) K K K K P (t ) K Pbd (t ) Pb 2 (t ) b1 где Pjj* (t ) – 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 пассажиро потоков по каждому виду МТС с учетом спроса пассажиров, пассажирооборота ОП и пропускной способности УДС города.

Целевая функция должна минимизировать суммарный пробег порожних мест:

N P P P Ф = (1np m1 n р1 1 x1np +... + ip mi n рi i xip +... + ap ma n рa a xap П n ) min, (10) n n n n n =1 p =1 p =1 p = с ограничениями по удовлетворению спроса перевозимых пассажиров МТС i-ого вида (11) и по пропускной способности ОП и УДС (12):

P n N n 1 p m1 n р1 1 x1 p П1, 1 p x1 p x1 p ;

n n n (min) p =1 n =......

P N ip mi n рi i xip Пi, ip xip xip ;

n n n n n (min) (12) (11) p =1 n =......

P N n x n x (min), ap ap ap ma n рa a xap П a ;

n n n ap n = p = где n – номер участка, n = 1, …, N;

p – номер маршрута, p = 1, …, P;

ip = 1, если i-й вид n МТС p-ого маршрута следует по n-ому участку и ip = 0 – в противном случае;

n 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;

xip – количество МТС i-го вида p-ого маршрута, работающих на n-ом n участке;

П in – спрос пассажиров на i-й вид МТС на n-ом участке за заданный интервал времени, определяемый по формуле y ji d P П in = ip (13) Пn.

n jp a y j =1 p = ji i = Возможна ситуация, когда конечный ОП определенного участка является начальным ОП не одного участка, а нескольких, т.е. происходит разветвление участков. В этом слу W x = xip+ w, n n чае к выражениям (10) – (12) добавляется равенство (14) ip w= 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, влияю щих на пропускную способность (ПС) УДС, примыкающей к ОП.

В рамках проводимого исследования скорректирована часто используемая в моде лировании дорожного движения система «водитель – автомобиль – дорога – среда»: из подсистемы «дорога» выделена подсистема «остановочный пункт», дополнительно вве дена 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 пред ставлены на рис. 7.

В силу стохастичности транспортных потоков заторовые ситуации на ОП воз можны эпизодически даже при незначительной интенсивности движения МТС. По этому понятие ПС ОП не имеет практического значения, так как ее величина не мо жет быть использована для решения ни одного практического вопроса – для их ре шения требуются данные о загруженности ОП. Поэтому в качестве интегрального по казателя, характеризующего ПС ОП, предложено суммарное время простоя МТС на ОП, определяемое на основе многофакторной модели:

n Tпр = П Fi (xi )mi, (15) i= где Fi(xi) –зависимость времени простоя МТС на ОП от фактора xi;

mi – степень зависи мости. В качестве учитываемых факторов на основе аналитических исследований и на турных 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 расположе ния поручней, наличие и размеры накопительных площадок и внутренних проходов, ав томатическое или ручное управление дверями и т.п.);

пассажирообмен ОП;

длина и ши рина прямого участка заездного кармана;

геометрические параметры отгонов заездного кармана;

расположение мест остановки МТС на ОП (линейное или нелинейное);

интен сивность 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 ме жду 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 неубран ного снега) и степень защищенности пассажиров на ОП от климатических факторов.

В четвертой главе представлены результаты разработки ресурсосберегающих тех нологий в эксплуатации АТ.

На основе проведенного анализа опубликованных работ, посвященных исследова ниям надёжности и разработке методов поддержания работоспособности несущих сис тем (НС) мобильных машин (ММ), сделаны выводы: 1) НС широкого спектра ММ – ав томобилей, тракторов, их прицепного состава, строительно-дорожных и сельскохозяй ственных машин, подвижного состава железных дорог и т.д., характеризуются недоста точными значениями показателей безотказности и долговечности, определяемыми структурой и уровнем эксплуатационных знакопеременных нагрузок;

2) основной при чиной 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 ремонтопригодно сти НС ММ свидетельствует о необходимости совершенствования не только технологии восстановления элементов НС, но и структуры их эксплуатационно-ремонтного цикла Торговый Остановочный павильон пункт ГПТ Пропускная способность остановочного пункта Дорога Технология работы Водитель Автомобиль Пассажир Среда Количество полос дви Другие ТС МТС Внешние факторы Внутренние факторы жения в попутном на Окружающая Инфраструктура Входящий поток правлении пешеходов среда Легковой автомобиль (потенциальные Количество обслужи- Выбор места останов Конструктивные такси (посадка-высадка, пассажиры) Наличие полосы для ки МТС относительно ваемых маршрутов особенности ТС ожидание пассажиров) Места работы движения МТС ОП (при наличии «за Исходящий по- ездного кармана») Легковой автомобиль- Высота уровня пола Муниципальные ток пассажи-ров Расстояние до регули такси (остановка для над уровнем посадоч Жилищная за- (потенциаль-ные руемого перекрестка покупки товаров) ной площадки ОП стройка пешеходы) Объекты тяготе- Вне «за В «за Электро ния пассажиров ездного Автобус- ездном транс Образовательные кармана» Пассажиры, Количество «рабочих» Расстояние до нерегу Грузовой автомобиль ные кармане» порта учреждения осуществляю- (обслуживание торго- дверей лируемого перекрестка щие пересадку вого павильона) на ОП Учреждения Коммерческие Ширина дверных про культуры и быта Наличие наземного Тип МТС емов Водитель как пешеходного перехода Смешанные элемент эргатической Информационное Степень системы Система открывания Электротранспорт Наличие дорожного обеспечение защищенности по- дверей (автоматичес Внешний контроль за уклона (отвод осадков) участников ДД тенциальных пасса- кая, ручная) Стаж работы на МТС соблюдением техно жиров на ОП Регулирование Автобусы логии работы движения на ОП Геометрические Наличие терминалов параметры ОП Погодные условия Состояние дорожного Психофизиологичес оплаты Интенсивность дорож Особо большого класса полотна (гололед, лу- кое состояние ного движения Размещение ОП жи) Допустимая степень на Большого класса на УДС Состояние дорож Уровень профессио полнения салона пасса ного полотна (го- Наличие «заездного Наличие полосы для нальной подготовки жирами лолед, лужи и т.д.) Среднего класса кармана» на ОП движения МТС Схема движе ния МТС Структура города Уровень Наличие дополнительных Малого класса Геометрические Технология оплаты устройств для обслужива- исполнительской параметры ОП проезда ния инвалидов Подсистема «Дорога» дисциплины Особо малого класса Рис. 7 – Схема элементов (факторов), входящих в систему «Водитель – Автомобиль – Дорога – Среда – Пассажир – Остановочный пункт» на основе учета изменения технического состояния в процессе эксплуатации. В частно сти, технологическая документация по ремонту грузовых АТС устанавливает, что тре щины в раме недопустимы, и она должна быть подвергнута ремонту. Это не позволяет использовать ресурс АТС на стадии живучести НС, характеризующей способность кон струкции выдерживать требуемые нагрузки при частичном или полном разрушении ка кого-либо из силовых элементов. Представляется целесообразным использование под хода, подразумевающего сопоставление экономических характеристик последствий от каза и мероприятий по его прогнозированию и/или предупреждению: потерь от простоя машины в связи с отказом элемента;

стоимости превентивной замены элемента;

стоимо сти мероприятий по контролю и/или продлению ресурса;

4) при оценке и обеспечении работоспособности НС ММ целесообразен переход к принципу безопасного регламен тированного повреждения;

однако он требует решения целого комплекса задач научно го обоснования и конструкторско-технологического обеспечения продления ресурса ММ на стадии живучести НС.

На основе проведенного анализа опубликованных работ, посвященных проблеме ре сурсосбережения автомобильных шин, были сделаны следующие выводы: 1) интенсив ное развитие АТ и повышение его роли во всех сферах хозяйственной деятельности че ловека 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 ка чении с развалом и схождением, компенсирующим этот развал, износ и деформации хо довой 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 Деформации деталей средства так называемого пас и износ сопряжений подвески и рулевого сивного регулирования схож привода Индивидуальные для дения УК, однако устанавли каждого колеса Давление воздуха в ваемое с их помощью схож шине Опрокидывающие Неравномерность для поперечные силы на дение является оптимальным Износ различных колес повороте протектора одного автомобиля лишь для одного или несколь Наклон и другие Установка параметры дороги ких состояний АТС, а для управляемых колес большинства эксплуатацион Внутренние Положение автомо- Внешние ных состояний оно таковым (для автомобиля) бильного колеса при (для автомобиля) факторы качении факторы не является;

4) единственно возможным способом реше Корректирующее воз- Корректирующее воз ния проблемы является не действие действие прерывный контроль и регу Оптимальное положение лирование схождения УК в автомобильного колеса при качении процессе движения. Однако предлагаемые до настоящего времени устройства для кон Повышение Снижение выброса Снижение Повышение ус Экономия троля и/или регулирования долговечности шинной пыли и шумо- тойчивости и топлива шин канцерогенов образования управляемости схождения УК в движении имеют недостаточную точ Системное повышение ность и надёжность;

5) можно эффективности эксплуатации автомобилей констатировать существую щий пробел в проектирова Рис. 8 – Факторы, влияющие на положение нии и реализации качествен автомобильного колеса при движении ных эксплуатационных характеристик средств активного регулирования схождения УК АТС.

В соответствии с выводами сформулированы частные задачи исследования.

Первой задачей ставилась разработка ресурсосберегающей технологии повышения ресурса несущих систем АТС за счет эксплуатации на стадии живучести. Схема и алго ритм контроля живучести в системе поддержания работоспособности АТС представле ны на рис. 9.

Рис. 9 – Схема и алгоритм кон троля за степенью усталостной 2 поврежденности несущих сис тем АТС: 1 – база данных об эксплуатационных усталост ных повреждениях элементов да нет НС АТС;

2 – база данных об 6 8 10 эксплуатационных нагрузках в да да элементах НС;

3 – база данных нет о закономерностях развития 5 7 усталостных трещин по ре … … зультатам лабораторных ис ТО-2 ТО-1 … следований;

4 – база данных о ТО- закономерностях развития ус нет талостных трещин в эксплуа Наработка тационных условиях;

5 – ос мотр НС на наличие усталост ных трещин;

6 – выбор технических характеристик средств контроля за развитием усталостных трещин;

7 – оснащение АТС средствами контроля за развитием трещин и (при необходимости) их регулирование;

8 – сигнал от средств контроля за развитием трещин;

9 – назначение перио дичности осмотра при отсутствии сигнала от средств контроля за развитием трещин;

10 – ре шение о направлении АТС в ремонт;

11 – решение о продлении эксплуатации АТС При формировании используемых при этом баз данных или осуществлении отдельных процедур использованы следующие научные результаты, полученные с участием автора: 1) методика оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов НС в эксплуатации, включающая тензометрирование в типовых условиях эксплуатации и расчеты на основе теории тонкостенных стержней и позволяющая оценивать компонентный состав эксплуатационной нагруженности [13, 24];

2) схема нагружения, конструкции реализующих ее устройств для испытания узлов НС ММ, эксплуатируемой отдельно (пат. РФ 2085898) и в сцепке (пат. РФ 2188406) и методика обеспечения при стендовых испытаниях узлов НДС, адекватного эксплуатационному по компонентному составу нагруженности за счет обеспечения определенных размеров испытываемых узлов и параметров силонагружателя испытательной установки [12, 13, 14, 16, 20, 21];

3) методика расчета долговечности узлов НМ с учетом снижения предела выносливости [22, 23];

4) методики наблюдения за ростом трещин в эксплуатации ММ на основе непосредственного контроля роста трещины при помощи ёмкостных датчиков (пат. РФ 79993) и косвенного контроля снижения жесткости НС (пат. РФ 80238) [17, 19, 25, 26]. На основе СУ предложены сценарии принятия решений о необходимости ремонта НС после сигнализации о достижении нескольких степеней развития трещины или снижения жесткости, характеризующих уровни накопленного усталостного повреждения конструкции. Переход к индивидуальному прогнозированию остаточного ресурса НС позволит увеличить ресурс ММ.

Второй задачей ставилась разработка ресурсосберегающей технологии повышения срока службы автомобильных шин Обобщение результатов предшествующих исследований по при за счет регулирования схождения меняемым системам коррекции схождения управляемых колес управляемых колес в процессе дви жения. Схематично основные эта Пассивное регулирование в Активное регулирование в стационарных условиях процессе движения пы разработки системы такого ре гулирования представлены на рис.

Формулировка цели и требований к системе активного 10. Разработаны способ регулиро регулирования схождения управляемых колес вания схождения в процессе движе ния (пат. РФ 2333470) и два вариан Обоснование критерия оптимизации схождения управляемых колес в движении та системы – на основе гидравличе ских (пат. РФ 2309078, 2348912, Разработка принципиальной схемы системы 2381477, 2381478, 2381479) и элек трических датчиков (пат. РФ 49257). Общими для них являются:

Анализ возможности использо- Разработка нестандартных вания стандартных элементов элементов основной контролируемый пара метр – боковая реакция дороги на Лабораторные испытания колесо;

критерий оптимизации про нестандартных элементов цесса регулирования схождения УК – нулевое или близкое к нему зна Испытания системы чение боковой реакции дороги на УК;

принципиальная схема системы и функциональных связей между ее Технико-экономическая оценка системы основными элементами, которыми Рис. 10 – Этапы разработки системы регулирования являются: датчики, воспринимаю схождения управляемых колес АТС в движении щие боковую реакцию дороги на каждое из УК и передающие сигналы на управляющее устройство;

подсистема управле ния, принимающая сигналы от датчиков и в зависимости от них вырабатывающая ко манду на исполнительный механизм, воспринимающий команду от подсистемы управ ления и регулирующий, в соответствии с этой командой, длину поперечной рулевой тя ги (схождение УК);

источник энергии, необходимой для регулирования схождения.

Схема базового варианта системы с тензодатчиками представлена на рис. 11, схема разработки вариантов системы – на рис. 12.

По чувствительности датчикового узла подсистемы управления (пара: элемент, на котором установлен тензодатчик, – сам тензодатчик) к эксплуатационным деформациям предложенные варианты можно разделить на две группы: требующие усиления элек трического сигнала от датчиков (пат. РФ 2309867, 2348913, 2348914, 2349892, 2353912);

с повышенной чувствительностью датчикового узла, не требующие усиления сигнала (пат. РФ 2362702, 2369857, 2398701, 2398702, решения о выдаче 10 патентов на изобре тения).

В пятой главе приведены результаты теоретико-экспериментальной апробации раз работанных технических, технологических и управленческих решений.

Первой задачей ставилась апробация методик определения необходимого количества МТС различных видов и рационального распределения их по маршрутам.

Применительно к г. Оренбургу, пассажир для поездки может воспользоваться троллей бусом или автобусами различных классов (средним, малым и особо малым), т.е. сущест вуют четыре альтернативных решения. Разбиение городской маршрутной сети произво дилось по 3 группам участков, на которых работают: 1) все четыре вида МТС;

2) три ви да МТС (автобусы трех классов);

3) два вида МТС (автобусы малого и особо малого классов).

Рис. 11 – Схема системы ре гулирования схождения с тензодатчиками: 1 – управ ляемое колесо;

2 – электро магнитная катушка;

3 – сер дечник;

4, 6 и 19 – пояски золотника;

5 и 21 – камеры распределительного устрой ства;

7, 10, 26 и 29 – масло проводы;

8 – гидравличе ский насос;

9 – бачок;

11 – предохранительный клапан;

12 – золотник;

13 – каналы распредели тельного устройства;

14 – центрирующая пружи на;

15 – корпус распределительного устройства;

16 – источник электропитания;

17 – электриче ский мост;

18 и 24 – реактивные камеры;

20, 22 и 23 – окна;

25 – усилитель электросигнала;

27 – поршень исполнительного механизма;

28 – исполнительный механизм;

30 – поперечная рулевая тяга;

К и Л – полости исполнительного механизма Датчики Источник Гидравлический насос Датчики в боковой электри виде шайб;

реакции ческого патент РФ дороги на питания Трубопроводы колесо Пьезо- Реверсивный Распредели датчики механизм Управля Датчиковый тельное изменения ющее устройство узел рабочей длины устройство рабочей Тензо поперечной жидкости датчики рулевой тяги Система управления Консольная Две электро пластина;

магнитные ка Альтернативный патент РФ тушки;

патент способ управления;

2349892 РФ Усилитель электрического сигнала патент РФ Упоры в Кольца с Буртики Буртик Буртики, Г-образные Фланцы виде тре- прорезями разделен- со срезами Буртики с рычажки на втулок с Базовый Втулка с Конусные втулки со угольных или разреза и высту- выступами;

буртиках вариант;

буртиками;

шайбы;

скосами и ные на призм;

ми;

высту пами;

патент РФ патент РФ патент РФ канавкой;

сектора;

патент РФ втулок;

реш. о вы- реш. о вы пами;

патент РФ патент РФ 2348914 патент РФ патент РФ патент РФ даче патен- даче патен 2348913 2369857 та РФ от та РФ от 2392158 2362702 2398701 18.06.2010 18.06. Рис. 12 – Схема разработки системы регулирования схождения с электрическими датчиками Пассажиры были сгруппированы по основным определяющим факторам – социаль ной принадлежности, уровню дохода, возрасту и цели поездки.

В анкетировании приняло участие 360 пассажиров, распределенных по участкам пропорционально среднесуточному пассажиропотоку. На участках первой группы было опрошено 232, второй группы – 84 и третьей группы – 44 пассажира. Пропорциональ ность количества анкетируемых пассажиров, классифицируемых по различным типоло гическим группам, соотносится с данными Госкомстата.

Были составлены типологические модели перспективного выбора пассажирами ви дов МТС для участков всех групп. Проведенная оценка качества формирования спроса показала, что для участков первой группы условию (7) удовлетворяют типологические модели, построенные на группировании пассажиров по уровню дохода, возрасту и соци альной принадлежности, а типологическая модель поведения пассажиров, сгруппиро ванных по цели поездок, не удовлетворяет этому условию, что говорит о высокой сте пени неопределенности выбора пассажиров этой группы. Для участков второй группы низкую степень неопределенности имеют пассажиры, сгруппированные по уровню до хода и цели поездки. Для участков третьей группы высокое качество формирования спроса имеют пассажиры, сгруппированные по уровню дохода, возрасту и цели поездки.

Можно сделать вывод о том, что на участках всех трех групп наиболее низкую степень неопределенности имеют пассажиры, сгруппированные по уровню дохода. Дальнейшие расчеты производились для этой группы пассажиров.

В качестве критериев, по которым пассажир принимает решение о выборе вида МТС, приняты стоимость проезда сi;

время поездки tпi;

время ожидания tожi и уровень комфорта hi. Поэтому математическая модель выбора вида МТС будет иметь вид y ji ci [C ];

i = y ji t пi [t п ];

(17) i = u ( y) = u (ci, t пi, t ожi, hi ) max (16) с ограничениями y t [t ];

ji ожi ож i = y h [H ], ji i i = где предельные значения: [C ] – платы пассажиром за проезд на ГПТ за календарный пе риод;

[t п ] – времени, затраченного пассажиром на поездку в ГПТ и [tож ] – времени ожи дания пассажиром МТС – определяются по результатам анкетирования пассажиров;

[H ] – уровня комфортности – методом экспертных оценок, по которому наименее комфорт ному виду МТС присваивается ранг 1, а наиболее комфортному – 4. Решая уравнение (16) с ограничениями (17), определяем перспективный спрос пассажиров, а уравнение (10) с ограничениями (11) и (12) – рациональное количество МТС существующих видов.

На основании расчетов, проведенных для г. Оренбурга, было предложено увеличить количество троллейбусов и автобусов малого класса и уменьшить количество автобусов особо малого класса. Мероприятия позволят за счет общего сокращения количества МТС на 263 единицы (примерно 11% от существующего количества) уменьшить нагрузку на УДС города, загрязнение окружающей среды отработавшими газами и удельные затраты перевозчиков, повысить качество перевозки пассажиров.

Полученные результаты могут быть использованы для определения параметров му ниципального заказа на городские пассажирские перевозки, разработки стандартов и правил деятельности для саморегулируемых организаций в сфере ГПТ и решения задач управления ГПТ.

Второй задачей ставилось проведение комплексного экспериментально теоретического исследования с целью сокращения задержек МТС на ОП.

Оно включало обследование обустройства и состояния ОП ГПТ г. Оренбурга и тех нологии работы и организации движения МТС на наиболее пассажирообменных ОП. В частности, для изучения мест остановки МТС на ОП «заездной карман» и прилегающий к нему фрагмент УДС условно разделили на 6 участков (рис. 13). С целью выявления мотиваций при выборе водителями мест остановки МТС, создающих помехи движению, было проведено анкетирование 420 водителей МТС г. Оренбурга. В анкете предлагалось указать возраст и стаж работы на МТС, модель МТС и его принадлежность (муници пальное или частное предпри ятие, индивидуальный предпри Остановочный павильон ниматель) и произвести выбор участка остановки МТС в зави (1) (2) (3) симости от различных ситуаций, ПОСЛЕ (6) ПЕРЕД (5) ДО (4) складывающихся в момент подъезда на ОП.

На основе разработанных типологических моделей пове дения водителей МТС и пасса жиров, выявленных зависимо Рис. 13 – Участки остановки МТС в районе стей и взаимовлияний факторов, остановочного пункта влияющих на ПС, были разра ботаны «пакеты» управляющих воздействий из набора мероприятий: 1) архитектурно планировочных: выделение изолированных полос движения МТС по всей длине магист рали или на ее отдельных участках;

рассредоточение ОП;

пересмотр существующих схем обустройства ОП на УДС, в частности геометрическое формирование ОП по типу «зубья пилы»;

обустройство ОП возвышенными площадками (рефюжи);

2) техниче ских: обустройство автобусов особо малого класса системой автоматического открыва ния дверей;

обустройство павильонов ожидания ОП (патент РФ 57320);

3) организаци онно-правовых и экономических: обновление нормативных актов, устанавливающих тре бования к организации и функционированию ОП в современных условиях, включая бо лее четкую регламентацию работы МТС на ОП и ужесточение административной ответ ственности за нарушения;

в случае выявления систематических нарушений водителями МТС установленных правил предусмотреть жесткие меры к руководителям транспорт ных предприятий и частным перевозчикам, вплоть до отстранения от обслуживания маршрутов;

введение режимов разрешения или запрета на обгон при въезде и выезде МТС с ОП в зависимости от складывающейся на ОП ситуации, отмеченных специаль ной разметкой;

запрет не только парковки, но и остановки иных, кроме МТС, транс портных средств на ОП, отмеченных специальной разметкой;

проведение конкурсов на предоставление инвесторам права обустройства ОП торговыми павильонами;

установ ление для транспорта, обслуживающего торговые павильоны, совмещенные с ОП, фик сированных графиков погрузки-разгрузки;

предоставление при проведении конкурсов на размещение муниципального заказа на пассажирские перевозки преимуществ вла дельцам низкопольных МТС;

распределение МТС различных видов по маршрутам в со ответствии с выявленным спросом населения;

при наличии соответствующих пассажи ропотоков и спроса населения – замена автобусов особо малого класса автобусами большей вместимости;

введение жесткого конкурсного отбора при допуске частных пе ревозчиков к осуществлению перевозочной деятельности, а также при приеме на работу водителей и кондукторов;

создание административно-транспортной инспекции с функ циями, в числе прочего, мониторинга ОП и правами наложения штрафа за администра тивные правонарушения на должностные, физические или юридические лица;

введение мер поощрений за соблюдение и наказаний за несоблюдение правил работы МТС на ОП;

4) информационных: оснащение остановочных павильонов и МТС планами города и района обслуживания, схемами маршрутов, расписаниями движения;

проведение СМИ совместно с административно-транспортной инспекцией работы по борьбе с низкими уровнями дисциплины, правового сознания и транспортной культуры участников до рожного движения, информированию населения.

Преимуществом предлагаемого подхода является сочетание: программно-целевого подхода, реализуемого в архитектурно-планировочных решениях, наиболее эффектив ных на долгосрочную перспективу, но, как правило, затратных и требующих отчужде ния важнейшего ресурса города – территории;

ситуационного подхода, реализуемого в оперативных управленческих решениях, хотя и имеющих ограниченный эффект, но реа лизуемых в сжатые сроки и способных быстро дать результат.

Реализация предложенных мероприятий позволит оптимизировать работу ОП, по высить ПС УДС, скорости сообщения, качество транспортного обслуживания населе ния, БДД, улучшить экологическую ситуацию в городе, снизить расход топлива и износ узлов и агрегатов МТС.

Третьей задачей ставилось проведение расчетно-экспериментальных исследований с целью совершенствования эксплуатационных характеристик системы регулирования схождения УК в движении, по результатам которых: 1) обоснованы критерии макси мальной долговечности датчикового узла по сопротивлению усталости;

2) обоснованы уровни и критерии максимальной чувствительности датчикового узла к изменению бо ковой реакции дороги на УК;

3) разработан метод выбора оптимальной конструкции датчикового узла и определения оптимальных области и направления расположения тензодатчиков, основанный на использовании компьютерных программ анализа НДС методом конечных элементов, дифференциальных и интегральных вычислений (пример результатов расчетов представлен на рис. 14);

4) проведен анализ влияния параметров состояния АТС и инерционности элементов системы регулирования схождения УК, а также условий эксплуатации, включая режимы движения, на процесс регулирования схождения;