Postavení a možnosti rozvoje logistické infrastruktury v Moravskoslezském kraji s důrazem na vybudování veřejného logistického centra ETAPA III.

Transkript

1 Postavení a možnosti rozvoje logistické infrastruktury v Moravskoslezském kraji s důrazem na vybudování veřejného logistického centra ETAPA III. TVORBA MATEMATICKÉHO (SIMULAČNÍHO) MODELU MATERIÁLOVÝCH TOKŮ S VAZBOU NA PŘEDPOKLÁDANÉ FUNKCE VEŘEJNÉHO LOGISTICKÉHO CENTRA Tento projekt je spolufinancován Evropskou unií z Operačního programu Infrastruktura Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 1

2 Číslo zprávy: E Únor, 2008 ETAPA III. TVORBA MATEMATICKÉHO (SIMULAČNÍHO) MODELU MATERIÁLOVÝCH TOKŮ S VAZBOU NA PŘEDPOKLÁDANÉ FUNKCE VEŘEJNÉHO LOGISTICKÉHO CENTRA Zodpovědný řešitel: Ing. Jan Famfulík, Ph.D. Vedoucí řešitel etapy: Ing. Dušan Teichmann, Ph.D. Řešitelé: Ing. Jan Famfulík, Ph.D. Ing. Jana Míková, Ph.D. Ing. Jaromír Široký, Ph.D. Ing. Michal Dorda Operační program: Infrastruktura, opatření 2.4 Číslo projektu: 28/ OPI/2 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 2

3 OBSAH 1 Úvod6 1.1 Význam modelování pro řešení problémů založených na rozhodování 1.2 Metodologie modelování 1.3 Shrnutí výsledků řešení z etapy I a etapy II a jejich vazba na etapu III 1.4 Hodnocení lokalizace veřejného logistického centra v Moravskoslezském kraji 2 Pojmový model toků a činností ve VLC 2.1 Vybrané společné aspekty ovlivňující proces modelování činnosti VLC 2.2 Identifikace a charakteristika toků v rámci VLC Identifikace a charakteristika toků v rámci VLC relace kontejnery železnice - silnice Identifikace a charakteristika toků v rámci VLC relace kontejnery silnice - železnice 2.3 Pojmový model činnosti VLC Pojmový model činnosti VLC relace kontejnery železnice - silnice Pojmový model činnosti VLC relace kontejnery silnice - železnice 3 Simulační model veřejného logistického centra 3.1 Simulační experiment Úvod Definice cílů a účelu simulace VLC Charakteristika simulačního prostředí 3.2 Struktura implementovaného modelu Blokové schéma VLC Schéma struktury VLC Řízení počtu TEU na skladovací ploše kontejnerů Řízení počtu skladových jednotek palet na ploše skladů Obsluha procesů 3.3 Výchozí podmínky modelu Vstupní proměnné Stavové proměnné 3.4 Výstupní parametry simulace Sledování denního toku SVK Sledování denního toku SVP Grafické výstupy v průběhu simulace Výstupy po ukončení simulace Výstupní tabulkové reporty Výstupní grafický report 3.5 Výpočtové postupy Vztahy pro výpočet obsluhy palet Vztahy pro výpočet obsluhy kontejnerů Stanovení užitečné plochy skladiště kontejnerů Stanovení užitné plochy skladiště palet Výpočet maximální kapacity plochy pro skladování kontejnerů Výpočet max. kapacity plochy pro skladování palet Sledování obsazení skladovacích ploch 3.6 Verifikace a validace modelu Verifikace modelu Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 3

4 3.6.2 Validace modelu 3.7 Výsledky modelu Grafické výstupy v průběhu simulace Tabulkové výstupy po ukončení simulace Výstupní sumární report obsluhy Grafické výstupy v průběhu simulace 3.8 Závěr Seznam použité literatury Seznam příloh Příloha č. 1: Seznam komponentů modelu Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 4

5 ÚVOD Význam modelování pro řešení problémů založených na rozhodování Modelování je pojmem uváděným poměrně často a s úspěchem v souvislosti s mnoha činnostmi, které jsou předmětem lidského konání. Definicí pojmu modelování existuje celá řada, pro účely předkládané studie byla vybrána účelná definice z publikace [1] chápající modelování jako jeden ze způsobů lidského poznání přinášejícího především objektivní obecný pohled na zkoumané jevy. Modelování představuje v předložené studii experimentální proces, při němž je zkoumanému systému - veřejnému logistickému centru (dále jen VLC) přiřazen odpovídající abstraktní zápis - matematický model. V žádném případě se tedy nebude v dalším textu při užití pojmu modelování mít na mysli tvorba tzv. fyzických modelů, tedy určitých předmětů, což je rovněž pod pojem modelování obecně zahrnuto. V předložené studii je tedy využito modelování matematického, které skýtá možnost abstraktního popisu veřejného logistického centra a dopadů jeho výstavby na organizaci materiálových toků v podmínkách Moravskoslezského kraje (dále jen MSK). Výhodami matematického modelu je především možnost vyjadřování myšlenek a různých vztahů symbolicky (tj. názorně i pro mnohé cizojazyčné účastníky různých konferencí a sympozií) racionálním způsobem [1]. V Etapě III bylo procesu modelování využito za účelem zjišťování kapacitních možností VLC ve čtyřech plánovaných lokalitách na území MSK a při kvantifikaci podkladů pro zjišťování objemu emisí produkovaných silničními nákladními vozidly při přepravě zásilek po území MSK po vybudování VLC. V navazujících etapách řešení budou výsledky dosažené modelováním pro jednotlivé možnosti umístění VLC konfrontovány s výstupy z Etapy II. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 5

6 Metodologie modelování Není předmětem předložené zprávy vyčerpávajícím způsobem podrobně charakterizovat jednotlivé fáze tvorby matematického modelu a popisovat nástroje sloužící k jeho řešení či experimentům prováděným s modelem, řešitelé však nepovažují za vhodné nekomentovat alespoň v hrubých rysech řešící postup, na němž je etapa III založena. Proces abstraktního modelování libovolného systému je podle literatury [1] možno shrnout do následujících fází : 1) identifikace systému, 2) sestavení modelu, 3) ověřování (verifikace) modelu systému, 4) posuzování věrohodnosti (validace) modelu, 5) experimenty realizované s modelem, 6) posuzování proměnlivosti (variability) modelu. Další fází modelování může být např. výzkum přizpůsobivosti (adaptability) modelu, uvedená fáze však s ohledem na účel etapy III a značná specifika modelů níže popsaných není předmětem řešení v této etapě. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 6

7 Shrnutí výsledků řešení z etapy I a etapy II a jejich vazba na etapu III Obsahem etapy I bylo zmapování stávajícího stavu v oblasti poskytování logistických služeb se zaměřením na využití LC v zahraničí a zpracování přehledu o stávající dopravní infrastruktuře MSK podle jednotlivých druhů dopravy. Analýza byla provedena formou SWOT analýz a výsledky byly vyjádřeny formou tzv. S/T matic. Pro potřeby etapy III jsou však z etapy I nejdůležitějšími výstupy rozsahy služeb VLC provozovaných v zahraničí, které jsou taxativně uvedeny v kapitole 2 předložené zprávy. Obsahem etapy II bylo analyzování materiálových toků vztahujících se k území MSK v letech 2005 a 2006 v objemech podle jednotlivých druhů doprav a podle lokalizace zdroje (cíle) - území států EU, území mimo státy EU. Z technických důvodů však bylo nakonec možno zmapovat pouze materiálové toky vstupující (vystupující) na (z) území MSK za rok Údaje o materiálových tocích byly vstupem pro zvolenou řešící metodu, na základě jejíž výsledků je usuzováno na výhodnost umístění VLC v různých lokalitách MSK. Uvedené lokality byly řešitelským týmem vytipovány v předchozí etapě ve čtyřech lokalitách - na katastrálních územích obcí Mošnov, Bohumín - Vrbice, Horní Suchá, Stonava. Zdůvodnění volby uvedených čtyř lokalit je podrobně uvedeno v závěrečné zprávě k etapě II. V následující podkapitole 1.4 této zprávy je provedeno zhodnocení výhodnosti jednotlivých lokalit vytipovaných pro umístění VLC podle zvoleného optimalizačního kritéria. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 7

8 ZÁVĚR Možností, jak stanovit charakteristické parametry obecných systému hromadné obsluhy - což veřejné logistické centrum je - je použití modelování a následně simulací pro řešení tohoto problému. Postupy a algoritmy uvedené v této části projektu jsou určeny pro využití simulace činnosti VLC v konkretizovaných podmínkách vytipovaných lokalit. V rámci realizace modelu VLC se rozlišují dvě etapy návrhu modelu: - návrh pojmového modelu - který specifikuje systému pomocí verbálního nebo matematického aparátu, - návrh a implementace počítačového modelu - který pojmový model transformuje do počítačového prostředí. Pro sledování chování modelu v čase se realizuje simulační experiment, což je vhodně sestavená množina počátečních podmínek pro navržený model s realizací simulačních běhů modelu. Cílem návrhu simulačního experimentu pro obecný modelu VLC je: 1. Určení maximálního počtu realizovaných silničních vozidel obsluhujících VLC při stanovených podmínkách: počet, kapacita a relace vlaků přivážejících a odvážejících kontejnery v definovaných intervalech a definovaném poměru kontejneru prázdných a ložených, definované uspořádání kolejiště pro nakládku a vykládku kontejnerů, definovaná použitelná skladovací plocha pro kontejnery a palety v rámci multimodální přepravy, definovaná použitelná skladovací plocha pro skladovací jednotky (kontejnery a palety) v rámci skladovací funkce VLC. 2. Určení hlavních faktorů ovlivňujících funkci a činnosti VLC s vlivem na model: typy a počty použitých manipulačních prostředků, rozmístění jednotlivých prostorů (vliv na doby manipulace), Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 8

9 směnnost obsluhy jednotlivých procesů VLC a rozvrhy vstupů a výstupů. Výsledkem simulace je stanovení: maximálního počtu přijíždějících silničních vozidel (SV) s kontejnery, maximálního počtu odjíždějících SV s kontejnery, maximálního počtu přijíždějících SV s paletami, maximálního počtu odjíždějících SV s paletami, při podmínce maximálního využití skladovacích ploch a maximalizaci využití jednotlivých procesů. Obecný model VLC a s ním související simulační experimenty jsou realizovány v simulačním prostředí Witness. Implementace modelu VLC do simulačního prostředí Witness vychází z popisu pojmového modelu v 2. kapitole této etapy. Definování procesů při modelováni činnosti VLC vychází z blokového schématu činnosti VLC na obrázku č Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 9

10 Zpracování kontejnery depo World SVK Ship SVK Zpracování kontejnery S - Ž Ship Vlak World Vlak Zpracování kontejnery Ž - S Zpracování palet Ž-S Zpracování palet S - Ž Ship SVP World SVP Zpracování palety depo Obr. č. 3.24: Základní blokové schéma modelu VLC. Při implementaci počítačového obecného modelu VLC se vychází ze schématu struktury modelu v podkapitole této zprávy. Při řízení části modelu obsluhující kontejnery se vychází z předpokladu, že vstup kontejneru po železnici je stanoven vstupními podmínkami v podkapitole Řízení počtu kontejnerů na ploše se realizuje na straně vstupu kontejnerů na silničních vozidlech. Princip řízení počtu skladových jednotek palet je řešen analogicky k řízení počtu palet v podkapitole Rozdíl spočívá ve sledování počtu SJP na každé skladovací ploše samostatně. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 10

11 Hlavním účelem modelování obsluhy je v modelu zajistit vazby a priority činnosti procesů, které jsou vázány společným využíváním kapacit personálu a manipulační techniky. Obsluha procesů představuje přidělení kapacit obsluhujícího personálu (pokud je zapotřebí jej modelovat) a manipulačních prostředků. Definice a přidělení prostředků obsluhy je v podkapitole Obr. č. 3.25: Ukázka implementačního prostředí a sestaveného modelu. Definování výchozích podmínek pro návrh a implementaci modelu VLC vychází z pojmového modelu realizovaného v kapitole 1 této zprávy a je realizováno v podkapitole 3.3. Výchozí podmínky jsou rozděleny do dvou skupin: 1) Vstupní proměnné - parametry, které vstupují do modelu převážně při jeho inicializaci. V případě modelu VLC jsou tyto vstupní parametry a jejich hodnoty definovány v souboru PMSZ_PARA_V1.XLS, který je umístěn ve stejné složce jako soubor s implementovaným modelem. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 11

12 2) Stavové proměnné - vnitřní parametry jednotlivých komponent, ze kterých je model vytvořen. Výstupní část obecného modelu tvoří výstupní reporty definované v podkapitole 3.4, které vznikají jak v průběhu simulačního běhu, tak jsou generovány po ukončení simulace. Tyto reporty jsou v podobě grafické - např. podle obrázku č nebo jsou v podobě tabulkové s následnou možností grafických analýz v prostředí k tomu určených (viz obrázek č. 3.27). Obr. č. 3.26: Grafický výstup časového průběhu obsazení plochy kontejnerů. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 12

13 Obr. č. 3.27: Průběžně generovaný tabulkový výstup s grafickou analýzou. V podkapitole 3.5 jsou uvedeny postupy pro realizaci výpočtů hodnot proměnných a parametrů potřebných pro činnost modelu, především se jedná o doby činnosti procesů. Tyto doby činnosti jsou definované jako stochastické veličiny, neboť jsou ovlivněny náhodnými ději, především při manipulaci s kontejnery a paletami. V této části jsou taktéž uvedeny postupy výpočtů dalších parametrů nutných pro realizaci modelu, jako jsou užitné plochy jednotlivých skladovacích prostor, maximální kapacity těchto ploch a další parametry. Jsou zde uvedeny postupy výpočtů potřebných pro řízení modelu. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 13

14 škop šp šsp š KOP Obr. č. 3.28: Dispoziční schéma skladování palet. (C blok uložených palet) Pro verifikaci a validaci modelů implementovaných v simulačním prostředí Witness existuje podle několik možnosti, které jsou specifikované v podkapitole 3.6. Vzhledem k tomu, že model VLC je rozsáhlý model složený z více podsystémů typu systém hromadné obsluhy s více stochastickými parametry není možno běžnými prostředky a dostupným matematickým aparátem realizovat verifikaci a validaci analytických metod. Použití porovnání s reálným systémem je omezeno tím, že se jedná model obecného systému, který v tomto okamžiku nemá podklad v konkrétním reálném objektu. S reálnými systémy je možno porovnávat pouze dílčí části modelu. V případě modelu VLC proběhlo porovnání charakteristických parametrů části modelu zaměřených na manipulaci a zpracování kontejnerů. Výsledky simulačního experimentu jsou porovnané s dostupnými charakteristikami kontejnerového terminálu BILK KOMBITERMINAL Co. Ltd., Budapest, který má technické technickými parametry řádově Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 14

15 srovnatelnými se vstupními parametry obecného modelu VLC. Roční kapacita terminálu BILK je TEU ročně při skladovací ploše kontejnerů 2, m 2, simulovaná kapacita realizovaných TEU modelu je TEU ročně při skladovací ploše 1, m 2. Z tohoto výsledku je možno usuzovat, že model se v obecnosti (řádově) neodchyluje od reálného systému. Postup verifikace pozorováním chování modelu a porovnáním se stanovenými požadavky byl proveden pomocí posuzování funkcionalit vybraných částí modelu popsaných v části Jednalo se o: kontrolu toku jednotlivých toku součástí (kontejnerů a palet) prostupujících modelem, kontrolu průchodnosti modelu. Pro validaci modelu byl proto zvolen postup validace dílčích procesů a výpočtů a to především rozhodujících parametrů pro stanovení výstupních proměnných. Procesy a proměnné, u kterých proběhla dílčí validace, jsou uvedeny v podkapitole Na základě použitých postupů verifikace a validace a jejich výsledků lze konstatovat, že implementovaný model VLC je validní na přijatelné míře abstrakce. Zobrazení a prezentace výsledků simulačních experimentů realizovaných na obecném modelu VLC, které jsou uvedeny v podkapitole 3.7, vychází z definovaných výstupních parametrů vytyčených v podkapitole 3.4. Zobrazení a prezentace výsledků simulačních experimentů realizovaných na obecném modelu VLC vychází z definovaných výstupních parametrů vytyčených v podkapitole 3.4. Výsledky modelu jsou zpracovány v podobě tabulkových i grafických výstupů pro jednotlivé části modelu definované v podkapitolách 3.3 a 3.4. Na závěr je možno konstatovat, že obecný model veřejného logistického centra, navržený v této etapě, je použitelný pro modelování a simulaci parametrů VLC v konkrétních podmínkách. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 15

16 Při jeho konkretizaci je nutno použít postupů navržených v této etapě, včetně dodržení podmínek optimalizace systému požadovaných v cílech simulačního experimentu, popsaných v úvodu. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 16

17 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] Kuneš, J., Vavroch, O., Franta, V.. Základy modelování. Praha : SNTL, 1. vydání, [2] Daněk, J., Plevný, M.. Výrobní a logistické systémy. Plzeň : Západočeská univerzita v Plzni, 1.vydání, 2005, 222 s.. ISBN [3] Janáček, J.. Optimalizace na dopravních sítích. Žilina : Žilinská univerzita v Žilině, 1.vydání, 2003, 248 s.. ISBN [4] Daněk, J.: WITNESS Praha: Humusoft s.r.o. Praha [online] [cit ] [5] Daněk, J.: WITNESS v roce Praha: Humusoft s.r.o. Praha [online] [cit ] [6] CZ a.s.: Manipulační technika. Vysokozdvižný vozík D25. [online] [cit: ]. [7] Toyota: Toyota Forklifts EUROPE 7FGF25. [online] [cit: ] [8] Kalmar: Technical information container handler, DRF, Reachstacker tonnes. Sweden: Kalmar Industries. [9] Kalmar: Kalmar C. Sweden: Kalmar Industries. [online] [cit: ] [10] Metodické pokyny ke zpracování Ročního výkazu o přepravě jednotek kombinované dopravy po železnici Dop (MD) Brno: CDV Brno. [online] [cit ] [11] Daněk, J,: Witness příručka. Praha:Humusoft s.r.o. Praha [12] - webpage of BILK Kombiterminál Co. Ltd. Budapest: BILK Kombiterminál Co. Ltd.[online] [cit: ] Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 17