Использование ГИС при решении задач транспортной логистики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование ГИС при решении задач транспортной логистики

Логистику с позиций здравого смысла можно понимать как логичное управление, логичную организацию всех процессов протекающих на предприятии. Основная цель и соответственно оценка - это минимизация затрат отнесенных на единицу производимых услуг (продукции). Если присутствует в организации, то можно сказать, что на предприятии просматривается логистический подход, хотя при этом не произносится фраз со словом логистика.

Что есть в автотранспортном предприятии (АТП)?

Есть автотранспорт, материальные ресурсы (топливо и смазочные материалы, запасные части и агрегаты и т. д.), энергия, финансы, информация, персонал. Если всеми этими потоками управляют логично, то можно сказать, что АТП придерживается логистического подхода. Следует отметить, что логистика требует системного подхода, то есть рассмотрения процессов со всех сторон или позиций.

Знаменитый писатель Бернард Шоу однажды сказал: «Я отличаюсь только тем, что большинство людей думает раз или два в год, а я думаю каждую неделю, поэтому я стал известным человеком». Бернард Шоу имел в виду, что он думает системно, то есть рассматривает проблемы со всех сторон, учитывая все взаимосвязи.

Что такое думать системно или не системно. Допустим, что я имею деталь со сферическим концом. Я показываю ее классу, повернув ее к классу сферическим концом. И спрашиваю: «Что это такое?» Некоторые отвечают, что это сфера. Ясно, что они мыслят не системно. Вторые требуют, чтобы я повернул к ним деталь боком. И они после этого говорят, что это цилиндр. Третьи просят, чтобы я показал деталь сзади. После чего они заявляют, что это обечайка. И чем на большем числе поворотов будет настаивать человек, тем выше его системность.

Логистика - это системное управление потоковыми (материальными, людскими, финансовыми, энергетическими, информационными) процессами с целью минимизации совокупных затрат. [1]

Рекомендации по реализации логистического подхода на автотранспортных предприятиях (цехах, участках):

Сделать реализацию логистических подходов на предприятии приоритетным направлением.

Постановка задачи

“Как снизить транспортные расходы ?” (лучше минимизировать) или найти маршруты оптимальной развозки грузов и загрузки машин с центрального склада N клиентам с использованием M машин в условиях города Пермь. Критерии оптимизации:

- своевременная доставка грузов (не раньше минимального времени T_min и не позже максимального времени T_max)

- минимальный суммарный пробег всех машин.

Исходной информацией для решения задачи служит список заявок от клиентов, формируемый 1С бухгалтерией фирмы - развозчика, содержащий адрес клиента, название фирмы, количество груза и время доставки.

Ограничения:

Все машины имеют одинаковую грузоемкость. Число машин определяет развозчик. Нагрузка на машины должна быть равномерной.

Результатами решения задачи должны быть:

Путевые листы (маршруты движения) для каждой машины, содержащие количество груза, адрес и название фирмы клиента, пройденный путь и время в пути с учетом времени разгрузки грузов.

Почему при решении этой задачи необходимо использовать ГИС ?

ГИС (геоинформационная система) - это специализированная система управления базами данных электронных карт “Панорама”, которая позволяет создавать на основе практически любых исходных материалов векторные электронные карты.

Визуализация содержимого базы данных электронных карт производится в условных знаках, принятых для топографических, обзорно-географических, кадастровых и других видов карт. Широкие полномочия предоставляются для создания (добавления) пользовательских условных знаков с учетом специфики владельца информации или факторов внешнего воздействия. Кроме того, ГИС дает наглядное представление о взаиморасположении объектов, что позволяет даже визуально выбрать неплохой вариант решения поставленной (транспортной) задачи.

Транспортная задача может быть решена, если известны расстояния между всеми парами точек, маршрут объезда которых нужно минимизировать. То есть должна существовать база расстояний. Создать такую базу весьма затруднительно. Так, при внедрении этой задачи на предприятии такая база (база расстояний между каждой парой клиентов и между предприятием и каждым клиентом) потребуется сразу. Если предприятие обслуживает N клиентов, то размер базы (число записей базы, число расстояний) будет N * (N + 1). При N = 2000 размер базы будет равен 2000 * 2001 = 4 002 000 (четыре миллиона две тысячи) записей. Ввести такое количество за короткое время невозможно, не говоря уже о том, что вначале нужно произвести измерение расстояний, потому что подобных справочников не существует. Но если использовать ГИС, содержащую дорожную сеть(карту дорог), то проблема решается автоматически. Карта дорог (дороги) состоит из отдельных отрезков с иэвестной длиной (длина каждого отрезка записана в его характеристиках в файле карты).

Таким образом, любого клиента можно привязать к какому - либо отрезку карты, точнее к одному из концов отрезка, путем выбора конца отрезка из множества всех концов отрезков, ближайшего к клиенту. А расстояние между клиентами можно вычислить, построив минимальный маршрут между этими концами отрезков, т. е. пройдя от одного клиента до другого по связанным отрезкам так, чтобы пройденный путь оказался минимальным. Что бы мы делали без ГИС ?

Решение задачи

Для решения задачи используются:

- карта г. Пермь с сетью дорог (изготовлено ОАО СНИБ “ЭЛЬБРУС”);

- база клиентов, содержащая адрес клиента, название фирмы, координаты офиса клиента (формируется фирмой, эксплуатирующей задачу, в процессе изменения списка клиентов);

- ПК с операционной системой WINDOWS (2000, XP) и тактовой частотой процесора не ниже 2,6 Ггц.

Исходной информацией для решения задачи служит список заявок от клиентов, формируемый 1С бухгалтерией фирмы, содержащий адрес клиента, название фирмы, количество груза и время доставки. Число клиентов случайно, обозначим его N.(зависит от поданных заявок, но не больше 128 - это не ограничительное условие, а практический вывод) Число машин, обозначим его m, задается фирмой - развозчиком.

Теоретически, задачу можно было бы решать так:

- построение минимального маршрута объезда всех клиентов;

- нагрузка машин, т. е. выборка клиентов для очередной машины, до тех пор, пока позволяет грузоемкость машины и пока время прибытия к очередному клиенту не превысит время T_max для этого клиента;

- оптимизация маршрута для этой машины. Это нужно делать, т. к. оптимальный маршрут для этой машины может не совпасть с построенным ранее оптимальным маршрутом объезда всех клиентов;

- формирование путевого листа для этой машины и базы для визуального просмотра маршрута этой машины на карте;

- и так до тех пор, пока не будут обслужены все клиенты.

Но, к сожалению, при таком подходе время решения задачи будет неудовлетворительно, и вот, почему:

Построение минимального маршрута объезда всех клиентов можно осуществить в два этапа.

Этап 1. Построение минимальных маршрутов между каждой парой клиентов и между центральным складом и всеми клиентами (в обоих направлениях, т.к. они могут быть не равны, потому что алгоритм построения оптимального маршрута между двумя точками учитывает дорожные знаки). Число таких маршрутов равно числу сочетаний из числа клиентов плюс центральный склад по 2, умноженному на 2 (т. к. маршруты берутся в обоих направлениях).

Число маршрутов = N * (N + 1). Время построения такого числа маршрутов удовлетворительно, хотя даже для N = 100 оно превышает 3 минуты. (10100 маршрутов)

Этап 2. Построение оптимального маршрута объезда всех клиентов. Для его построения используется алгоритм получения всех перестановок n-й степени. Всего будет N! перестановок, т.к. длина очередного построенного маршрута вычисляется как сумма расстояния от центрального склада до первого клиента в маршруте плюс расстояние объезда всех клиентов плюс расстояние от последнего клиента в маршруте до центрального склада.

Из всех N! маршрутов нужно выбрать минимальный. Этот алгоритм дает удовлетворительные результаты только для N < 13. Для N = 12 время расчета составляет две минуты, а т. к. время расчета по этому алгоритму растет по закону факториала, то для N = 13 оно составит 26 минут, для N = 14 - оно составит 364 минуты и т.д. (Хотя были получены определенные результаты в попытках ускорения расчетов по этому алгоритму, и, все равно, они оставляют желать лучшего. Но, надежда есть.)

Поэтому, практически был реализован другой алгоритм, дающий хорошее приближение к оптимальному результату. (иногда даже совпадающее с оптимальным, все зависит от значения N, а также от взаимного расположения клиентов на карте г. Пермь). Этот алгоритм разбит на несколько шагов.

Шаг 1. Зонирование. Город. Пермь был разбит на зоны в соответствии с естественным рельефом г. Перми. Так, из Закамска в Пермь можно попасть только двумя способами, через Красавинский или через Камский мосты. Из центра Перми в Мотовилиху можно попасть только через Северную, Южную и Центральную дамбы (также через КАМГЭС и через южную часть (с Героев Хасана), но эти пути не приоритетны). Поэтому, если машина попала в Закамск, то для минимизации пройденного пути она должна объехать весь Закамск и только потом ехать в Пермь (через Красавинский мост на Красный Октябрь , Парковый и (или) другие прилегающие районы). Зоны пронумерованы в соответствии с установленным порядком их объезда. Итак, зонирование заключается в привязке клиентов к номерам зон.

Шаг 2. Построение маршрута объезда всех клиентов, приближенного к минимальному. Для этого вычисляются наикратчайшие расстояния от центрального склада до всех клиентов и сортируются по номерам зон клиентов и полученным расстояниям. Это и будет искомый маршрут.

Шаг 3. Загрузка машин. В соответствии с полученным списком загружается очередная машина, т. е. производится выборка клиентов , до тех пор, пока позволяет грузоемкость машины и пока время прибытия к очередному клиенту не превысит время T_max для этого клиента.

Шаг 4. Оптимизация маршрута для очередной машины. Это нужно делать, т. к. оптимальный маршрут для этой машины может не совпасть с построенным ранее маршрутом объезда всех клиентов. Для оптимизации используется алгоритм получения всех перестановок и выбора перестановки с минимальной длиной. Если число клиентов для машины окажется больше 12, то тогда маршрут разбивается на части и каждая часть оптимизируется отдельно.

Шаг 5. Формирование путевого листа для этой машины и базы для визуального просмотра маршрута этой машины на карте.

Шаг 6. Если не все клиенты исчерпаны, переходим к шагу 3. Иначе - конец.

Результаты

Задача внедрена на фирме ЗАО “БЕЛАЯ ГОРА” в 2006 г.

Автоматизирован труд логистов фирмы.

Получен экономический эффект от эксплуатации задачи.

Пример решения задачи (рисунки 1, 2, 3):

Рисунок 1 Пример расположения клиентов из списка заявок на карте г. Пермь.

Рисунок 2. Пример маршрута (для машины №2)

Рисунок 3. Пример путевого листа (для машины №2).

Список использованной литературы

логистический программа автотранспортный груз

1. Аникин Б.А. Логистика /Учеб. для вузов/. ИНФРА-М, 2001.

2. Лукинский В.С. Логистика Автомобильного транспорта /Концепция. Методы. Модели/. Финансы и статистика, 2000.

3. GIS ToolKit Professional for Delphi 3,4,5,6 and C++ Builder 3,4,5,6 версия 7 Руководство пользователя. Набор компонент для разработки Геоинформационных приложений на основе ГИС Панорама. 2003.

Размещено на Allbest.ru