Методологические основы и алгоритмы разработки кольцевых маршрутов движения автотранспорта

Алгоритмы разработки кольцевых маршрутов движения автотранспорта

В современной системе транспортной логистики ключевой задачей является оптимизация перемещения материальных потоков. Транспортный процесс должен быть организован таким образом, чтобы гарантировать максимальную производительность подвижного состава при минимизации эксплуатационных затрат и общей себестоимости перевозок. Достижение данных показателей невозможно без научно обоснованного планирования путей следования автомобилей, то есть без грамотной маршрутизации.

Под маршрутом движения в логистике понимается траектория следования транспортного средства, выбранная на основе аналитических расчетов, начинающаяся в пункте погрузки и завершающаяся возвратом в исходную точку либо прибытием в конечный пункт выгрузки. Данный путь строго регламентирован последовательностью прохождения контрольных точек — мест завоза и вывоза грузов. В зависимости от конфигурации и целевого назначения, в теории перевозок принято выделять маятниковые, сборочно-развозочные и кольцевые типы маршрутов.

Особое внимание уделяется кольцевым маршрутам, проектирование которых требует учета множества переменных факторов. Кольцевой маршрут — это сложная логистическая схема, представляющая собой замкнутый контур следования автомобиля, соединяющий несколько пунктов погрузки и разгрузки, где начало и конец пути, как правило, совпадают. Эффективность внедрения таких схем напрямую коррелирует с уровнем логистического сервиса и рентабельностью автотранспортного предприятия.

Теоретические аспекты маршрутизации грузовых перевозок

На текущем этапе развития логистических систем маршрутизация признана наиболее совершенным инструментом управления движением материальных потоков от складских комплексов до конечных потребителей. Результативность данного процесса оказывает определяющее влияние на коэффициенты использования парка автомобилей и общую экономическую эффективность транспортной деятельности.

Процесс разработки маршрута ориентирован, в первую очередь, на вычисление оптимальных объемов грузоперевозок и детерминацию необходимого количества подвижного состава для их выполнения. Внедрение научно обоснованных маршрутов приводит к ряду позитивных экономических эффектов, среди которых выделяют:

• минимизацию времени простоев автотранспорта под грузовыми операциями (погрузка/разгрузка);
• рост коэффициента использования грузоподъемности и пробега подвижного состава;
• высвобождение значительных объемов оборотных средств, ранее замороженных в избыточных запасах;
• увеличение выработки на одну списочную единицу техники;
• оптимизацию транспортного потока, прибывающего на складские терминалы, и снижение очередей.

Практика показывает, что при наличии четко структурированных маршрутов и соблюдении жестких временных окон поставки, предприятия-потребители могут сократить свои производственные запасы в 1,5–2 раза без риска остановки производства.

При проектировании любой схемы движения критически важными параметрами выступают длина маршрута и оборот подвижного состава. Длина маршрута интерпретируется как суммарное расстояние, преодолеваемое автомобилем от начальной до конечной точки. Оборот подвижного состава характеризуется как законченный транспортный цикл, включающий время движения, выполнения погрузочно-разгрузочных работ и возвращения в исходный пункт для выполнения следующего рейса.

Требования к разработке маршрутов

Формирование маршрутной сети — это многокритериальная задача, требующая соблюдения ряда строгих условий:

1. Соответствие грузопотокам. Траектории движения должны максимально совпадать с направлениями устойчивых связей между поставщиками и потребителями.
2. Минимизация холостых пробегов. Встречные перевозки однотипных грузов должны быть исключены, а порожние пробеги и повторные рейсы — сведены к минимуму.
3. Грузовая совместимость. При последовательной перевозке различных номенклатурных позиций необходимо учитывать их физико-химические свойства, чтобы исключить порчу груза или необходимость сложной санитарной обработки кузова.
4. Кратчайшие расстояния. Движение должно осуществляться по путям с минимальной протяженностью, имеющим твердое покрытие и, по возможности, наименьшую интенсивность трафика.
5. Скоростной режим и безопасность. Маршрут должен обеспечивать возможность движения с максимально допустимой технической скоростью при безусловном соблюдении норм безопасности дорожного движения.
6. Экономическая эффективность. Конечной целью является достижение максимальной производительности транспортной единицы при минимальной себестоимости тонно-километра.

Выбор конкретного варианта из множества альтернатив базируется на анализе дислокации корреспондирующих пунктов (производства и потребления), партионности грузов, директивных сроках поставок, а также технических характеристиках используемого автопарка.

Специфика и алгоритмизация построения кольцевых маршрутов

При планировании транспортной работы следует исходить из принципа приоритетности. Наиболее целесообразной формой организации считается маятниковый маршрут, особенно если удается обеспечить загрузку в обратном направлении. Организация движения по кольцевому принципу применяется в тех случаях, когда формирование эффективных маятниковых маршрутов с обратной загрузкой невозможно или экономически нецелесообразно из-за малых партий груза или географического разброса потребителей.

Процесс проектирования кольцевых маршрутов сопряжен с необходимостью перебора и анализа большого количества комбинаций объезда пунктов. Основная цель — найти такую последовательность, которая обеспечит наивысший коэффициент использования пробега.

Для решения этой задачи в транспортной науке разработан широкий спектр математических методов и эвристических алгоритмов. Одним из наиболее распространенных и интуитивно понятных подходов является метод, основанный на использовании полярных координат (метод «дворника» или сканирования). Данный алгоритм позволяет разбить обслуживаемую территорию на сектора и сформировать оптимальные маршруты внутри них.

Алгоритм построения кольцевых маршрутов (метод сканирования)

Процедура разработки маршрута данным методом включает последовательную реализацию восьми этапов:

1. Картографирование и координатная привязка. Вся зона обслуживания, включающая всех потребителей, наносится на карту в системе полярных координат. За полюс (начало координат, точку «0») принимается местоположение распределительного центра (склада).
2. Идентификация потребностей. Каждому пункту потребления присваивается значение объема заказа (масса или объем груза), который необходимо доставить.
3. Инициализация сканирования. Задается начальное положение полярной оси (вектора), с которого начнется «сканирование» территории.
4. Ротация оси. Производится постепенное вращение полярной оси (увеличение полярного угла) относительно начального положения, охватывая потребителей.
5. Аккумуляция заказов. Осуществляется суммирование объемов заказов тех потребителей, которые попадают в сектор, образуемый вращающейся осью.
6. Фиксация сектора. Как только суммарный объем заказов в текущем секторе достигает номинальной грузовместимости транспортного средства, сектор фиксируется. В этот момент вращение останавливается.
7. Оптимизация внутри сектора. Внутри выделенного сектора формируется кольцевой маршрут объезда всех попавших в него потребителей. Для построения последовательности объезда применяются методы решения «задачи коммивояжера». Важное примечание: если расчетное время движения по маршруту превышает допустимую рабочую смену водителя, сектор принудительно уменьшается (отсекаются последние пункты).
8. Итерация процесса. После формирования маршрута в первом секторе, процедура повторяется для оставшейся части территории: строится следующий сектор, начиная от границы предыдущего, и определяется новый маршрут.

Использование данного алгоритма позволяет систематизировать процесс планирования, исключить хаотичность в движении транспорта и существенно снизить общий километраж пробега автопарка, что является фундаментальной целью логистического менеджмента.