Совершенствование информационного взаимодействия в системах поддержки принятия решений и управления перевозочным процессом сырьевых поставок

Актуальность темы исследования
Стратегия развития железнодорожного транспорта РФ до 2030 года, утвержденная Распоряжением Правительства РФ от 17.06.2008г. No 877-р, включает в себя решение следующих задач:
• формирование доступной и устойчивой транспортной системы;
• реализации транзитного потенциала России;
• повышение защищенности объектов железнодорожной транспортной
инфраструктуры и осуществление мобилизационной подготовки на
железнодорожном транспорте;
• создание условий для углубления экономической интеграции и
повышения мобильности трудовых ресурсов;
• снижение совокупных транспортных издержек, в том числе за счет
повышения эффективности функционирования железнодорожного
транспорта;
• приведение уровня качества и безопасности перевозок в соответствие
с требованиями населения и экономики и лучшими мировыми стандартами на основе технологического и технического развития железнодорожного транспорта;
• повышение инвестиционной привлекательности железнодорожного транспорта;
• обеспечение права граждан России на благоприятную окружающую среду [1].
Кроме этого, национальная программа «Цифровая экономика Российской Федерации» предусматривает достижение определенных целей в области цифрового развития:
4
• создание устойчивой и безопасной информационно- телекоммуникационной инфраструктуры высокоскоростной передачи данных, хранения и обработки больших объемов информации;
• предоставление возможности доступа к этим данным всем причастным предприятиям, организациям и домохозяйствам;
• создание цифровых технологий на основе отечественных разработок и обеспечение безопасности при сборе, передаче, обработке и хранении информации;
• преобразование приоритетных отраслей экономики (включая транспортную инфраструктуру и промышленность);
• создание нормативно-правовой базы для осуществления регулирования цифровой экономики в каждой сфере общественной жизни [2].
Одной из отраслей экономики, для которой цифровизация играет важную роль, является металлургия. Металлургический комплекс вносит значительный вклад в развитие России. Доля черной металлургии в ВВП страны составляет чуть менее 2%, в промышленном производстве порядка 8%, в экспорте 7%. Кроме этого, отрасль потребляет 5,3% всей электроэнергии и 8% природного газа. Доля перевозок грузов черной металлургии в общем объеме железнодорожного грузооборота составляет 15% [3].
Металлургические предприятия полного цикла характеризуются значительным объемом грузоперевозок, большим ассортиментом производимой продукции и сложной производственной технологией. На комбинаты ежесуточно прибывают различные виды грузов: железорудный концентрат, руда, окатыши, флюсы, кокс различного тушения, коксующиеся угли, огнеупоры, оборудование. На внешнюю сеть формируются отправительские маршруты, групповые и вагонные отправки со стальными заготовками, плоским и сортовым прокатом, шлаковым щебнем и химическими грузами. В этих условиях задача по совершенствованию информационного взаимодействия и созданию единого цифрового поля для всех участников перевозочного процесса как на магистральном, так и на промышленном и внутрипроизводственном транспорте выходит на передний план. Для этого требуется оптимизация деятельности всех транспортных органов, модернизация материально-технической базы, внедрение новейших технологий и технических средств, а также разработка и применение мощных информационных систем для сбора, систематизации, анализа, передачи и хранения информации с целью создания базы для системы управления перевозками и производствами. Консолидация всех данных от перевозчика, оператора подвижного состава и металлургического предприятия в единую сеть позволит сотрудникам полностью контролировать логистическую цепочку, при этом значительно сокращая объем оперативного взаимодействия.
Важнейшим аспектом при создании подобной информационной системы поддержки принятия решений при организации, управлении и контроле продвижения сырьевых грузов является разработка аппарата прогнозирования времени прибытия вагонов. Железная дорога является многофакторной и многокритериальной системой, и, как показывает практика, прогнозируемое время хода по текущим методикам может существенно отличаться от фактического. В то же время технология работы агломерационных машин и доменных печей требует неснижаемого остатка сырья «на колесах» и планомерного подхода маршрутов с внешней сети. В условиях неравномерности поставок и сложности прогнозирования производственные цехи вынуждены сознательно увеличивать необходимый запас стратегических сырьевых грузов с целью снижения рисков сокращения остатков до критического уровня и недопущения остановки производства [4].
Подобные действия ведут к ухудшению показателя оборота вагонов на территории производственной площадки и увеличению запасов сырья, т.е. к «омертвлению» оборотного капитала и росту транспортной составляющей в себестоимости готовой продукции. С другой стороны, сгущенный подход сверх графика приводит к необходимости отставления маршрутов по сети по причине недостаточной пропускной и перерабатывающей способностей производственной и железнодорожной инфраструктур предприятия и станций примыкания, что аналогично сказывается на снижении показателей и увеличении затрат.
Таким образом, разработка единого информационного пространства и совершенствование алгоритма прогнозирования фактического срока доставки сырьевых грузов металлургического комбината с использованием методов теории вероятностей дадут возможность снизить расходы на перевозку, оптимизировать информационное взаимодействие между всеми участниками перевозочного процесса, повысить уровень зрелости кросс-функционального взаимодействия, укрепить конкурентоспособность перевозчика, металлургической компании и оператора подвижного состава.
Цель и задачи исследования
Целью данной работы является совершенствование информационного взаимодействия в системах управления перевозочным процессом сырьевых поставок путем создания единого информационного пространства для всех участников перевозки и внедрения информационной системы поддержки принятия решений. Разработанный алгоритм прогнозирования продвижения маршрутов по сети путей сообщения может быть также адаптирован для создания моделей работы магистрального железнодорожного транспорта и промышленных железнодорожных систем предприятий различных отраслей экономики с учетом внесения изменений в технологию перевозочного процесса, характерных для конкретной сферы производства.
Поставленная цель достигается при решении следующих задач:
1) Анализ текущего состояния теории и практики в области информационного взаимодействия в системах управление перевозочным процессом между перевозчиком, железнодорожным транспортом металлургического предприятия и операторских компаний.
7

2) Исследование технологического процесса перевозки сырьевых грузов для нужд черной металлургии.
3) Выявление существующих проблем в сфере информационного взаимодействия участников перевозки.
4) Разработка математической модели и алгоритмов работы информационной системы поддержки принятия решений при управлении перевозочным процессом сырьевых поставок.
5) Определение технико – экономической эффективности предлагаемого решения.
Объект исследования
Объектом исследования является транспортная логистика и управление перевозочным процессом на железнодорожном транспорте.
Предмет исследования
Предмет исследования настоящей работы – проблема разрыва потоков в информационной системе, возникающего в логистической цепи между всеми участниками перевозки: предприятие, перевозчик и операторская компания.
Методы исследования
Решение поставленных задач осуществлялось следующими методами:
• анализ теории и практики в области применения цифровых решений при управлении транспортными потоками на железных дорогах;
• теория вероятностей;
• теория построения цифровых систем управления;
• анализ экспериментальных данных, полученных в результате
испытания алгоритмов на примере модели
обслуживания металлургического комбината;
• сравнительный анализ эксплуатационных
железнодорожного транспорта;
• общенаучные методы.
транспортного показателей Степень разработанности
Проблемы железнодорожных транспортных перевозок подробно освещены в работах выдающихся ученых: Образцова В.Н., Бернгарда К.А., Акулиничева В.М., Грунтова П.С., Попова А.Т., Повороженко В.В, Яковлева В.Ф., Козлова П.А., Баландюка Г.С., Перепелюка А.В., Хоружего А.С., Трихункова М.Ф., Сусловой О.А., Дегтяренко В.Н., Дудкина Е.П., Негомедзянова Ю.А., Шмулевича М.И., Александрова А.Э., Покровской О.Д., Яковлева В.Ф., Воскресенской Т.П., Рахмангулова А.Н., Москвичева О.В., Неволина Д.Г., Богдановой Е.С., Тимухиной Е.Н., Котенко А.Г., Ивницкого В.А., Борчанинова Н.Г., Никитина А.Б., Митрохина В.Е., Железнова Д.В., Тимченко В.С., Кокурина И.М., Гайнанова Д.Н., Коныгина А.В., Карасева С.В., Врублевского И.П. В настоящий момент в данном направлении успешно работают ученые ВНИИЖТ, ВНИКТИ, РУТ, ПГУПС, РГУПС, УрГУПС, СибГУПС, ИрГУПС, ОмГУПС и других организаций.
Основные аспекты развития информационных систем на железной дороге подробно изложены Козловым П.А., Москвичевым О.В., Котенко А.Г., Неволиным Д.Г., Богдановой Е.С., Ивницким В.А., Борчаниновым Н.Г., Митрохиным В.Е.
Достоверность результатов
Достоверность полученных результатов работы подтверждается использованием экспериментальных статистических данных в качестве исходной информации, корректной логикой построения исследования, опытной апробацией предложенной системы информационного взаимодействия в реальных процессах управления подходом сырья к металлургическому комбинату.
Достоверность предложенных алгоритмов работы информационной системы также подтверждается корректностью использования математического аппарата, применением программных комплексов Statistica и Mathlab при анализе исходных данных и непротиворечивостью полученных результатов и имеющихся данных в работах других ученых.
9

Научная новизна
В результате выполнения работы была разработана методика построения и функционирования информационной системы поддержки принятия решений при организации, управлении и контроле продвижения сырьевых грузов металлургического комбината, позволяющая осуществлять сквозной мониторинг всей логистической цепи от момента обеспечения поставщика порожним подвижным составом под погрузку до момента выгрузки прибывшего сырья на подъездных путях предприятия. Кроме этого, практически применена концепция единого информационного поля для всех участников перевозочного процесса в области поставок сырьевых грузов черной металлургии. В ходе исследования выполнен анализ статистических рядов времени хода поездов с коксом доменным на полигоне Заринская – Новолипецк, рассчитаны числовые характеристики случайных величин, проведена оценка на соответствие изучаемых распределений нормальному, построены стохастические модели прогнозирования прибытия и запасов вагонов.
Была предложена математическая модель транспортного обслуживания металлургического предприятия на основе предлагаемых новых принципов информационного взаимодействия с перевозчиком и операторской компанией.
Практическая значимость
Создание единого информационного пространства для всех участников транспортного процесса принесет экономический эффект за счет эффекта технического – повышение качества оперативной работы, построение оптимальных графиков поставки сырьевых грузов и контроль за их исполнением, своевременное транспортное обслуживание предприятия, сокращение оборота вагонов, снижение запасов «на колесах», обеспечение более равномерного подхода поездов к станции примыкания.
На сегодняшний день при благоприятной конъюнктуре внешнего и внутреннего рынков крупные компании черной металлургии России демонстрируют стабильное увеличение объемов производства и намерены
сохранить эту тенденцию в дальнейшем [5]. Отсюда следует, что будут расти и 10

объемы перевозок, что повлечет за собой увеличение экономического эффекта от цифровизации производства.
Реализация результатов работы
Предложенная концепция единого информационного поля и модель прогнозирования прибытия маршрутов с коксом доменным внедрены в Управлении транспортной логистики на липецкой площадке Публичного акционерного общества «Новолипецкий металлургический комбинат».
Личное участие в получении результатов работы
1) Проведено обзорное исследование рынка черной металлургии Российской Федерации, ключевых игроков, их операционных и финансовых показателей в динамике, географического расположения активов, а также выполнен краткий обзор российского рынка железнодорожных грузоперевозок с выделением крупнейших операторских компаний, типов подвижного состава, обращающегося на железных дорогах, нормативно – правовой документации, регламентирующей взаимодействие перевозчика, промышленных предприятий и операторов подвижного состава.
2) Выполнен аналитический обзор подходов в области оптимизации транспортных процессов на железнодорожном транспорте с использованием информационных систем и цифровизации железных дорог с выделением перспектив дальнейшего развития.
3) Проведено исследование практики перевозок массовых сырьевых грузов для нужд металлургического предприятия полного цикла, характеристик используемого подвижного состава, технологического процесса транспортировки, влияния транспортной составляющей на себестоимость готовой продукции, существующего информационного взаимодействия между участниками перевозочного процесса.
4) Исследована возможность совершенствования информационного взаимодействия с применением информационной системы поддержки принятия решений при управлении перевозочным процессом сырьевых поставок
металлургическому комбинату, а также описано ее функционирование, 11

охватывающее всю логистическую цепь поставки и включающее в себя формирование графиков отгрузки, контроль обеспечения порожним подвижным составом поставщиков и исполнения графиков отгрузки, отслеживание продвижения груженых вагонов по сети с формированием графиков прибытия и прогнозирование остатков сырья на металлургическом предприятии.
5) Разработаны алгоритмы работы информационной системы поддержки принятия решений и построена математическая модель обслуживания металлургического комбината (в части обеспечения доменным коксом) на ее основе.
6) Разработана методика вероятностного прогнозирования времени прибытия маршрутов с коксом доменным сухого и мокрого тушения для летнего и зимнего периодов перевозок на полигоне Заринская – Новолипецк.
7) Проведена оценка экономической эффективности от внедрения предлагаемой методики совершенствования информационного взаимодействия в системах поддержки принятия решений и управления перевозочным процессом сырьевых поставок.
Структура и объем работы
Представленная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка, который включает в себя 116 наименований.
В первой главе описывается существующая ситуация в области мировой металлургии, проводится исследование российских рынков черной металлургии и грузовых железнодорожных перевозок с выявлением доминирующих тенденций, изучается нормативно – правовая база, регулирующая взаимодействие перевозчика, промышленных предприятий и операторов подвижного состава, а также рассматривается производственная и финансовая отчетности ключевых игроков.
Кроме этого, анализируются существующие научные подходы в сфере оптимизации транспортных процессов и их роль в развитии железнодорожных перевозок.
12

Во второй главе проводится исследование текущей практики перевозок сырьевых грузов для нужд черной металлургии, приводятся транспортные характеристики основных видов сырья и анализируются используемые типы подвижного состава. Также рассматривается существующий порядок информационного взаимодействия на протяжении всего перевозочного процесса между всеми участниками перевозочного процесса – предприятием, оператором подвижного состава и перевозчиком – и выявляется основная проблема в указанной области – информационный разрыв. Для ликвидации данной проблемы предлагается ввести в эксплуатацию информационную систему поддержки принятия решений при организации, управлении и контроле продвижения сырьевых грузов, охватывающую всю логистическую цепь – от момента разработки графика отгрузки до момента выгрузки прибывшего на предприятие сырья.
В третьей главе проводится исследование полигона Заринская – Новолипецк, приводится его характеристика. Далее разрабатывается математическая модель и алгоритмы функционирования информационной системы поддержки принятия решений при организации, управлении и контроле продвижения сырьевых грузов: формирование графиков отгрузки кокса доменного, контроль обеспечения грузоотправителя порожним подвижным составом, контроль выполнения графика, прогнозирование прибытия груженых маршрутов на станцию назначения и планирование остатков.
В четвертой главе осуществляется выполнение экспериментальных расчетов на предлагаемой модели для кокса доменного. По результатам эксперимента сделаны выводы о технической эффективности системы, и оценен экономический эффект от внедрения.
В заключении формируются основные теоретические и практические выводы по результатам работы. Положения и результаты, выносимые на защиту
1) Методика построения и функционирования информационной системы поддержки принятия решений при организации, управлении и контроле продвижения сырьевых грузов металлургического предприятия.
2) Математическая модель транспортного обслуживания металлургического комбината полного цикла на основе предлагаемых новых принципов информационного взаимодействия.
Публикации и апробация работы
Основные положения диссертации опубликованы в девяти печатных работах, из которых три – в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ для публикации научных работ соискателей ученой степени.
Публикации из Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК Российской Федерации и приравненные к ним:
1) Попов А.Т., Суслова О.А., Хмелев А.С. Информационная система контроля сырьевых грузов металлургического предприятия // Мир транспорта. — 2019. — No 5. — с. 228 — 243.
2) Попов А.Т., Хмелев А.С. Совершенствование методики расчета средневзвешенного оборота полувагонов металлургического предприятия // Мир транспорта. — 2020. — No 1. — с. 184 — 195.
3) Попов А.Т., Суслова О.А., Хмелев А.С., Коберницкий А.А. Совершенствование информационного взаимодействия металлургического комбината и операторских компаний // Мир транспорта. — 2021. — No 4. — с. 110 — 116.
Другие публикации по теме исследования:
4) Хмелев А.С., Попов А. Т. Оптимизация взаимодействия промышленного предприятия и операторских компаний // Инфокоммуникационные и интеллектуальные технологии на транспорте IITT 2018: Материалы I международной научно-практической конференции. – Липецк: ЛГТУ, 2018. – с.262 – 269.
14

5) Хмелев А.С. Применение теории вероятностей для прогнозирования времени прибытия поездов // Сборник трудов научно – практической конференции студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета. – Липецк: ЛГТУ, 2021. – с.148 – 150.
6) Хмелев А.С. Союз операторов железнодорожного транспорта // Сборник трудов научно – практической конференции студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета. – Липецк: ЛГТУ, 2021. – с.146 – 147.
7) Попов А.Т., Хмелев А. С. Совершенствование информационного взаимодействия промышленного предприятия и операторских компаний // Школа молодых ученых: Сборник материалов областного профильного семинара. – Липецк: ЛГТУ, 2019. – с.191 – 194.
8) Хмелев А.С., Попов А. Т. Обзор рынка железнодорожных грузоперевозок // Школа молодых ученых по проблемам технических наук: Сборник материалов областного профильного семинара. – Липецк: ЛГТУ, 2018. – с.298 – 302.
9) Хмелев А.С., Суслова О. А. Суточный план-график // Сборник тезисов докладов научной конференции студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета. – Липецк: Позитив – Л, 2016. – с.321 – 322.
Основные положения и результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук докладывались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:
1) XIX Международная научно-техническая конференция молодых работников «Металл-2019» 4-5 июля 2019 года, г. Жлобин, Белоруссия.
2) I Международная научно-практическая конференция «Инфокоммуникационные и интеллектуальный технологии на транспорте IITT- 2018» 12-13 декабря 2018 года, г .Липецк, Россия.
3) Международная научно – практическая конференция «Транспорт:
логистика, строительство, эксплуатация, управление» / «Transport: Logistics, 15

Construction, Maintenance, Management (TLC2M-2022)» 17 марта 2022 года, г. Екатеринбург, Россия.
4) Международная научно-практическая конференция «Инфокоммуникационные и интеллектуальный технологии на транспорте IITT- 2022» 20-21 апреля 2022 года, г. Липецк, Россия.
5) VII Ежегодная национальная выставка «ВУЗПРОМЭКСПО – 2020», г. Москва, Россия.
6) Научно – практическая конференция студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета «Тенденции развития современной науки» 20 апреля – 16 мая 2021 года, г. Липецк, Россия.
7) Научная конференция студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета «Тенденции развития современной науки» 24-26 апреля 2017 года, г. Липецк, Россия.
8) Научная конференция студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета, посвященная 60-летию Липецкого государственного технического университета, 24-25 мая 2016 года, г. Липецк, Россия.
9) Областной профильный семинар «Школа молодых ученых по проблемам технических наук» 15 ноября 2019 года, г. Липецк, Россия.
10) Областной профильный семинар «Школа молодых ученых по проблемам технических наук» 09 ноября 2018 года, г. Липецк, Россия.