ГЛАВА 4
ОПТИМИЗАЦИОННАЯ ИМИТАЦИОННАЯ
МОДЕЛЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ТРАНСПОРТНОГО
ПРЕДПРИЯТИЯ
Солдатов Максим Александрович
кандидат физико-математических наук,
доцент
4.1.
Работа транспортной организации
В работе исследована имитационная модель оптимизации
деятельности транспортного предприятия. С целью получения
прибыли
предприятие
осуществляет
следующий
вид
деятельности
–
предоставления
транспортных
услуг
(деятельность такси).
Основной
деятельностью
предприятия
является
предоставление услуг по перевозке пассажиров по городу
Алушта и по всей территории Крыма. Для обеспечения
достаточного количества заказов предприятием заключены
договора на предоставление транспортных услуг со здравницами
города Алушты и туристическими агентствами.
При планировании эксперимента в качестве реакции
необходимо выбрать доход предприятия. При этом основным
фактором, за счет которого можно производить оптимизацию
прибыли, будет являться количество автомашин, которые
предприятие собирается арендовать с услугами водителя.
Проведем описание предметной области, на основании
которого будет построена математическая модель.
Переменной управления в данной модели является
количество машин, которые предприятие собирается арендовать.
Так как дальнейшее исследование работы предприятия,
построение
оптимизационной
модели
и
проведение
имитационного эксперимента будет происходить в зависимости
от количества имеющихся у предприятия автомобилей,
необходимо произвести калькуляцию затрат предприятия на
373
аренду одного автомобиля, которая включает в себя заработную
плату водителя, налоговые отчисления, страховые взносы,
амортизацию и прочее. Для рассматриваемого примера эта сумма
составила 20368 рублей в месяц.
Также необходимо оценить размер фиксированных
ежемесячных затрат, которые, однако не влияют на оптимизацию
других параметров. Эти затраты включают в себя заработную
плату директора, бухгалтера, диспетчеров, аренду офиса, затраты
на связь мобильную и телефонную и прочее. Для
рассматриваемого примера эта сумма составила 66000.
Город Алушта разбит на 4 района, которые условно имеют
названия: Алушта 1, Алушта 2, Алушта 3, Алушта 4; имеет 6
прилежащих к Алуште сел. Будем считать, что в начальный
момент времени t = 0 все автомобили находятся в базовой точке
Алушта 1.
Алушта является курортным городом, в результате
численность проживающих в городе в летний период резко
увеличивается, следовательно, деятельность многих предприятий
носит сезонный характер, в том числе и предприятия,
занимающиеся автотранспортными перевозками пассажиров. В
связи с сезонным распределением спроса на услуги транспорта
будем рассматривать два периода работы предприятия: зимний и
летний. В официальных учреждениях (налоговая инспекция,
горисполком и другие) к зимнему периоду относятся месяцы с
октября по апрель, к летнему периоду – с мая по сентябрь.
Были проведены статистические исследования количества
заявок на услуги такси в течение двух месяцев зимой и двух
месяцев летом.
В работе рассмотрена оптимизационная модель без отказов,
то есть считается, что все заказы принимаются и выполняются, а
клиенты могут ждать подачи такси бесконечно долго.
На
основе
статистических
данных
приведем
соответствующие средние распределения по районам и
пригородам вызовов такси в сутки и принятых заказов в сутки в
Таблице 1 – для зимнего периода и в Таблице 2 – для летнего
периода.
374
Таблица 1
Статистика распределения заказов в сутки в зимний период
Районы
Число заказов в
сутки
Число проездов в
сутки
1 Алушта 1
35
28
2 Алушта 2
22
18
3 Алушта 3
36
34
4 Алушта 4
23
20
5 Проф. Уголок
12
9
6 Партенит
8
7
7 М. Маяк
7
7
8 Изобильное
6
6
9 Лучистое
5
4
10 Н. Кутузовка
9
7
Всего:
163
140
Таблица 2
Статистика распределения заказов в сутки в летний период
Районы
Число заказов в
сутки
Число проездов в
сутки
1 Алушта 1
35
34
2 Алушта 2
39
33
3 Алушта 3
40
35
4 Алушта 4
45
28
5 Проф. Уголок
24
23
6 Партенит
18
17
7 М. Маяк
16
16
8 Изобильное
19
15
9 Лучистое
15
13
10 Н. Кутузовка
23
20
Всего:
274
234
Таблицы 3 и 4 зависимости стоимости поездки по районам
города и пригородам от расстояния приведены ниже (также в
связи с сезонностью цена за 1 км варьируется от 20 рублей зимой
до 30 рублей летом).
Кроме того, предприятие выполняет заказы экскурсионных
и других поездок по территории Крыма, а именно в следующие
пункты: Симферополь, Ялта, Севастополь, Судак, Феодосия,
Заповедник. На основе статистики соответствующие средние
375
распределения заказов по межгороду приведены в Таблице 5 –
для зимы, в Таблице 6 – для лета.
Таблица 3
Стоимость поездки
в зимний период
Расстояние, км
Цена, руб
До 3
120
4 – 5
150
6 – 8
180
9 – 12
200
13 – 15
250
16 – 18
350
19 – 20
400
21 – 25
450
Таблица 4
Стоимость поездки
в летний период
Расстояние, км
Цена, руб
До 3
150
4 – 5
180
6 – 8
210
9 – 12
250
13 – 15
300
16 – 18
350
19 – 20
450
21 – 25
500
Разница в количестве заявок такси в сутки по межгороду в
зимний и летний периоды дает существенную разницу в общем
количестве вызовов соответственно зимой (163 заказа) и летом
(274 заказа).
Аналогично устанавливаются цены на поездки по
межгороду в зависимости от расстояния от г. Алушта до пункта
назначения (Таблицы 7, 8). При этом считаем, что из заказанного
пункта машина совершает холостой пробег, поэтому в стоимость
поездки входят затраты на обратный путь. Исключение
составляет поездка в Заповедник, так как это полноценная
Таблица 5
Статистика заказов по
межгороду в зимний период
Межгород
Число
проездов в
сутки
1
Симферополь
0,8
2
Ялта
0,7
3
Севастополь
0,4
4
Судак
0,4
5
Феодосия
0,2
6
Заповедник
0,5
Всего:
3
Таблица 6
Статистика заказов по
межгороду в летний период
Межгород
Число
проездов в
сутки
1
Симферополь
11
2
Ялта
9
3
Севастополь
7
4
Судак
4
5
Феодосия
3
6
Заповедник
6
Всего:
40
376
экскурсия, рассчитанная на 6 часов, с возвращением клиентов в г.
Алушту.
Таблица 7
Стоимость поездки по
межгороду в зимний период
Пункт назна-
чения
Расстоя-
ние
Цена
руб
Симферополь
45
1300
Ялта
30
1000
Севастополь
120
4000
Судак
80
4000
Феодосия
120
5000
Заповедник
30
4500
Таблица 8
Стоимость поездки по межгороду
в летний период
Пункт назна-
чения
Расстоя-
ние
Цена,
руб
Симферополь
45
1500
Ялта
30
1200
Севастополь
120
4500
Судак
80
4500
Феодосия
120
5500
Заповедник
30
5000
Для дальнейших расчетов стоимости заказов необходимо
знать расстояния между пунктами внутри города и до
прилежащих сел и поселков. Матрица расстояний между
пунктами внутри Большой Алушты представлена в виде Таблицы
9.
Таблица 9
Матрица расстояний между пунктами внутри
Большой Алушты
Расстояния
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
Алушта 1
1
7
6
4
4
12
10
11
12
6
2
Алушта 2
7
1
2
5
7
15
13
7
8
5
3
Алушта 3
6
2
1
5
5
13
8
8
9
6
4
Алушта 4
4
5
5
2
9
16
14
6
7
4
5
Проф. уголок
4
7
5
9
2
17
15
12
14
10
6
Партенит
12
15
13
16
17
3
5
21
24
19
7
М. Маяк
10
13
8
14
15
5
2
16
19
14
8
Изобильное
11
7
8
6
12
21
16
2
3
2
9
Лучистое
12
8
9
7
14
24
19
3
2
5
10
Нижняя
Кутузовка
6
5
6
4
10
19
14
2
5
2
Машина, доставив клиента в пункт назначения, остается там
до тех пор, пока не поступит заявка из ближайшего к его
местонахождению пункта, что позволяет максимально сократить
затраты на переезд из пункта нахождения в пункт, из которого
поступит следующая заявка.
Нетрудно видеть, что поездки по межгороду для
предприятия являются более выгодными, чем по городу и
пригороду. Поэтому в летний период, когда появляется больше
377
желающих путешествовать, водители стараются выполнить как
можно больше заказов на дальние расстояния.
Для описания модели необходимо ввести параметры в модель,
которые непосредственно влияют на величину прибыли
предприятия: C1 – потеря от простоя автомобиля (руб/час),
который можно рассчитать как недополученную прибыль в час; C2
– штраф за ожидание клиента (руб/час) – условная величина,
которая характеризует потери предприятия в результате утраты
клиента, недовольного сервисом обслуживания; C3 – максимальное
время подачи такси (часы), при превышении этого времени
работает параметр C2; C4 – затраты на ГСМ и другие ежедневные
затраты на автомобили из расчета (руб/км); C5 – затраты на одного
водителя и прикрепленный к нему автомобиль в сутки (руб/день), в
которые входят: зарплата водителя, налоги и отчисления,
техническое обслуживание и автотранспортная база автомобилей,
амортизация автомобиля; V
ср
гор
– средняя скорость по районам и
пригороду; V
ср
межгор
– средняя скорость по межгороду.
Значения параметров для рассматриваемого примера
приведены в Таблице 10:
Целевая функция, которую необходимо максимизировать –
функция прибыли – зависит от трех переменных и имеет
следующий вид (в данной модели для удобства рассчитывается
суточная прибыль):
Tprib = Tdoh – TC – FC,
(1)
где Tprib – прибыль в сутки;
Tdoh – общая выручка в сутки;
TC – общие переменные затраты в сутки;
FC – общие постоянные затраты в сутки.
Таблица 10
Значения параметров модели
№
Параметры
Код
Значение
1 Потеря от простоя (руб/час)
c1
25
2 Штраф за ожидание клиентов (руб/час)
c2
1000
3 Время подачи такси (час)
c3
0,50
4 Затраты на авто (руб/км)
c4
2,50
5
Итого на одного работника в сутки
(руб/день)
c5
678,9
6 Средняя скорость по районам
V
ср
гор
40
7 Средняя скорость по межгороду
V
ср
межгор
80
378
Каждая из указанных функций кроме общих постоянных
затрат зависит от количества работающих автомобилей, поэтому
будем искать оптимальное решение задачи как оптимальное
число машин, которое необходимо предприятию для получения
максимально возможной прибыли и снижения общих издержек.
Дадим подробное описание данных функций.
Общая выручка складывается из суммы всех стоимостей
выполненных заказов по городу, пригороду и междугородних
поездок и вычисляется по формуле (2):
Tdoh =
N
C
i
i
межгор
i
С
гор
i
C
i
i
D
5
,
(2)
где D
i
– выручка за i-ую поездку;
C
i
гор
– выручка за i-ую поездку по городу и пригороду,
которая определяется с помощью матрицы расстояний и Таблиц
5 и 6 в зависимости от времени года;
C
i
межгор
– выручка за i-ую поездку по межгороду, которая
определяется с помощью Таблиц 7 и 8;
С5 – затраты на одного водителя и прикрепленный к нему
автомобиль в сутки;
N – количество имеющихся у предприятия автомобилей.
В данной модели будем вычислять общую выручку, и,
следовательно, прибыль для N от 5 до 15 машин.
Общие переменные затраты (TC) составляют общие потери
от простоя всех автомашин в сутки (TC1), общий штраф за
ожидание всех клиентов в сутки (TC2) и общие затраты
предприятия на автомобили в сутки (TC3), т.е.
TC = TC1 + TC2 + TC3,
(3)
Опишем каждую из составляющих общих переменных затрат.
Расчет потерь от простоя машин производится путем
суммирования потерь от простоя перед каждым i-ым вызовом
каждой машины:
TC1 =
i
нач
i
з
i
t
t
C
)
(
*
1
,
(4)
где C1 – потеря от простоя (руб/час);
t
i
з
– момент поступления i-ой заявки;
t
i
нач
– начальное время автомобиля, получающего i-ую
заявку, которое рассчитывается двумя различными способами в
379
зависимости от пункта назначения его предыдущей заявки, а
именно:
Если (i-1)-ая заявка автомобиля выполнялась внутри
Большой Алушты, то
гор
ср
V
i
S
нач
i
t
з
i
t
нач
i
t
конеч
i
t
нач
i
t
1
)
1
1
(
1
1
,
(5)
где t
i-1
конеч
– время доставки (i-1)-ого клиента в пункт
назначения;
S
i-1
– расстояние от местонахождения клиента до пункта
назначения;
V
ср
гор
– средняя скорость движения автомобиля внутри
Большой Алушты;
Если (i-1)-ая заявка автомобиля выполнялась за чертой
города, то
межгор
ср
V
i
S
нач
i
t
з
i
t
нач
i
t
конеч
i
t
нач
i
t
1
2
)
1
1
(
1
1
,
(6)
где V
ср
межгор
– средняя скорость движения автомобиля по
межгороду, время междугородней поездки удваивается, так как
по условию автомобиль, доставив клиента в пункт назначения,
возвращается в исходную точку Алушта 1.
Общий штраф за ожидание клиентов равен сумме штрафов
за ожидание каждого i-ого клиента, т.е.
TC2 =
i
з
i
нач
i
C
t
t
C
)
3
(
*
2
,
(7)
где C2 – штраф за ожидание клиента (руб/час);
C3 – установленное максимальное время подачи такси.
Общие затраты предприятия на автомобили в сутки состоят
из суммы затрат на каждую i-ую поездку каждой из машин:
TC3 =
i
i
i
S
S
C
)
(
*
4
,
(8)
где С4 – затраты на ГСМ и др. ежедневные затраты на
автомобили из расчета (руб/км);
i
S
– расстояние, пройденное автомобилем из его
начального
положения,
которое
определяется
пунктом
назначения предыдущей заявки (в случае заявки по Большой
Алуште) или базовой точкой Алушта 1 (в случае заявки по
межгороду), до пункта, откуда принят следующий вызов.
380
Общие постоянные затраты в сутки (FC) получим, если
сумму общехозяйственных затрат и зарплат директора,
бухгалтера, менеджера и диспетчеров разделим на количество
дней в месяце. В нашем случае
2200
30
66000
FC
руб/сутки.
4.2.
Имитационный эксперимент с моделью
Было разработано приложение в среде MS Excel с
использованием языка VBA для проведения имитационного
эксперимента.
Проведем имитационный эксперимент для функции общей
выручки вида (2) с целью определения оптимального количества
автомобилей такси для зимнего и летнего периодов.
Цель данного эксперимента: определить зависимость общей
выручки от количества имеющихся в наличии у предприятия
автомашин. Для этого задается Nmax – максимальное возможное
количество автомобилей. Далее для каждого количества машин
выполняется процедура Calculate, которая просчитывает все
указанные выше затраты и вычисляет общую выручку.
Блок-схема имитационной модели представлена ниже.
Обсудим основные этапы алгоритма и их особенности.
Рассмотрим процедуру Calculate по этапам.
На первом этапе задаются следующие данные: количество
заказов такси в сутки, указываются переменные издержки,
задаются расстояния между пунктами, способы ценообразования
в зависимости от расстояний.
После этого следует вызов процедуры Simulate с
параметром showing, равным 0 или 1. Равенство данного ключа
единице повлечет за собой вывод промежуточных результатов на
листе Отчета, а именно: вывод всех вызовов в течение времени
имитации (в нашем случае – 24 часа) с указанием времени заказа
и расчетом начального и конечного времени, конечной точки,
простоя и ожидания.
Заключительным этапом процедуры Calculate является
подсчет переменных издержек и выручки.
381
Рис. 1. Блок-схема имитационной модели
В процедуре Simulate на первом этапе определяются
начальное положение и начальное время каждой машины. Затем
с
помощью
функции
логарифмического
распределения
генерируются времена заказов такси и пункт, откуда пришла
заявка. Далее пока не кончилось время имитации (24 часа) идет
поиск ближайшей машины. Когда заказ принят, рассчитываются
потери от простоя, начисляется штраф за ожидание клиента.
Результаты выводятся на лист Отчета.
На следующем этапе генерируется пункт назначения с
помощью той же функции распределения либо по районам
города, либо по межгороду. Если пункт назначения находится в
пределах Большой Алушты, то расчет дистанции производится
как расстояние от пункта вызова до места назначения, затем
рассчитывается время поездки как отношение дистанции к
средней скорости движения автомобиля по городу. После чего
382
вычисляется стоимость поездки, которая прибавляется к общей
выручке, накопленной за время имитации; рассчитываются
затраты на авто, в которые включаются также затраты на переезд
из конечной точки машины до места вызова такси, и
суммируются с накопленными затратами на авто за предыдущий
период. Затем рассчитывается конечная точка для такси
(конечное положение – пункт назначения, конечное время –
время доставки клиента в пункт назначения, которое равно
времени принятия заказа плюс время поездки), результаты
выводятся на лист Отчета.
В противном случае, если принят заказ на междугороднюю
поездку, то расчет дистанции производится как расстояние от
места вызова до пункта назначения и обратно. В зависимости от
дистанции вычисляются соответственно время поездки,
стоимость поездки, которая суммируется с предыдущей
выручкой, затраты на авто, расчет конечной точки для такси
(конечное положение – всегда в базовой точке Алушта 1, и
конечное время). Затем вывод результатов в Отчете.
Затем, пока не кончилось время имитации, производится
поиск следующего клиента.
В конце программы приводится функция генерации
выборки для логарифмического распределения, которая
использовалась при имитации.
4.3.
Результаты имитационного эксперимента
Данный имитационный эксперимент был проведен для
данных зимнего и летнего периодов. Количество имеющихся у
предприятия машин в модели изменялось с 5 до15 единиц.
Соответственно для зимнего периода была получена
следующая зависимость суточной прибыли от количества
автомобилей:
График функции прибыли в данном случае имеет вид,
показанный на Рис. 2.
Из графика видно, что максимальное значение для прибыли
в зимний период достигается при наличии шести автомобилей.
Начиная с N = 6, у функции прибыли наблюдается тенденция к
убыванию.
383
Рис. 2. График зависимости прибыли предприятия от
количества автомашин в зимний период
В модели для летнего периода расчет прибыли приводится
только для N от 7 до 15, так как в точках N = 5 и N = 6 значения
прибыли получаем много ниже нуля, вследствие чего график,
приведенный на Рис. 2, теряет наглядность.
Рис. 3. График зависимости прибыли предприятия от
количества автомашин в летний период.
Прибыль
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
28000
29000
30000
31000
32000
33000
34000
35000
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Прибыль
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
7
8
9
10
11
12
13
14
15
384
Из данного графика делаем вывод, что максимальное
значение для прибыли в летний период достигается при наличии
девяти автомобилей. Начиная с N = 10, функция прибыли
является убывающей.
Выводы и рекомендации. Поскольку рассматриваемое
автотранспортное предприятие осуществляет свою деятельность
в курортном городе, его прибыль в летний период работы резко
отличается от значений прибыли в зимний период в сторону
увеличения. Следовательно, основная часть годового дохода
предприятия зависит от влияния различных случайных величин,
возникающих в период отдыха и отпусков, а именно: погодные
условия в текущем сезоне, которые существенно влияют на
количество приезжающих на отдых и их активность,
политическая обстановка в стране, а также в странах ближнего
зарубежья, которые дают наибольший поток отдыхающих, общий
уровень курортного сервиса в городе и другие факторы. Так как в
модели были взяты среднестатистические данные, влияние
случайных факторов при расчетах не учитывалось. Тогда при
определении оптимального количества имеющихся в наличии
автомобилей необходимо предусмотреть указанные факторы,
влияющие на спрос на автотранспортные услуги. Кроме того, в
результате исследования модели получены достаточно разные
результаты по оптимальному количеству машин в зимний (6
машин) и летний (9 машин) периоды.
В качестве рекомендаций предприятию можно предложить
увеличить численность водителей до 9, заключив с ними
договора с условием наличия у самих водителей личного
автомобиля и на условиях сдельной оплаты труда. Тогда в случае
отсутствия достаточного количества заказов предприятие не
обязано платить зарплату этим водителям и начислять
амортизацию на их автомобили. Такая ситуация вероятнее всего
возможна в зимний период деятельности. В летний период
возможна
обратная
ситуация,
когда
при
достаточно
стремительном потоке клиентов имеющееся количество
автомобилей может не справляться со всеми заказами. В этом
случае
предприятию
можно
предложить
заключить
договоренность с частными лицами о возможности передачи им
лишних заказов, чтобы не было необходимости в отказе
клиентам, что позволит сохранить авторитет компании на
должном уровне.
385
Достарыңызбен бөлісу: |